Distribuzione della carica all'interno di un conduttore

[luigi2000]

Immaginando che la mia descrizione sia corretta (chi tace acconsente! ) mi chiedo, e vi chiedo:

prendiamo questo ipotetico conduttore, con una quantità di carica negativa (acquistata in qualche modo), in equilibrio elettrostatico, ovvero con tali cariche che sono disposte sulla pelle del conduttore (equidistanziate). Ed ora immaginiamo di applicare, agli estremi del conduttore, una certa d.d.p.. Che cosa accade? Evidentemente gli elettroni si muoveranno ordinatamente costituendo, così, una corrente elettrica.
E qui è la domanda che pongo: gli elettroni continueranno a muoversi sulla superficie del conduttore? Oppure, tale moto, interesserà l'intera sezione del conduttore?

[Bernalma]

Salve a tutti.

Non sono esperto di questi argomenti, ma da quello che ricordo (riguardante studi del passato remoto) se la superficie del conduttore è sferica le cariche si dispongono in modo equidistante, se invece il conduttore ha degli spigoli degli spuntoni, le cariche hanno una differente concentrazione. Mi sembra che su youtube ci sono molti video che descrivono questa disposizione di cariche a seconda della forma fisica del conduttore.

Se invece si provoca una corrente attraverso un generatore di DDP, in quel caso mi sembra che sia prevalente lo scorrimento di cariche dovute al generatore e nel caso di corrente continua le cariche dovrebbero scorrere per tutta la sezione del conduttore, infatti più il conduttore ha una sezione elevata e più corrente può sopportare.

Se invece si parla di generatore in alternata, allora dovrebbe comparire, nello scorrimento delle cariche elettriche all'interno del conduttore, il cosiddetto "effetto pelle" che è tanto più pronunciato quanto più è alta la frequenza del generatore. Infatti per certe frequenze sia un conduttore pieno che uno fatto a forma di tubo hanno circa la stessa portata in corrente proprio per il fatto che gli elettroni scorrono solo sulla superficie del rame e non all'interno. Fino a certe frequenze, l'effetto pelle può essere contrastato usando un conduttore chiamato "filo litz", in pratica un conduttore composto da molti capi sottili di rame isolati tra loro. Solitamente questi fili litz sono fatti con capi di filo smaltato tipo quello utilizzato per fare i trasformatori. In questo modo ogni capo sottile ha il suo effetto pelle ma all'interno di un conduttore, dove questi capi formano una specie di "corda", si ottiene una conduzione molto superiore rispetto ad un equivalente conduttore unico (come sezione) in rame pieno o composto da capi di rame nudi a contattoi diretto fra loro (come nel caso dei cavi flessibili).

Questi sono i concetti in generale, se vuoi formule o dimostrazioni matematiche io non sono la persona adatta per soddisfarti in questo (mi sono diplomato nell'1982 ed alcuni settori del mio HD neuronico si sono atrofizzati o cancellati).

[luigi2000]

Grazie Bernalma, per la risposta.

Molto interessante la soluzione dei cavi litz per contrastare l'effetto pelle che limita la sezione effettiva di circolazione di corrente all'interno di un conduttore interessato da alta frequenza.

In realtà mi sarebbe piaciuto avere una dimostrazione di quanto hai affermato; naturalmente una dimostrazione non matematica (che non riuscirei a comprendere per mancanza di strumenti) ma fisica. Diciamo qualitativa, che riesca, inoltre, a farmi immaginare come avviene il fenomeno.

Comunque grazie.


P.S.: a proposito, carina quella dei neuroni!

[guzz]

naturalmente una dimostrazione non matematica (che non riuscirei a comprendere per mancanza di strumenti) ma fisica.

non esiste la fisica senza la matematica...

che classe fai? quarta? che scuola?

