...gli elettroni si muovono lentamente?

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MarioBon
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...gli elettroni si muovono lentamente?

#1 Messaggio da MarioBon »

Una corrente è un flusso di cariche esattamente come una corrente di acqua è un flusso di molecole di acqua. Gli elettroni sono gli oggetti carichi più piccoli. L'acqua si sposta da un punto più alto verso il basso, per convenzione le cariche si spostano da un punto a tensione "alta" verso un punto a tensione "basse". Per l'acqua conta la differenza di altezza, per le cariche conta la differenza di tensione. L'altezza si misura in metri, la tensione si misura in Volt. I conduttori sono tali perché al loro interno ci sono cariche libere di muoversi così come all'interno di un tubo c'è acqua libera di muoversi.
Immagine
Consideriamo la figura qui sopra che rappresenta, schematicamente e in forma molto semplificata, l'interno di un conduttore. Le palline blu sono gli elettroni. Dato che abbiamo trascurato quasi tutto, gli elettroni appaiono fermi e allineati (in realtà non sono fermi e il loro moto casuale genera il rumore termico). Diciamo che mediamente sono fermi. L'interruttore è aperto e non c'è differenza di potenziale (tensione) tra i capi del conduttore.
Ad un certo punto l'interruttore viene chiuso e ai capi del conduttore appare una differenza di tensione V. A seguito della differenza di tensione nel conduttore si instaura un campo elettrico.
La variazione di tensione (da 0 a -10) è un segnale ed il segnale si propaga, all'interno del conduttore, con una velocità prossima quella della luce. Ne segue che, quasi istantaneamente, tutti gli elettroni sono soggetti alla forza elettrica (F=qE) determinata dalla presenza del campo E e vengono tutti contemporaneamente accelerati verso destra. La differenza di tensione è la causa, la corrente è l'effetto.
In sostanza tutti gli elettroni si spostano contemporaneamente a destra quindi sembra che si siano spostati alla stessa velocità del segnale. Questo avviene anche se il conduttore è lungo metri o chilometri (i segnali viaggiano nei cavi con una velocità almeno nell'ordine di centocinquantamila chilometri al secondo). Quindi non è necessario che i singoli elettroni si muovano velocemente perché, in realtà, si spostano (singolarmente) di uno spazio infinitesimo.

In effetti si deve distinguere la velocità del segnale (il segnale è un campo elettromagnetico variabile che si propaga per onde a grande velocità) dalla velocità dei singoli elettroni che si chiama "velocità di deriva". La velocità di deriva degli elettroni è molto bassa ed è compresa tra 0.1 e 1 millimetri al secondo. Tra le altre cose la velocità di deriva dipende al numero di urti che subisce un elettrone durante il suo moto (tra un urto e l'altro un elettrone percorre circa dieci milionesimi di millimetro).
All'interno di un conduttore c'è un traffico incredibile.
Tra l'altro, se gli elettroni si muovessero effettivamente a velocità prossime a quelle della luce, dovremmo tenere conto degli effetti relativistici e la Legge di Ohm non sarebbe così semplice.

All'interno di un conduttore, dove gli elettroni sono liberi di muoversi, la loro velocità è molto bassa. All'interno di un isolante (dielettrico) restano "fermi" dove sono almeno fino a quando non si applichi una tensione talmente alta da "strappare" gli elettroni dalle loro comode posizioni (tensione di breakdown). A quel punto l'isolante si "buca" e si osserva una corrente (che di solito fa danni tipo cortocircuiti).
Mario Bon http://www.mariobon.com
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