Corrente elettrica

L'elettricità indica l’insieme di fenomeni prodotti dalla carica elettrica. La carica elettrica è una proprietà che caratterizza le particelle dell’atomo. In particolare, ogni atomo è composto da un nucleo circondato da elettroni carichi negativamente. Il nucleo contiene particelle chiamate neutroni (carica neutrale) e protoni (carica positiva). 

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Indice

    Fra le cariche agiscono forze attrattive quando hanno segni opposti, e repulsive quando quando hanno lo stesso segno. Nei conduttori (ad esempio, metalli come il rame o l'argento), il movimento degli elettroni, noti come elettroni liberi, è responsabile dello spostamento della carica. La carica in movimento è ciò che chiamiamo corrente elettrica. Vediamo insieme di cosa si tratta!

    Definizione della corrente elettrica

    Possiamo definire la corrente elettrica come un flusso di cariche. L’intensità della corrente elettrica è la quantità di carica che si muove attraverso una superficie in un determinato intervallo di tempo.

    Flusso di una carica attarverso un conduttore

    Quando due oggetti carichi come nella Figura 1 sono collegati da un filo conduttore, vi è un passaggio di carica che genera una corrente. La corrente scorre perché vi è una differenza di potenziale.

    corrente elettrica flusso di carica in un conduttore StudySmarter Fig. 1 - Flusso di carica in un conduttore.

    Intensità di corrente elettrica

    L’intensità di corrente elettrica è una grandezza fondamentale nel sistema internazionale (SI) e l’unità di misura è l’Ampere (\(A\)). Indicando con \(\Delta Q\) la quantità di carica che attraversa la superficie in un conduttore nel tempo \(\Delta t\), la formula per l’intensità di corrente elettrica è la seguente:

    \[i = \lim_{\Delta t \to 0} \frac{\Delta Q}{\Delta t}\]

    Corrente convenzionale

    In un circuito gli elettroni si allontanano dal polo carico negativamente e si dirigono verso il polo carico positivamente, seguendo la regola di base secondo cui le cariche simili si respingono e le cariche opposte si attraggono.

    Tuttavia, per convenzione si definisce il verso della corrente come la direzione del flusso di cariche positive dal polo positivo a quello negativo. Si tratta quindi di un flusso opposto a quello degli elettroni.

    corrente elettrica flusso convenzionale StudySmarterFig. 2 - Flusso convenzionale (in alto) vs flusso di elettroni (in basso).

    È importante notare che il flusso di cariche ha una direzione, ma l’intensità di corrente è una grandezza scalare.

    Come misurare la corrente

    La corrente può essere misurata con un dispositivo chiamato amperometro. L'amperometro deve essere sempre collegato in serie alla parte del circuito in cui si desidera misurare la corrente, come mostrato nella figura seguente.

    corrente elettrica amperometro StudySmarterFig. 3 - Schema per la misurazione della corrente con l'amperometro.

    In quale delle opzioni seguenti passano \(8\, \mathrm{mA}\) di corrente nel circuito elettrico?

    A) Quando una carica di \(4\, \mathrm C\) passa in \(500\, \mathrm s \).

    B) Quando una carica di \(8\, \mathrm C\) passa in \(100\, \mathrm s\).

    C) Quando una carica di \(1\, \mathrm C\) passa in \(8\, \mathrm s\).

    Soluzione

    A) \(i = 4/500 = 8 \cdot 10^{-3} = 8\, \mathrm {mA}\)

    B) \(i = 8/100 = 80 \cdot 10^{-3} = 80\, \mathrm {mA}\)

    C) \(i = 1/8 = 125 \cdot 10^{-3} = 125\, \mathrm {mA}\)

    L'opzione A è corretta: nel circuito passano \(8 \:mA\) di corrente.

    Quantizzazione della carica

    La carica dei portatori di carica è quantizzata e può essere definita come segue.

    Un singolo protone ha una carica positiva e un singolo elettrone ha una carica negativa. La carica (positiva o negativa) ha una grandezza minima fissa e si presenta sempre in multipli di tale grandezza.

    La quantità di carica può quindi essere quantificata in base al numero di protoni o di elettroni presenti.

