Presentazione di PowerPoint - Università degli studi di Pavia

Parte II
Corrente e conduttori
LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI METALLI
I Conduttori Ohmici
Trasporto calore e corrente
Cassetta di Ingenhousz
Esperienze con le bacchette di elettrostatica:
-Vetro
-Plastica
-Legno
-Metallo
Modello idrodinamico di circuito elettrico
La corrente elettrica è un
flusso di elettroni
attraverso un filo metallico
vero
falso
La corrente elettrica è un QUALSIASI flusso di carica elettrica,
tipicamente attraverso un filo metallico o qualche altro materiale conduttore.
La corrente convenzionale venne definita inizialmente, nella storia
dell'elettricità, come il flusso di carica positiva, anche se sappiamo, nel caso
della conduzione metallica, che la corrente è causata dal flusso di elettroni
con carica negativa nella direzione opposta.
LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI METALLI
• Nei metalli gli atomi sono talmente vicini
che qualche elettrone esterno viene a
trovarsi nel campo elettrico dell’atomo
più vicino.
• Per questo motivo qualche elettrone
esterno per atomo diventa libero di
muoversi da un atomo all’altro.
Intensità Di Corrente Elettrica
• Tutti gli esperimenti di elettrostatica
sui metalli si interpretano con il
movimento degli elettroni liberi
(elettroni di conduzione)
-
-
-
-
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- -
-
-
-
-
Intensità Di Corrente Elettrica
Modello di Drude I
• Gli elettroni di conduzione, per
effetto del moto di agitazione
termica, hanno una velocità media vt ~
106 m/s
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Intensità Di Corrente Elettrica
Modello di Drude II
• Se agli estremi di un conduttore si applica
dall’esterno una d.d.p. allora il campo
elettrico non è più nullo e su ciascun
elettrone agisce una forza diretta in verso
opposto al campo
-
vd  10 2
cm
 vt s
-

E
+
+
+
vd
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
vd
+
+
+
+
+
 +
vd +
+
+
Intensità Di Corrente Elettrica
• Si definisce corrente elettrica
qualsiasi movimento ordinato di
cariche elettri-che
Intensità Di Corrente Elettrica
• Si definisce intensità di corrente
elettrica la quantità di carica
elettrica che attraversa una sezione
q
qualsiasi del conduttore
nell’unità di
I
t
tempo
Intensità Di Corrente Elettrica
• Un conduttore è attraversato dalla
corrente di un Ampere quando una sua
sezione qualsiasi è attraversata dalla
carica di un Coulomb
in ogni secondo
Coulomb
Ampere 
sec ondo
Leggi Di Ohm e Resistenza Elettrica
• OHM Georg Simon nacque ad
Erlangen nel 1787 e morì a Monaco
nel 1854.
• Fisico tedesco, studiò presso
l'università della città natale e dal
1833 al 1849 diresse il Politecnico
di Norimberga; dal 1852 fino alla
morte fu professore di fisica
speri-mentale all'università di Monaco.
Leggi Di Ohm e Resistenza Elettrica
• Sperimentalmente è possibile ricavare
una legge che lega la d.d.p. ai capi di
un filo conduttore con la corrente che
lo attraversa
A
Generatore
di
tensione
V
+
Leggi Di Ohm e Resistenza Elettrica
»
1a
legge di Ohm:
V
R
I
• “R” esprime una proprietà intrinseca del
conduttore nelle condizioni considerate e
prende il nome di resistenza elettrica
I
Volt
Ampere
1V
1 
1A
Ohm 
V
Leggi Di Ohm e Resistenza Elettrica
l
R
S
• 2a legge di Ohm:
• “ρ” è una costante di proporzionalità detta
resistività, dipendente dalla natura fisica
del conduttore
• Per i metalli si trova che ρ aumenta con la
temperatura secondo una legge lineare:
   20 (1    t )
Trasporto nei metalli: un modello più corretto
FILO FREDDO
FILO CALDO
Un comune misconcetto….
l’urto non è contro gli ioni del reticolo, perché la funzione d’onda
di Bloch tiene già conto del potenziale periodico
- gli urti possibili sono con ciò che non è periodico:
- urti con le impurità
- urti con i fononi (vibrazioni reticolari)
FILO FREDDO
FILO CALDO
I metalli conducono perché
Gli ioni sono liberi di muoversi e prendono parte alla
conduzione
V
F
V
F
Contengono elettroni
V
F
V
F
Gli elettroni sono liberi di muoversi e prendono parte
alla conduzione
V
F
V
F
Gli elettroni sono in continuo movimento intorno ai nuclei V
atomici e danno alle molecole alta conducibilità
F
V
F
Leggi Di Ohm e Resistenza Elettrica
-8
10
-6
-2
10
10
Conduttori
10
4
7
10
10
Semiconduttori
10
10
Paraffina
Ambra
Porcellana
Quarzo
Vetro
Mica
Celluloide
Boro
Ossido Di Rame
Selenio
Germanio
Mercurio
Nichel
Rame
Argento
• Dalla 2a legge di Ohm si ricava:
RS
ohm  m 2

 ohm  m
l
m
13
10
Isolanti
16
10