Quanto veloce è il flusso degli elettroni all’interno dei cavi elettrici?

Potreste essere sorpresi di apprendere che il flusso degli elettroni attraverso un filo di rame è molto più lento di quanto si muove una tartaruga.

Ogni filo che conduce un flusso di elettroni, produce corrente elettrica utilizzabile ed è composto da miliardi di atomi. Per muoversi lungo di esso, gli elettroni devono attraversare questi atomi e lo fanno con un moto a zig-zag, che realizza un tasso di flusso netto, chiamato “velocità di deriva”, in una data direzione abbastanza lento.

Quanto lento esattamente? Per calcolarlo, usiamo questa formula: I = n * A * v * Q
Oppure: v = I/(n*A*Q)

I è la corrente, n è il numero di elettroni per metro cubo, A è la sezione trasversale del filo, Q è la carica di un elettrone e v è la velocità di deriva degli elettroni.

Poiché il numero di elettroni in un filo di rame (n) è 8,5 * 10 elevato a 28 / m3, e la carica di un elettrone (Q) è 1.6 * 10 elevato alla -19 C, se sappiamo l’area della sezione trasversale del filo e la corrente (I), noi possiamo calcolare la velocità di deriva degli elettroni.

Ad esempio, supponiamo di disporre di una corrente di 14 ampere e un filo di rame con una sezione trasversale di 3 * 10 elevato alla -6 m2. Facendo i calcoli otterremo che gli elettroni si muovono a una velocità di 3,4 * 10 elevato alla -4 m/s – circa un terzo di millimetro al secondo.

Per dirla con valori che sono più facili da capire, la velocità degli elettroni è di 1,2 metri per ogni ora – una velocità di movimento molto più lenta di quella di una tartaruga comune, che può coprire circa 240 metri nello stesso lasso di tempo.

Come è possibile che un flusso, sostanzialmente più lento di una tartaruga, più o meno istantaneamente, possa accendere una lampadina in una stanza?

Grazie ad una “Reazione a catena”.

Gli atomi nel filo di rame sono stipati l’uno vicino all’altro, “guancia a guancia”, ed anche per gli elettroni succede la stessa cosa. Quando l’interruttore viene acceso, grazie alla differenza di potenziale creata dal generatore, viene attivata una forza che fa spostare gli elettroni. Ognuno spinge il proprio vicino, che a sua volta spinge il vicino e così via fino in fondo il filo.

Alla fine, nessun elettrone attraversa il filo per accendere la luce, come si potrebbe pensare. Questo fenomeno è simile al moto dell’acqua nelle condutture. Quando si apre il rubinetto di casa, l’acqua esce istantaneamente, nonostante il fatto che, magari, il serbatoio di accumulo dell’acquedotto è a chilometri di distanza.

ARTICOLI SIMILI

Commenti

Loading Facebook Comments ...