Definizione di corrente elettrica
Dentru à un cunduttore cum'è u rame, ci sò elettroni chì si movenu liberamente è à casu à alta velocità, ma ùn scappanu micca da u metallu. L'elettroni chì si ponu move liberamente sò chjamati elettroni liberi. Ancu s'è l'elettroni si movenu liberamente in tutte e direzzione, ùn ci hè micca un flussu netu d'elettroni in alcuna direzzione particulare. Sta cundizione si verifica quandu ùn ci hè micca differenza di putenziale trà e duie estremità di u filu di rame.
Quandu u filu hè cunnessu à una fonte elettrica, una differenza di putenziale nasce trà e duie estremità di u filu di rame, creendu cusì un campu elettricu in u filu di rame. A presenza di un campu elettricu face chì l'elettroni liberi sperimentinu una forza elettrica F = q E = e E, induve F = forza elettrica, e = carica elettronica, E = campu elettricu . A forza elettrica face chì tutti l'elettroni in muvimentu liberu sperimentinu una accelerazione cumuna in a listessa direzzione di a forza elettrica.
Questi elettroni liberi, chì si movenu inseme, sò situati trà l'atomi stazionarii in u filu di rame, pruvucendu a collisione di tutti l'elettroni cù questi atomi. Queste collisioni causanu à l'elettroni liberi di cambià a so direzzione di muvimentu. Tutti questi elettroni sò custantemente sottumessi à una forza elettrica, chì li face accelerà in a stessa direzzione di a forza elettrica. Dopu avè si mossu per un mumentu, l'elettroni liberi si scontranu di novu cù l'atomi in u filu di rame. Tuttavia, l'elettroni liberi sò sempre sottumessi à una forza elettrica, chì face accelerà di novu tutti l'elettroni.
Cusì, in più di spustassi à casu in varie direzzione, tutti l'elettroni liberi si movenu ancu inseme pianu pianu in a direzzione di a forza elettrica è in a direzzione opposta di u campu elettricu. A direzzione di u campu elettricu hè da un putenziale elettricu altu à un putenziale elettricu bassu, mentre chì l'elettroni si movenu da un putenziale bassu à un putenziale altu. U muvimentu aleatoriu di ogni elettrone liberu hà una velocità assai rapida, mentre chì u muvimentu cullettivu di l'elettroni liberi in a direzzione di a forza elettrica hà una velocità assai lenta. Stu muvimentu cullettivu di l'elettroni liberi in a direzzione di a forza elettrica hè ancu chjamatu velocità di deriva.
A currente elettrica hè definita cum'è u flussu di carica elettrica attraversu una sezione trasversale di un cunduttore in un intervallu di tempu specificu. Per cunvenzione, a direzzione di a currente elettrica hè a listessa chè a direzzione di u muvimentu di e cariche pusitivi. Questu accordu hè statu fattu prima ch'ellu si sàpiva chì ciò chì si move in realtà in un cunduttore sò elettroni liberi, carichi negativamente. A direzzione di u muvimentu di l'elettroni in un cunduttore hè opposta à a direzzione di a currente elettrica. Dunque, quandu si parla di a currente chì scorre in un cunduttore, ciò chì si intende hè u flussu di cariche pusitivi, cunnisciutu ancu cum'è currente cunvinziunale perchè hè u risultatu di questu accordu.
Formula di a corrente elettrica
Matematicamente, a corrente elettrica hè espressa da l'equazione:
I = ΔQ / Δt
Descrizzione di a formula: I = currente elettrica, ΔQ = quantità di carica elettrica, Δt = intervallu di tempu.
Unità di corrente elettrica
L'unità di carica elettrica hè u Coulomb, l'unità di tempu hè u secondu, dunque l'unità di corrente elettrica hè u Coulomb/secondu. U Coulomb/secondu hè ancu chjamatu Ampere , chjamatu cusì dopu à u fisicu francese, Andre Marie Ampere (1775-1836). 1 Ampere = 1 Coulomb/secondu (1 A = 1 C/s). In altre parolle, una corrente elettrica di 1 Ampere hè uguale à una carica elettrica di 1 Coulomb chì passa per una sezione trasversale di un filu per 1 secondu. Oltre à esse espressa in Ampere, a corrente elettrica hè ancu espressa in milliampere (1 mA = 10-3 A ), microampere (1 μA = 10-6 A ), nanoampere (1 nA = 10-9 A ) o picoampere (1 pA = 10-12 A ).
