Corrente elettrica nei conduttori
Questa lezione dedicata alla corrente elettrica nei conduttori è specifica per il liceo, per fisica 1 clicca qui Densità e intensità di corrente elettrica.
Abbiamo già visto che in natura esistono materiali isolanti e materiali conduttori. In realtà esistono anche i semiconduttori, ma non fanno parte di questo corso. Negli isolanti gli elettroni sono fortemente legati ai nuclei e non sono liberi di muoversi. Nei metalli (conduttori), invece, gli elettroni più esterni, detti di conduzione, possono muoversi con un moto simile a quello delle molecole di un gas.
Questa è la rappresentazione di un metallo dove gli elettroni di conduzione si spostano attorno agli atomi, o meglio attorno agli ioni positivi del reticolo. Gli atomi che hanno perso un elettrone, ossia una carica negativa, diventano positivi, quindi ioni positivi.
Quello che si ha è un moto disordinato di elettroni liberi attorno agli ioni fissi.
Un moto disordinato di elettroni non costituisce una corrente elettrica. Infatti, se abbiamo un elettrone, la cui carica elettrica è – 1,6 x 10-19 C , che si muove in una direzione, statisticamente, c’è anche un’altra carica che si muove nella direzione opposta. Possiamo dire che, mediamente, la carica totale è nulla.
Applichiamo ora una d.d.p. ai capi del conduttore.
Se è presente una d.d.p. VA – VB agli estremi del conduttore nasce un campo elettrico, di conseguenza, sugli elettroni viene ad agire una forza, la forza elettrica.
Di conseguenza, gli elettroni di conduzione, quelli liberi di muoversi, si mettono in moto nella stessa direzione e verso.
La velocità degli elettroni, che prima, nel moto disordinato era piuttosto elevata, ora è invece piccola ≅ 10-2 cm/s . Questa velocità viene chiamata velocità di deriva.
Questo moto ordinato di elettroni costituisce una corrente elettrica .
Gli elettroni si muovono verso +VA . Essi sono cariche negative, quindi risalgono il campo elettrico.
Il verso della corrente viene invece indicato da +VA a -VB , ossia nel verso opposto.
Nei circuiti elettrici non viene indicato il verso reale della corrente, ma quello opposto. Il motivo di questa incongruenza è storico.
Prima di scoprire che le cariche mobili nei metalli sono gli elettroni, si conosceva la corrente nelle soluzioni dove ci sono ioni positivi e ioni negativi che si muovono in versi opposti.
In una soluzione, ad esempio di NaCl, applicando una d.d.p. , gli ioni Na+ vanno verso il catodo negativo, e gli ioni Cl– verso l’anodo positivo.
Venne scelto, per convenzione, come positivo il verso delle cariche positive, dal + al -.
Questa convenzione è rimasta e la corrente, anche nei metalli viene indicata in quel verso. In realtà è tutto l’opposto.
Dopo questa disgressione storica passiamo a quantizzare l’intensità di corrente.
Intensità di corrente
Si definisce intensità di corrente il rapporto tra la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione qualsiasi del conduttore nel tempo t e il tempo t stesso.
Unità di misura della corrente elettrica
Nel S.I. l’Ampere è una grandezza fondamentale. Più avanti vedremo la definizione precisa di Ampere.
Per concludere diciamo che se abbiamo un filo conduttore e vogliamo farlo percorrere da corrente, dobbiamo applicare ai suoi capi una d.d.p. ΔV = VA – VB
Se vogliamo che l’intensità della corrente non vari nel tempo, ossia sia una corrente continua, dobbiamo mantenere sempre la stessa d.d.p. ai capi del filo. ΔV non deve cambiare nel tempo. Questo si può ottenere tramite una batteria.
Domanda : se la velocità con la quale si muovono gli elettroni, velocità di deriva, è piccola, come mai appena premiamo l’interruttore della luce questa si accende istantaneamente ?
Perchè il campo elettrico si propaga molto velocemente mettendo in moto tutti gli elettroni nel conduttore.
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