Moto degli elettroni di conduzione e intensità di corrente

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di daddolinaa
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Scopri il moto degli elettroni di conduzione e l'intensità di corrente in un conduttore. Analizziamo come un campo elettrico influisce sugli elettroni, generando un flusso ordinato di cariche e definendo la corrente elettrica attraverso formule e concetti chiave.

Concetti Chiave

  • Un campo elettrico applicato a un metallo esercita una forza negativa sugli elettroni di conduzione, provocando un moto uniformemente accelerato.
  • La velocità di deriva degli elettroni di conduzione è di circa 10-3 m/s e rappresenta il loro spostamento lungo le linee del campo elettrico.
  • L'intensità della corrente elettrica si calcola come il rapporto tra la carica totale e il tempo, esprimendosi in Ampére.
  • La carica totale che attraversa una sezione del conduttore dipende dal numero di portatori di carica e dalla loro carica individuale.
  • Un generatore crea una forza elettromotrice, generando una differenza di potenziale tra i poli del circuito quando è aperto, consentendo il passaggio di corrente quando è chiuso.
Moto degli elettroni di conduzione e intensità di corrente:
Azione ( o effetto ) di un campo elettrico sugli elettroni di conduzione.
Consideriamo una porzione di metallo su cui viene applichiamo un campo elettrico. In questo modo sugli elettroni di conduzione del metallo si sviluppa una forza negativa data da
[math]\vec{F}=-e\cdot\vec{E}[/math]
che tende a far spostare gli elettroni lungo le linee del campo ma nel verso opposto. La forza produce un moto uniformemente accelerato che si sovrappone a quello degli elettroni di conduzione dovuto all’energia termica degli ioni del materiale. Questo movimento è definito da continue variazioni di direzione della velocità degli elettroni di conduzione causato dagli urti con gli ioni del metallo, ma contemporaneamente il campo elettrico sposta lentamente e globalmente tali elettroni lungo le linee del campo e in verso opposto. La velocità di questo spostamento si chiama velocità di deriva (circa
[math]10^{-3}\ m/s[/math]
) e il flusso ordinato di cariche elettrico si chiama corrente elettrica.
La corrente elettrica è quindi un flusso ordinato di elettroni di conduzione lungo il conduttore che connette i due poli di un generatore; gli elettroni si muovono con una velocità di deriva dal polo negativo al polo positivo.
L’intensità di una corrente elettrica che attraversa un conduttore è il rapporto fra la carica totale
[math]\Delta Q[/math]
che nel tempo
[math]\Delta t[/math]
attraversa una sezione di riferimento del conduttore e il tempo
[math]\Delta t[/math]
stesso:
[math]i=\frac{\Delta Q}{\Delta t}[/math]
la cui unità di misura si esprime in Ampére, per cui
[math]1\ A=(1\ C)/(1\ s)[/math]
.
La carica
[math]\Delta Q[/math]
dipende dal numero
[math]N[/math]
di portatori di carica che attraversa la sezione nel tempo
[math]\Delta t[/math]
e dal valore della carica
[math]q[/math]
di ciascun portatore, quindi
[math]i=\frac{Nq}{\Delta t}[/math]
.
Se si indica con
[math]S[/math]
l'area della sezione attraversata, con
[math]v[/math]
la velocità di spostamento delle cariche, e con
[math]n[/math]
il numero di elettroni contenuti nell'unità di volume al tempo
[math]\Delta t[/math]
, essendo
[math]V=S v \Delta t[/math]
pari al volume attraversato dalle cariche nel tempo
[math]\Delta t[/math]
, possiamo scrivere
[math]N=n S v \Delta t[/math]
, da cui la relazione
[math]i=\frac{Nq}{\Delta t}=q n S v[/math]
.

Proprietà generali di un circuito elettrico
Un generatore è quindi un sistema capace di creare una “forza elettromotrice”, che non si manifesta come una forza meccanica ma crea la differenza di potenziale che si ha fra i due poli quando il circuito è aperto, ossia non c’e passaggio di corrente. Appena il generatore viene collegato la differenza di potenziale si perde.

Studia con la mappa concettuale

Domande da interrogazione

  1. Qual è l'effetto di un campo elettrico sugli elettroni di conduzione in un metallo?

    2. Un campo elettrico applicato a un metallo genera una forza negativa sugli elettroni di conduzione, spostandoli lungo le linee del campo ma nel verso opposto, creando un moto uniformemente accelerato che si sovrappone al movimento termico degli ioni del materiale.

  2. Cosa si intende per velocità di deriva degli elettroni?

    3. La velocità di deriva è il lento spostamento ordinato degli elettroni di conduzione lungo il conduttore, che avviene dal polo negativo al polo positivo, con una velocità di circa \(10^{-3}\ m/s\).

  3. Come si calcola l'intensità di una corrente elettrica?

    4. L'intensità di corrente elettrica si calcola come il rapporto tra la carica totale \( \Delta Q \) che attraversa una sezione del conduttore e il tempo \( \Delta t \) impiegato, espressa dalla formula \( i=\frac{\Delta Q}{\Delta t} \).

  4. Qual è il ruolo di un generatore in un circuito elettrico?

    5. Un generatore crea una "forza elettromotrice" che genera una differenza di potenziale tra i suoi poli quando il circuito è aperto; tuttavia, questa differenza di potenziale si perde non appena il generatore viene collegato.

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