Esempiu di quistione 1:
Una corrente di 2 Ampere scorre per un filu per 8 secondi. Determinate a magnitudine di a carica chì passa per un puntu è u numeru di elettroni in quella carica!
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Corrente elettrica (I) = 1 Ampere
Intervallu di tempu (t) = 2 secondi
Dumandatu: carica (Q) è numeru d'elettroni (e)
Risposta:
Formula di a currente elettrica:
I = Q/t
Descrizzione di a formula: I = corrente elettrica, Q = carica elettrica, t = intervallu di tempu
Carica elettrica:
Q = I t = (2 Ampere)(8 secondi) = 16 Coulomb.
A carica di un elettrone hè 1,6 x 10 -19 Coulombs dunque una carica di 16 Coulombs hà tanti elettroni quanti 16 C / 1,6 x 10 -19 Coulombs = 10 x 10 19 elettroni.
Corrente elettrica, velocità di deriva è densità di corrente
Cunsiderate una carica pusitiva chì si move à diritta cù una velocità di deriva v in a direzzione di un campu elettricu E in un cunduttore cù una sezione trasversale A. A carica pusitiva si move una distanza s = vt durante un intervallu di tempu t.
Sè u numeru di particelle cariche per vulume (densità di particelle cariche) hè n è u vulume di u cunduttore hè A s = A vt, tandu u numeru di particelle cariche in u vulume di u cunduttore hè n A v t. Sè ogni particella carica hà una carica di q tandu a quantità di carica chì passa per a fine di u cunduttore durante l'intervallu di tempu t hè Q = nq A v t. Cusì a corrente elettrica chì scorre per a fine di u cunduttore hè I = Q/t = nq A v. Mentre a densità di corrente o corrente per area di sezione trasversale A hè J = I/A = nq v. Si pò cunclude chì a corrente chì scorre in u cunduttore hè u risultatu di a multiplicazione di a densità di particelle cariche (n), a magnitudine di a carica di ogni particella (q), l'area di sezione trasversale di u cunduttore (A) è a velocità di deriva di e particelle cariche (v).
Studiate u prublema d'esempiu seguente per capisce a differenza trà a velocità di ogni particella carica è a velocità di deriva di tutte e particelle cariche.
Esempiu di quistione 2:
Una corrente costante di 10 Ampere scorre in un filu di rame cù una sezione trasversale di 3 x 10-6 m2A densità di l'elettroni liberi hè 8,4 x 1028 elettroni/m3Determinate a velocità di deriva di l'elettroni liberi!
Discussione
Hè cunnisciutu chì:
Corrente elettrica (I) = 10 Ampere
Area di a sezione trasversale di u filu (A) = 3 x 10-6 m2
Densità di l'elettroni liberi (n) = 8,4 x 1028 m-3
Carica di l'elettrone (q) = 1,6 x 10-19 C
Dumandatu: Velocità di deriva di l'elettroni liberi (v)
Risposta:
A velocità di l'elettroni hè calculata aduprendu a formula derivata prima:
Descrizzione: I = corrente elettrica, n = densità di particelle cariche = densità di elettroni liberi, q = carica di un elettrone, A = area di a sezione trasversale di u cunduttore, v = velocità di deriva di l'elettroni
A velocità di deriva di l'elettroni hè 0,248 x 10 -3 metri/secondu = 0,248 millimetri/secondu.
L'elettroni liberi si movenu inseme in un filu à una velocità di 0,248 millimetri per seconda. In altre parole, ogni seconda tutti l'elettroni liberi si movenu di 0,248 millimetri. Questa hè una velocità assai lenta. Sè u muvimentu di l'elettroni liberi hè cusì lentu, perchè una luce elettrica si accende subitu dopu chì l'interruttore hè acceso ?
Per capisce questu, cunsiderate u flussu di l'elettroni in un cunduttore cum'è u flussu di l'acqua in un tubu. Sè u tubu hè pienu d'acqua, tandu sè una estremità di u tubu hè cunnessa à un rubinettu, l'acqua scorrerà subitu da l'altra estremità. In listessu modu, ci sò elettroni liberi in u filu di rame è in u filu di a lampadina. Quandu l'interruttore hè accesu, si genera un campu elettricu cù una velocità chì s'avvicina à a velocità di a luce (velocità di a luce = 3 x 108 metri /secondu), ciò chì face chì l'elettroni liberi cumincianu subitu à muoversi inseme. Ci sò digià elettroni liberi in u filu di a lampadina, dunque a lampadina si accende subitu.
