Corrente continua

Conduttori metallici

A livello microscopico, un solido metallico (come il rame) è costituito da un reticolo di ioni positivi (atomi privati di uno o due degli elettroni più esterni). Gli elettroni più esterni (detti di conduzione) costituiscono una sorta di gas di elettroni liberi di muoversi in modo casuale nel reticolo cristallino.

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Gli elettroni di conduzione sono animati da una agitazione termica con velocità altissime (dell'ordine di 106 m/s), in qualunque direzione, ma, nonostante ciò, un amperometro (lo strumento che permette di misurare l'intensità di corrente) non registra nulla a causa del loro moto estremamente disordinato: il moto di agitazione termica non causa una corrente macroscopica misurabile.

Considerando una sezione del filo, la quantità di carica che lo attraversa è in media nulla.

Ai capi di un filo lungo 1 m viene collegata una batteria in grado di fornire 100 V di differenza di potenziale (detta anche tensione elettrica). Quanto vale il campo elettrico all'interno del filo e come si muovono gli elettroni di conduzione del filo elettrico?
Dati del problemaRichieste
L = 1 mlunghezza del filoEcampo elettrico all'interno del filo
V = 100 Vtensione fornita dalla pilamoto degli elettroni

Il campo elettrico all'interno del filo ha modulo E = 100 V/m ed è naturalmente diretto dal potenziale maggiore a quello minore.

filo_conduttore2 (5K)

Gli elettroni subiscono una forza elettrica di intensità F = E e, ma il loro moto non è uniformemente accelerato come se fossero nel vuoto perché essi sono ostacolati dalla presenza degli ioni del reticolo e dall'agitazione termica. In condizioni stazionarie al moto caotico si sovrappone un lento moto di deriva verso il polo a potenziale maggiore. La velocità di deriva è molto bassa, dell'ordine di 10-1 o 10-2 mm/s, ma, essendo un moto d'insieme ordinato di tutti gli elettroni, costituisce una corrente elettrica macroscopica, misurabile con gli strumenti.

La corrente elettrica nei conduttori metallici è costituita dal lento moto di deriva degli elettroni in direzione del potenziale maggiore.
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Per convenzione si assume come verso della corrente, il verso che avrebbero i portatori di carica positivi e quindi il verso convenzionale della corrente è opposto alla velocità di deriva degli elettroni.

Nonostante la corrente venga rappresentata tramite frecce che ne indicano la direzione, essa non è un vettore. La corrente è sempre la stessa qualsiasi sia l'orientamento del filo elettrico.

Alla base del funzionamento degli strumenti di misura ci sono gli effetti della corrente.

Quale, tra i seguenti, potrebbe essere un effetto della corrente?
  1. Riscaldamento del filo elettrico
  2. Raffreddamento del filo elettrico
  3. Deviazione di un ago di bussola
  4. Accensione di una lampadina collegata al filo
  5. Accorciamento del filo elettrico
  6. Caricamento elettrico del filo

Copyleft Ludovica Battista

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