    La carica elettrica elementare è pari a \(1{,}60 \times 10^{-19} \, \mathrm C\) (in valore assoluto). Nello specifico, la carica dell’ elettrone è \(-1,60 \times 10^{-19} \, \mathrm C\) mentre la carica di un protone è \(+1{,}60 \cdot 10^{-19} \, \mathrm C\). Possiamo quindi rappresentare la carica di qualsiasi particella come un multiplo di questa carica elettrica elementare.

    Calcolo della corrente in un conduttore

    La corrente in un conduttore ha diverse caratteristiche:

    • L’ immagine in alto della Figura 2 mostra portatori di carica positivi. In questo caso, la velocità di deriva e i portatori di carica si muovono nella stessa direzione. L’ immagine in basso presenta portatori di carica negativi e la velocità di deriva e i portatori di carica si muovono in direzione opposta.

    • La velocità di deriva dei portatori di carica è la velocità media con cui viaggiano attraverso il conduttore.

    • Supponendo che l’intensità della corrente in un conduttore sia costante (\(i(t) = i \)), questa può essere espressa in funzione della velocità di deriva come: \(i=A\:n\:q\:v_d\) dove \(q\) è la carica elementare, \(n\) è il numero degli elettroni presenti per unita di volume; \(A\) indica l’area di una sezione trasversale; e \(v_d\) è il modulo della velocità di deriva (la velocità di deriva è una grandezza vettoriale).

    Corrente Elettrica indotta

    È interessante notare che la corrente elettrica produce un campo magnetico e un campo magnetico che varia nel tempo può produrre una corrente elettrica.

    In particolare, si definisce corrente indotta la corrente che si manifesta in un circuito quando si ha una variazione del flusso del campo magnetico concatenato alla sezione del circuito.

    La relazione tra la forza elettromotrice indotta in un circuito e la variazione del flusso del campo magnetico concatenato alla sezione del circuito è data dalla legge di Faraday-Neumann:

    \[f_{em} = \lim_{\Delta t \to 0} \left( -\frac{\Delta \Phi(\vec{B})}{\Delta t}\right)\]

    dove \(\Delta \Phi (\vec{B})\) è la variazione del flusso del campo magnetico nell’intervallo di tempo \(\Delta t\).

    Corrente elettrica - Punti chiave

    • La corrente elettrica è definita come la quantità di carica che si muove attraverso una superficie in un determinato periodo di tempo.
    • L'unità di misura della corrente elettrica nel SI è l'ampere (A).
    • La corrente convenzionale è descritta come il flusso di carica positiva dal polo positivo a quello negativo.
    • La carica elettrica è quantizzata.
    • Si definisce corrente indotta la corrente che si manifesta in un circuito quando si ha una variazione del flusso del campo magnetico concatenato alla sezione del circuito.
    Domande frequenti riguardo Corrente elettrica

    Che cos'è la corrente elettrica e come si misura?

    Possiamo definire la corrente elettrica come un flusso di cariche. L’intensità della corrente elettrica è la quantità di carica che si muove attraverso una superficie in un determinato intervallo di tempo. L’intensità di corrente può essere misurata con un dispositivo chiamato amperometro.

    Quali sono i tipi di corrente elettrica?

    I tipi di corrente sono corrente continua (DC) e corrente alternata (AC). Quando le cariche si muovono sempre nello stesso verso si parla di corrente continua. Quando le cariche cambiano il proprio verso di percorrenza con frequenza fissa si parla di corrente alternata.

    Come si produce la corrente elettrica?

    La corrente elettrica si produce attraverso una differenza di potenziale. Quello che avviene è che gli elettroni si spostano naturalmente dal polo negativo a quello positivo. 

    Cosa vogliono dire AC e DC?

    Con AC si indica la correntealternata (dall’inglese alternating current) mentre con DC si indica quella continua (dall’inglese direct current).

    Che cosa dimostrò Faraday?

    Faraday scoprì il fenomeno dell’induzione elettromagnetica. Nello specifico, scoprì che la variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata da un circuito genera nel circuito una forza elettromotrice indotta. Questa relazione prende il nome di legge di Faraday-Neumann.

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    Un circuito ha una resistenza di 10 Ω e una corrente di 1,5 A. Qual è la tensione che lo attraversa?

    Quale delle seguenti corrisponde alla prima legge di Ohm?

    I metalli sono, in generale, dei buoni conduttori?

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