La corrente
elettrica
Realizzazione a cura del Prof. Francesco Porfido
Gli atomi dei metalli sono caratterizzati dalla presenza di alcuni elettroni periferici, fino a
un massimo di tre, legati debolmente al nucleo, per cui basta l’energia cinetica del moto
di agitazione termica per allontanarli dall’atomo di appartenenza: questi elettroni li
abbiamo chiamati elettroni di conduzione.
Contemporaneamente, l’atomo che perde gli elettroni non è più neutro, ma presenta un
eccesso di carica positiva: diventa ione positivo.
Possiamo considerare un metallo come costituito
da un insieme di ioni positivi, fissi nelle rispettive
posizioni del reticolo cristallino, fra cui si
muovono gli elettroni di conduzione, che
procedono in modo caotico zig-zagando in ogni
direzione a causa degli urti continui.
Anche se ci sono gli urti, e quindi perdite di
energia, con l’intervento di opportune forze,
possiamo costringere gli elettroni a seguire una
direzione privilegiata ovvero gli elettroni di
conduzione si sposteranno mediamente nella
stessa direzione perciò il movimento diventerà
ordinato e continuo
La corrente elettrica è un movimento ordinato
e continuo di elettroni in un conduttore
Il verso della corrente elettrica è
convenzionalmente opposto a quello
nel quale si spostano le cariche
negative.
Tale scelta ha motivazioni storiche,
poiché le correnti elettriche erano
conosciute molto prima che si
scoprisse la struttura dell’atomo e
che, quindi, si capisse che erano gli
elettroni (cariche negative) a
muoversi
effettivamente
nei
conduttori.
Verso reale
Verso convenzionale
-
+
Polo
positivo
Polo
negativo
Questo movimento non si verifica spontaneamente, ma ha bisogno di una qualche FORMA
DI ENERGIA che lo provochi: gli apparecchi capaci di creare questo spostamento sono detti:
GENERATORI
CHIMICI
PILE – BATTERIE –ACCUMULATORI
MECCANICI
ALTERNATORI – DINAMO
Per quantificare la corrente,
immaginiamo di posizionarci in
corrispondenza di una sezione
qualsiasi del conduttore e di contare
le cariche elettriche che passano in
un determinato intervallo di tempo.
In questo modo introduciamo una
grandezza chiamata intensità di
corrente elettrica.
∆t
Q
S
Si consideri una sezione S di un conduttore e sia Q la carica elettrica totale che attraversa
la sezione S in un intervallo di tempo ∆t
L’intensità di corrente elettrica (I) è definita come la quantità di carica elettrica (q) che
attraversa una sezione qualsiasi di un conduttore di un circuito in un determinato tempo.
Q
I
t
 La corrente elettrica si misura in ampere (A) pari a
coulomb al secondo.
 Il nome di questa unità di misura, ampere (simbolo
A), è dedicato a un famoso fisico francese, AndréMarie Ampère (1775-1836), che si occupò fra l’altro
dell’iterazione tra fili percorsi da corrente.
Q
I
t
1C
1A 
1s
 Nel SI l’ampere è una delle sette grandezze
fondamentali, grazie alla maggiore facilità di
misurazione: per tale ragione, quando tratteremo il
magnetismo, vedrai che esiste una sua definizione
indipendente dal coulomb.
 AMPEROMETRO analogico e digitale: misura le
correnti continue ed alternate. Viene disposto in
serie al generatore.
CORRENTE
CONTINUA
Quando l’intensità e il verso della corrente si mantengono costanti nel
tempo si ha una corrente continua.
CORRENTE
ALTERNATA
Quando l’intensità e il verso della corrente cambiano periodicamente si
ha una corrente alternata.
+
+
+
+
+
+
Nq = numero di portatori di carica per
unità di volume (m-3)
I
v dt
Q  Nq  q  A  v  t  Q    A  v  t 
+
+
+
+
v
E
+
+
+
j
Q
Q
   v  A i     v  A
t
t
A
Si definisce densità di corrente elettrica la
grandezza j (fisicamente è un flusso di cariche)
j
i
  v
A
 Unità di misura della densità di corrente nel sistema SI: ampère/m2 (A m-2)
Per avere un passaggio continuo di corrente occorre
garantire che agli estremi del conduttore il dislivello
elettrico si mantenga costante.
Altrimenti, se non c’è la d.p.p., in brevissimo tempo la
corrente va a zero a causa degli urti che gli elettroni
hanno nel loro moto.
Polo positivo
Nei circuiti elettrici si inserisce il generatore di
tensione, che funziona come una pompa di elettroni.
-
+
Polo negativo
GENERATORE
All’interno dei generatori più diffusi, che utilizzano energia chimica o magnetica, gli
elettroni sono spinti ad accumularsi in una stessa zona, chiamata polo negativo, mentre
in un’altra parte, detta polo positivo, si concentrano le cariche positive.
