Velocità delle cariche e velocità dell'impulso elettrico

[6367]

1. perché l'intensità di corrente flusice nel verso opposto a quello del movimento degli elettroni?

Direi che è una ragione convenzionale, o storica se preferisci.

2. Se non sbaglio gli elettroni si muovono nei conduttori (es:prendiamo un filo di rame normalissimo) con velocità relativamente basse, dell'ordine ci decine di cm al secondo; allora perché l'impulso elettrico si muove a velocità pressochè istantanee, tipo con velocità c?

La stessa corrente, puoi ottenerla con tanti elettroni lenti, oppure con pochi elettroni veloci.

L'elettrotecnica (la teoria delle reti) si occupa solo di corrente e con argomentazioni elementari non puoi arrivare a dedurre la velocità di deriva dell'elettrone.

Se vuoi andare più a fondo devi studiare la fisica del fenomeno (fisica dei solidi, strutura della materia, meccanica quantistica...), e la memoria mi fa cilecca

[admin]

Esistono delle teorie che forniscono dei modelli che approssimano in un modo più o meno preciso la realtà.
Per i conduttori un modello semplice è quello del gas di elettroni che ha il difetto di considerare gli elettroni come particelle classiche e non è adatto a render conto del comportamento delle diverse sostanze rispetto alla conducibilità, ma dà risultati soddisfacenti con i conduttori.
In un conduttore campo elettrico K e densità di corrente G sono legate tra loro dalla relazione K=r*G dove r è la resistività del conduttore. E’ la legge di Ohm per le grandezze specifiche.
La densità di corrente è proporzionale alla velocità di deriva, v, quella che dà luogo alla corrente elettrica:
G=e*n*v
dove e è la carica dell'elettrone ed n il numero di cariche libere per unità di volume.
Per il rame si ha come ordine di grandezza
n=10^29 elettroni/m^3
e, come sappiamo è
e=-1,6*10^-19 C
Considerando in un conduttore una densità di G=10 A/mm^2=10^7 A/m^2
si ha
v=G/(e*n)=10^7/((1,6*10^-19)*(10^29))=6,25*10^-4 m/s
Per le usuali densità di corrente ammesse nei conduttori l’ordine di grandezza della velocità di deriva cui è imputabile ciò che chiamiamo corrente elettrica, è dunque di pochi decimi di millimetri al secondo.

[Jon TopGArn]

Bella Admin! Tu si che hai argomentato la tua risposta!
Grazie

[dona79]

bene
calmate le acque ed armandosi di un po' di pazienza mi son ripreso il libro di fisica ed ho voluto charire la questione.
un conduttore non ha al suo interno carica libera o meglio ne ha poca e quindi, all'equilibrio, il campo E al suo interno è nullo o molto basso.
Detto in altre parole, anche in accordo con la trattazione di admin, le cariche son poche, il campo è piccolo e quindi la velocià delle cariche nel metallo è altrettanto bassa.
quindi, percè un impulso si trasmette istantaneamente?
semplice, il conduttore immerso in un campo E vuole ricostituire la condizione di equilibrio e per farlo richiama cariche per induzione in modo da contrastare il campo esterno e questo fenomeno avviene alla velocità della luce in quanto non vi è un effettivo movimento delle cariche all'interno del materiale.

[BrunoValente]

Secondo me, senza scomodare né la matematica né la fisica quantistica si può capire facilmente perché a fronte di una velocità bassissima dei portatori di carica in un metallo la velocità del segnale o dell'impulso è altissima: in pratica vogliamo capire perché, in un filo metallico lungo 300000 km, nonostante gli elettroni al suo interno si muovano a velocità di pochi millesimi di millimetro al secondo, il segnale elettrico per andare da un capo all'altro ci mette circa un secondo. Immaginiamo la fila di elettroni come fossero vagoni ferroviari fermi, quando si applica tensione ad un capo del filo gli elettroni iniziano a muoversi con velocità di pochi micron al secondo ma la rapidità con cui il movimento si propaga lungo il filo nulla ha a che fare con la velocità degli elettroni. Insomma se gli elettroni iniziassero a muoversi tutti contemporaneamente allora l'impulso si sarebbe propagato con una velocità infinita, cioè il momento in cui gli elettroni hanno cominciato a muoversi sarebbe stato lo stesso da una parte e dall'altra del filo. per varie ragioni che possono essere spiegate in vari modi a seconda che si scomodi la teoria classica dei campi o quella relativistica, vi è una sorta di elasticità nei portatori di carica o meglio di inerzia al moto, per cui l'elettrone successivo segue le vicende di quello precedente con un piccolissimo ritardo che dipende dalle interazioni tra gli elettroni stessi ( autoinduzione) e che conferisce una velocità finita all'impulso che al massimo può tendere ad essere come quella della luce nel vuoto.