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Parte II
Corrente e conduttori
LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI METALLI
I Conduttori Ohmici
Trasporto calore e corrente
Cassetta di Ingenhousz
Esperienze con le bacchette di elettrostatica:
-Vetro
-Plastica
-Legno
-Metallo
Modello idrodinamico di circuito elettrico
La corrente elettrica è un flusso di elettroni attraverso un filo metallico
vero falso
La corrente elettrica è un QUALSIASI flusso di carica elettrica, tipicamente attraverso un filo metallico o qualche altro materiale conduttore.
La corrente convenzionale venne definita inizialmente, nella storia dell'elettricità, come il flusso di carica positiva, anche se sappiamo, nel caso della conduzione metallica, che la corrente è causata dal flusso di elettroni con carica negativa nella direzione opposta.
• Nei metalli gli atomi sono talmente vicini che qualche elettrone esterno viene a trovarsi nel campo elettrico dell’atomo più vicino.
• Per questo motivo qualche elettrone esterno per atomo diventa libero di muoversi da un atomo all’altro.
LA CONDUZIONE ELETTRICA NEI METALLI
Intensità Di Corrente Elettrica
• Tutti gli esperimenti di elettrostatica sui metalli si interpretano con il movimento degli elettroni liberi (elettroni di conduzione)
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Intensità Di Corrente Elettrica Modello di Drude I
• Gli elettroni di conduzione, per effetto del moto di agitazione termica, hanno una velocità media vt ~ 106 m/s
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
Intensità Di Corrente Elettrica Modello di Drude II
• Se agli estremi di un conduttore si applica dall’esterno una d.d.p. allora il campo elettrico non è più nullo e su ciascun elettrone agisce una forza diretta in verso opposto al campo
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+ + + + + +
+
+
+
++
-
-
-
--
E
dv
dv
dvtd v
s
cmv 210
Intensità Di Corrente Elettrica
• Si definisce corrente elettrica qualsiasi movimento ordinato di cariche elettri-che
Intensità Di Corrente Elettrica
• Si definisce intensità di corrente elettrica la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione qualsiasi del conduttore nell’unità di tempot
qI
Intensità Di Corrente Elettrica
• Un conduttore è attraversato dalla corrente di un Ampere quando una sua sezione qualsiasi è attraversata dalla carica di un Coulomb in ogni secondoondo
CoulombAmpere
sec
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• OHM Georg Simon nacque ad Erlangen nel 1787 e morì a Monaco nel 1854.
• Fisico tedesco, studiò presso l'università della città natale e dal 1833 al 1849 diresse il Politecnico di Norimberga; dal 1852 fino alla morte fu professore di fisica speri-mentale all'università di Mo-naco.
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• Sperimentalmente è possibile ricavare una legge che lega la d.d.p. ai capi di un filo conduttore con la corrente che lo attraversa
+
-
A
VGeneratore
di tensione
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» 1a legge di Ohm:
• “R” esprime una proprietà intrinseca del conduttore nelle condizioni considerate e prende il nome di resistenza elettrica
RI
V
I
V
Ampere
VoltOhm
A
V
1
11
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• 2a legge di Ohm:
• “ρ” è una costante di proporzionalità detta resistività, dipendente dalla natura fisica del conduttore
• Per i metalli si trova che ρ aumenta con la temperatura secondo una legge lineare:
S
lR
)1(20 t
FILO FREDDO
FILO CALDO
Trasporto nei metalli: un modello più corretto
l’urto non è contro gli ioni del reticolo, perché la funzione d’onda di Bloch tiene già conto del potenziale
periodico- gli urti possibili sono con ciò che non è periodico:
- urti con le impurità
- urti con i fononi (vibrazioni reticolari)
Un comune misconcetto….
FILO FREDDO
FILO CALDO
I metalli conducono perché
Gli ioni sono liberi di muoversi e prendono parte alla conduzione
V F V F
Contengono elettroni V F V F
Gli elettroni sono liberi di muoversi e prendono parte alla conduzione
V F V F
Gli elettroni sono in continuo movimento intorno ai nuclei atomici e danno alle molecole alta conducibilità
V F V F
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• Dalla 2a legge di Ohm si ricava:
l
SR mohm
m
mohm
2
Arg
en
to
Ra
me
Nic
he
l
Me
rcu
rio
Ge
rma
nio
Se
len
io
Oss
ido
Di R
am
e
Bo
ro
Ce
llulo
ide
Mic
a
Ve
tro
Qu
arz
o
Po
rce
llan
a
Am
bra
Pa
raff
ina
10-6 10 104 107 1013 101610-8 10-2 1010
Conduttori Semiconduttori Isolanti
