Definizione di corrente elettrica
In un cunduttore cum'è u rame, ci sò elettroni chì si movenu à casu à alta velocità liberamente, 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 tutale di elettroni in una 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 i dui estremi di u filu di rame, in modu chì un campu elettricu appare in u filu di rame. L'esistenza di un campu elettricu face chì l'elettroni liberi sperimentinu a forza elettrica F = q E = e E, induve F = forza elettrica , e = carica elettronica, E = campu elettricu . Sta forza elettrica face chì tutti l'elettroni chì si movenu liberamente accelerinu inseme, chì hè a stessa direzzione di a forza elettrica.
L'elettroni liberi chì si movenu inseme sò trà l'atomi chì restanu in u filu di rame in modu chì tutti l'elettroni si scontranu cù l'atomi. A cullisione face chì a direzzione di l'elettroni liberi cambi. Tutti questi elettroni sperimentanu sempre una forza elettrica in modu chì tutti l'elettroni sò accelerati in a listessa direzzione di a direzzione di a forza elettrica. Dopu à esse mossi per un mumentu, l'elettroni liberi si scontranu cù l'atomi in u filu di rame. Ma l'elettroni liberi sperimentanu sempre una forza elettrica in modu chì tutti l'elettroni sò accelerati di novu. Cusì, oltre à muvesi à casu in varie direzzione, tutti l'elettroni liberi si movenu ancu lentamente inseme in a direzzione di a forza elettrica è in a direzzione opposta à u campu elettricu. A direzzione di u campu elettricu hè da un altu putenziale elettricu à un bassu putenziale elettricu, mentre chì l'elettroni si movenu da un bassu putenziale à un altu putenziale. U muvimentu aleatoriu di ogni elettrone liberu hà una velocità assai rapida, mentre chì u muvimentu cù l'elettroni liberi in a direzzione di a forza elettrica hà una velocità assai lenta. Stu muvimentu cù 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 durante un certu intervallu di tempu. In cunfurmità cù l'accordu, a direzzione di a currente elettrica hè a listessa chè a direzzione di a carica pusitiva. Questu accordu hè statu fattu prima ch'ellu si sàpiva chì ciò chì si move in realtà in un cunduttore sò l'elettroni liberi carichi negativamente. A direzzione di u muvimentu di l'elettroni in u cunduttore hè opposta à a direzzione di a currente elettrica. Dunque, se parlemu di a currente chì scorre in u cunduttore, ciò chì si intende hè u flussu di carica pusitiva, chì hè ancu chjamata currente cunvinziunale perchè hè u risultatu di un accordu.
L'equazione di a corrente elettrica
Matematicamente, a corrente elettrica hè espressa da l'equazione:
I = Δ Q / Δ t
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, u nome di 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, e currenti elettriche sò ancu espresse 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).
Prublema di mostra 1:
Una corrente di 2 Ampere scorre per u filu per 8 secondi. Determinate a quantità di carica chì passa per un puntu è u numeru di elettroni in quella carica!
Cunnisciutu:
Corrente elettrica (I) = 1 Ampere
Intervallu di tempu (t) = 2 secondi
Ricercatu: carica (Q) è numeru d'elettroni (e)
Vergogna à tè:
Equazione di a corrente elettrica:
I = Q/t
I = currente elettrica, Q = carica elettrica, t = intervallu di tempu
Carica elettrica:
Q = I t = (2 Ampere)(8 secondi) = 16 C.
A carica di un elettrone hè 1.6 x 10 -19 Coulomb, dunque a carica di 16 Coulomb hà tanti elettroni quanti 16 C / 1.6 x 10 -19 Coulomb = 10 x 10 19 elettroni.
Corrente elettrica, velocità di deriva è densità di corrente
Rivisite a carica pusitiva chì si move à diritta cù a velocità, derivendu v in a direzzione di u campu elettricu E
nantu à un cunduttore chì hà una sezione trasversale A. A carica pusitiva si move finu à s = vt durante l'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 t hè Q = nq A v t. Cusì, a corrente elettrica chì scorre per a punta di u cunduttore hè I = Q / t = nq A v. Mentre chì a densità di corrente o corrente per area di sezione trasversale A hè J = I / A = nq v.
Si pò cunclude chì a currente chì scorre in u cunduttore hè u pruduttu di a multiplicazione di a densità di e particelle cariche (n),
a quantità di carica per ogni particella (q), l'area di u cunduttore (A) è a velocità di e particelle cariche (v).
Studiate i seguenti esempi di dumande.
Prublema di mostra 2:
Una corrente costante di 10 ampere scorre in un filu di rame cù una sezione trasversale di 3 x 10 -6 m 2. A densità di l'elettroni liberi hè 8.4 x 10 28 elettroni/m 3. Determinate a velocità di deriva di l'elettroni liberi!
Cunnisciutu:
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 elettronica (q) = 1.6 x 10 -19 C
Ricercatu: Velocità di deriva di l'elettroni liberi (v)
Vergogna à tè:
A velocità di l'elettroni hè calculata aduprendu una formula chì hè stata derivata prima:
I = corrente elettrica, n = densità di particelle cariche = densità elettronica, q = carica di un elettrone, A = area di sezione trasversale di u cunduttore, v = velocità di deriva elettronica
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 velocità di 0.248 millimetri per seconda. In altre parole, ogni seconda, tutti l'elettroni liberi si movenu finu à 0.248 millimetri. Questa hè una velocità assai lenta. Se u muvimentu di l'elettroni liberi hè assai lentu, perchè a luce elettrica si accende subitu dopu chì l'interruttore hè acceso ?
Per capisce questu, l'elettroni scorrenu in u cunduttore cum'è u flussu di l'acqua in u tubu. Sè u tubu hè pienu d'acqua, tandu sè una estremità di u tubu hè cunnessa à u rubinettu, l'acqua scorre subitu da una estremità di l'altru tubu. In listessu modu, ci sò elettroni liberi in u filu di rame è in u filu di a lampadina. Quandu l'interruttore hè accesu, nasce 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 à muoversi inseme in quellu mumentu. Ci sò digià elettroni liberi in u filu di a lampadina, cusì a luce hè accesa in quellu mumentu stessu.
Prublemi è suluzioni
1. Una corrente stabile di 10 A esiste in un filu per 2 minuti. Quanta di a quantità di carica passa per u cunduttore in ogni locu.
Cunnisciutu:
Corrente elettrica (I) = 10 A
Intervallu di tempu (t) = 2 minuti = 2 x 60 secondi = 120 secondi
Cercatu: Carica (Q)
Soluzione:
Equazione di a corrente elettrica:
I = q/t
I = a currente elettrica, q = a carica elettrica, t = l'intervallu di tempu
A carica elettrica:
Q = I t = (10)(120) = 1200 C
2. 60 C di carica passanu per un puntu di u circuitu per 5 minuti. Chì ghjè a corrente elettrica ?
Cunnisciutu:
L'intervallu di tempu (t) = 5 minuti = 5 x 60 secondi = 300 secondi
A carica elettrica (Q) = 60 C
Cercatu: A corrente elettrica (I)
Soluzione:
A corrente elettrica:
I = Q/t
I = 60 / 300
I = 0.2 Coulomb/secondu
I = 0.2 Ampere
3. L'unità di corrente elettrica in u sistema SI hè…
Vergogna à tè
Coulomb/secondu
Coulomb/secondi, datu un nome particulare, l'Ampere.