[luigi2000]

Ciao Guzz, faccio la quarta (elettronica ed elettrotecnica). Fisica la facciamo al biennio ma, come scrivevo in un post precedente, il prof non ha trattato quell'argomento (di prof di fisica, poi, ne abbiamo avuti tanti ...). Oppure ero distratto io, non voglio escludere nulla!

Ora, co lo studio dell'elettronica, mi pongo sempre più domande di fisica perché voglio capire come vanno le cose.
La matematica mi piace e la studio. Non so, però, se per comprendere questo concetto servono argomenti che ancora non abbiamo svolto o che,magari, si fanno all'università. E' anche vero che, sicuramente, non ho problemi con quella parte della matematica che si studia al biennio (che serve per affrontare la fisica del primo e del secondo).

[guzz]

Sono argomenti che dovresti trattare in elettrotecnica... O almeno che io avevo studiato là

[luigi2000]

Quello che vorrei cercare di capire è questo:

se agli estremi di un conduttore, carico negativamente ed in equilibrio elettrostatico, applichiamo una d.d.p. costante, assistiamo ad un moto ordinato di elettroni.
Gli elettroni, inizialmente disposti sulla pelle del conduttore, si muoveranno sempre confinati su questa? Oppure occuperanno tutta la sezione disponibile?

Grazie.

[guzz]

fermo, chi ha detto che gli elettroni sono disposti sulla superficie del conduttore?

non fare confusione tra corpo caricato elettricamente e corpo che sta conducendo una corrente, sono due cose diverse.

[Bernalma]

Salve a tutti.

Per quello che ne so io, il potenziale che può avere un corpo conduttore completamente isolato, dovuto ad un eccesso di elettroni (quindi polarizzato negativamente) o ad un difetto di elettroni (quindi polarizzato positivamente), si tratta di un potenziale elettrostatico.
Per parlare di un potenziale di un conduttore o di un corpo qualsiasi, ci si deve riferire direttamente o indirettamente ad un altro corpo a potenziale differente.
Per esempio se ho 2 conduttori identici isolati fra loro ma entrambi carchi elettrostaticamente con lo stesso potenziale dello stesso segno, la DDP fra i 2 corpi sarebbe 0.
Quando si ha a che fare con un solo corpo carico elettrostaticamente, per definirne la carica bisogna riferirlo per esempio alla terra che per convenzione è considerata come a potenziale zero.

Se avessi 2 corpi identici uno carico con un valore "X" positivo ed un altro con un valore"X" negativo, fra i due ci sarebbe un potenziale 2X, mentre ognuno, rispetto alla terra, avrebbe o +X oppure -X.

Se ad un conduttore carico con potenziale elettrostatico ci collego ai suoi estremi un generatore DDP da 1V dc con una resistenza interna di 1 ohm, facendo in modo che questo generatore rimanga a sua volta isolato dalla terra anche nel momento della connessione, il generatore stesso entrerebbe a far parte del potenziale elettrostatico, distribuendo su se stesso una parte delle cariche in eccesso del conduttore, mentre la corrente da lui generata di 1 ampere (non elettrostatica) scorrerebbe all'interno del conduttore indipendentemente dalle cariche in eccesso presenti nel sistema generatore + conduttore.

Il potenziale elettrostatico del sistema può essere annullato collegandolo a terra oppure collegandolo con un corpo con carica identica ma di segno opposto. Tutto questo indipendentemente dalla corrente che continuerebbe a fluire nel conduttore per merito del generatore DDP da 1V.

Non so se qualche esperto può confermare o smentire questo, aggiungendo qualche dato numerico o qualche formula matematica dimostrativa.

[dadduni]

Gli elettroni, inizialmente disposti sulla pelle del conduttore, si muoveranno sempre confinati su questa?

no, il moto degli elettroni dovuti a una differenza di potenziale puoi immaginarlo come il flusso di acqua in un tubo con le dovute differenze.
Da non confondere la corrente con la disposizione elettrostatica.