Quando i due poli vengono collegati a un conduttore, gli elettroni iniziano a percorrerlo,
muovendosi dal polo negativo verso quello positivo, mentre il verso convenzionale è
quello opposto (freccia rossa).
Ricorda ! …
Il generatore di tensione ha lo scopo di mantenere costante la differenza di potenziale
(o tensione), che è responsabile del passaggio della corrente elettrica, ai capi di un
conduttore o di un circuito.
Per capire la funzione del
generatore, possiamo ricorrere a
un’analogia idraulica.
Il movimento degli elettroni dal polo
negativo a quello positivo del
conduttore è paragonabile al
movimento dell’acqua dal punto più
alto a quello più basso della
conduttura, mentre il generatore,
forzando al suo interno gli elettroni a
spostarsi dal polo positivo a quello
negativo, svolge il ruolo della
pompa, che spinge l’acqua facendola
risalire dal livello più basso a quello
più alto. Perciò la pompa mantiene
costante la differenza di pressione
dovuta al dislivello tra i due serbatoi
generando così una corrente d’acqua
continua nella tubazione.
corrisponde al
POLO POSITIVO
corrisponde al
GENERATORE
∆h
corrisponde al
POLO NEGATIVO
∆h corrisponde
alla d.d.p.
All’interno di un dispositivo di f.e.m., i portatori di carica positiva si muovono dal
terminale a potenziale più basso (cioè, il terminale negativo) a quello a potenziale più alto
(cioè, il terminale positivo).
La forza elettromotrice f.e.m. di un generatore è il
rapporto tra il lavoro L che esso compie per spostare una
carica q al suo interno (per portare una carica positiva
dal polo negativo al polo positivo ) e la carica q stessa.
L
fem 
q
 Viene misurata in volt (V) pari a joule diviso per
coulomb.
 La tensione viene anche chiamata potenziale
elettrico.
VOLTMETRO può essere analogico o digitale : misura le
differenze di potenziale continue ed alternate. Va posto in
parallelo al generatore.
Alessandro Volta (1745 – 1827)
Un insieme di elementi tramite il
quale la corrente viene inviata a
uno o più utilizzatori (lampadina,
lavatrice,
radio,
computer,
asciugacapelli, ecc) è detto
circuito elettrico.
Esso viene rappresentato per
mezzo di uno schema.
Quando non vi sono interruzioni
il circuito è chiuso e circola
corrente.
Se si interrompe la continuità,
per esempio per mezzo di un
interruttore, il circuito è aperto e
il flusso di corrente è nullo.
UTILIZZATORE
GENERATORE
Schema di montaggio
Schema teorico
La f.e.m. di un generatore si misura a circuito aperto, tramite un
voltmetro applicato a suoi morsetti e rappresenta il dislivello energetico
fra i poli per unità di carica.
La d.d.p. si misura a circuito chiuso e rappresenta il dislivello energetico
per unità di carica che provoca il moto degli elettroni nel circuito esterno.
Quando circola corrente una parte dell’energia fornita dal generatore
serve per vincere la resistenza al moto delle cariche al suo interno.
La resistenza interna misura l’impedimento al moto delle cariche che si ha
all’interno del generatore.
V  fem - r  i
Dispositivo
f.e.m.
reale:
un
dispositivo f.e.m. in cui i portatori di
carica subiscono un effetto di resistenza
elettrica quando si muovono da un
terminale all’altro. In questo caso, la
differenza di potenziale tra i due
terminali è più piccola della f.e.m.
del dispositivo, a causa della
dissipazione di energia interna. Ci
riferiamo a questo fenomeno come
caduta di tensione Ohmica.
F.M.E. e D.D.P.
Ricorda! …
fem
= d.d.p. a circuito aperto
=
r i
Lavoro (per unità di
carica) necessario
per far muovere le
cariche elettriche
all’interno del
generatore.
+
V
R i
Lavoro (per unità di
carica) necessario
per far muovere le
cariche elettriche
nel circuito
esterno.
Per misurare la corrente si
usa l’amperometro che deve
essere sempre collegato in serie
nel circuito.
Per misurare la corrente in un filo,
si
deve
generalmente
interrompere il filo e inserire
l’amperometro, in modo che la
corrente da misurare passi
attraverso lo strumento.
La resistenza dell’amperometro
deve essere molto piccola.
Per misurare la differenza di potenziale si usa
il voltmetro che va disposto in parallelo rispetto al
tratto interessato alla misurazione.
Per trovare la differenza di potenziale tra due punti nel
circuito, gli elettrodi del voltmetro devono essere collegati
ai due punti, senza interrompere il circuito.
La resistenza del voltmetro deve essere molto
grande .