corrente elettrica

LA CORRENTE ELETTRICA:
Moto degli elettroni di conduzione per effetto di un campo elettrico.
Un filo metallico, per esempio di rame, da un punto di vista microscopico, è costituito da un reticolo di ioni
positivi, ossia di atomi che hanno perduto gli elettroni appartenenti ai livelli energetici più esterni.
Gli elettroni atomici dei livelli energetici più esterni sono detti “elettroni di conduzione” e costituiscono
nel conduttore una specie di gas di elettroni liberi di muoversi in modo casuale nel reticolo.
Se nel filo conduttore non c'è campo elettrico questi elettroni, a causa dell'agitazione termica, raggiungono
velocità piuttosto elevate, dell'ordine di 106 m/s, tuttavia, poiché i vettori velocità degli elettroni sono orientati a
caso, la velocità media dovuta all'energia termica è nulla.
Se si applica un campo elettrico, collegando per esempio il filo metallico ad una pila, l’effetto è quello di
mettere in movimento gli elettroni di conduzione del solido in direzione opposta a quella del campo applicato.
Per la presenza del campo elettrico difatti sugli elettroni di conduzione si esercita una forza F la cui intensità è:
F = - e · E ed il cui verso risulta essere opposto a quello del campo, essendo l'elettrone una carica negativa;
tale forza sarà costante se il campo si ipotizza costante.
Gli elettroni di conduzione per effetto della forza F sono soggetti ad una accelerazione e, se si trovassero nel
vuoto, si muoverebbero di moto uniformemente accelerato ma non è così. Il loro moto risulta infatti essere
continuamente ostacolato, interrotto o addirittura invertito dagli urti che essi subiscono con gli ioni positivi in
quiete, facenti parte della struttura del materiale (reticolo cristallino).
Il risultato è una piccola velocità di deriva, opposta alla direzione del campo elettrico, che si sovrappone
alla grande velocità termica orientata a caso, posseduta dagli elettroni.
elettrone di conduzione
-e
-e
-e
-e
-e
-e
La velocità di deriva degli elettroni di conduzione è dell'ordine di 10-1 o 10-2 mm/s.
Il risultante moto d'insieme ordinato degli elettroni di conduzione, a seguito dell'applicazione del
campo elettrico, costituisce dunque una corrente elettrica che può essere misurata con
strumenti opportuni. Si può dunque affermare che:
“La corrente elettrica nei conduttori metallici è costituita dal lento moto di deriva
degli elettroni di conduzione in direzione opposta a quella del campo elettrico
applicato”.
Il moto di un elettrone di conduzione, in un tratto di filo conduttore sottoposto ad un
campo elettrico, può essere schematizzato come in figura:
tratto di filo conduttore
-e
F = -e · E
Il verso della corrente elettrica
In figura viene rappresentato il verso reale e quello convenzionale della corrente elettrica e
viene indicato lo strumento che si utilizza per misurarla: l'amperometro.
La pila mette in movimento gli elettroni di conduzione del filo conduttore, dando origine ad
una corrente elettrica che per convenzione scorre dal polo positivo a quello negativo
della pila.
Il verso convenzionale della corrente è dunque opposto a quello reale della velocità di
deriva degli elettroni di conduzione.
Nonostante la corrente venga rappresentata tramite frecce che ne indicano la direzione, essa
non è un vettore.
verso convenzionale della corrente
INTENSITA' DI CORRENTE ELETTRICA: DEFINIZIONE
sezione di filo conduttore
L'intensità di corrente elettrica che fluisce in un filo conduttore è definita come:
“la rapidità con cui fluisce la carica elettrica”.
L'unità di misura è l'Ampere (A):
1Ampere = 1Coulomb/1secondo
DEFINIZIONE ATTUALE DI AMPERE
Essa fa riferimento al fenomeno per cui due fili percorsi da corrente si attirano o si respingono a
seconda che le correnti che li attraversano siano concordi o discordi:
“Un ampere è la quantità di corrente che, scorrendo all'interno di due fili paralleli e
rettilinei, di lunghezza infinita e sezione trascurabile, immersi nel vuoto ad una
distanza di un metro, induce in loro una forza di attrazione o repulsione di 2 10-7 N
per ogni metro di lunghezza” .
L'attrazione e la repulsione tra correnti dipende dai campi magnetici creati dalla stessa corrente.
LA CORRENTE ELETTRICA IN UN FILO CONDUTTORE
può essere
costante nel tempo
variabile nel tempo
quando
quando
attraverso una generica sezione A di
riferimento di un conduttore passa una
quantità di carica diversa al variare del
tempo
attraverso una generica sezione A di
di riferimento di un conduttore passa
sempre la stessa quantità di carica
al variare del tempo
in questo caso si può definire
legge matematica
I = q/t
la corrente istantanea come
velocità di variazione della quantità di
carica elettrica
legge matematica
i(t) = dq/dt
.
la corrente media
nell’intervallo di tempo
Δt trascorso
legge matematica
Im = Δq/Δt = [q(t2) – q(t1)]/Δt
dove
Δq e’ la quantità di carica che nell’intervallo di tempo Δt = t 2 - t 1 attraversa una
generica sezione A del filo conduttore.
Δt e’ l’intervallo di tempo considerato.
Intensità di corrente e velocità di traslazione media degli elettroni
Dal punto di vista microscopico la quantità di carica Δq, che attraversa una generica sezione A di
riferimento del filo conduttore, dipende:
! 
! 
dal numero N di portatori di carica che in un certo intervallo di tempo Δt attraversano A
dal valore della carica q di ciascun portatore.
In termini matematici ciò si può tradurre, per l'intensità di corrente, nella seguente relazione:
i = N · q / Δt
Le N cariche, che attraversano la sezione di riferimento A nel tempo Δt, sono quelle incluse nel cilindro
di sezione A e altezza v · Δt, quindi:
sezione di riferimento A del filo conduttore
N = n · A · v · Δt
v · Δt
dove n è il numero degli elettroni di conduzione per unità di volume del conduttore, ossia la densità
numerica dei portatori di carica.
Se si indica con q la carica di ciascun portatore, l'espressione dell'intensità di corrente in funzione
delle grandezze microscopiche diviene:
i = N · q / Δt = n · A · v · Δt · q / Δt
i=n·A·v·q
Dalla precedente relazione si ricava:
v=i/q·n·A
Tenendo conto che, per i buoni conduttori, n vale all'incirca 1028 elettroni /m3 ed assegnando
ad A il valore di 1mm2 e ad i il valore di 1A, si ottiene:
v = 1A / 1,6 · 10-19 C · 1028 (elettroni/m3 ) · 10-6 m2 ~ 10-3 m/s = 1mm/s
LA CORRENTE ELETTRICA: mappa concettuale
Un campo
elettrico
produce un
secondo la
relazione
F=q· E
costituito da
Movimento
ordinato di
cariche elettriche
caratterizzabile mediante la grandezza
Elettroni
nei
Conduttori metallici
Cariche – si muovono
in verso opposto al
campo
Intensità di
corrente
dipendente
velocità media di
traslazione v
degli elettroni
Cariche + si muovono
nel verso del
campo
in un conduttore metallico dalla
sezione A
del
conduttore
carica q di un
elettrone
esprimibile dalla relazione
I = q· n· A· v
densità n degli
elettroni di
conduzione