7. La corrente elettrica nei metalli Elettromagnetismo 7. La corrente elettrica nei metalli

1. I conduttori metallici Struttura di un conduttore metallico: Reticolo cristallino costituito da ioni positivi Elettroni di conduzione liberi di muoversi nel reticolo Spiegazione microscopica dell’effetto Joule: Un conduttore metallico si scalda perché gli ioni del reticolo cristallino assorbono, attraverso gli urti, l’energia cinetica degli elettroni accelerati dal campo elettrico Modello di moto degli elettroni in un metallo: Si muovono tutti nella stessa direzione con la medesima velocità (di deriva), molto piccola (dell’ordine di 10-4 m/s)

2. La seconda legge di Ohm La resistenza R di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza l e inversamente proporzionale alla sua area trasversale A  = resistività, dipende dal materiale e dalla temperatura Al variare del valore (da minore a maggiore) della resistività, i materiali si dividono in: conduttori, semiconduttori e isolanti

3. Resistività e superconduttori La resistività aumenta al crescere della temperatura: infatti, gli ioni del reticolo oscillano in maniera più ampia, gli urti con gli elettroni sono più probabili e aumenta l’impedimento al movimento degli elettroni Superconduttività: a una temperatura specifica, molto bassa (temperatura critica), la resistività di alcuni metalli diventa nulla In un superconduttore non vi è effetto Joule e la corrente continua a circolare senza bisogno di un generatore. Fenomeno quantistico. Tecnologia: nuovi materiali superconduttori ad alta temperatura critica (>100K)

4. Carica e scarica di condensatore Circuito RC: generatore fem, resistore R e condensatore C collegati in serie Carica del condensatore: Quando si chiude l’interruttore, all’inizio il condensatore si carica facilmente, in seguito le cariche già presenti tendono a respingere quelle dello stesso segno provenienti dal generatore Diminuzione esponenziale dell’intensità di corrente in funzione del tempo Scarica del condensatore: Quando si toglie dal circuito la batteria, il condensatore si scarica con un andamento nel tempo uguale a quello del processo di carica Applicazioni: Fenomeni intermittenti (con tempo caratteristico t=RC) (pacemaker, tergicristalli, lampeggiatore)

5. Estrazione di elettroni da un metallo Se si vuole estrarre un elettrone da un metallo, è necessario fornirgli energia (lavoro di estrazione) di alcuni elettronvolt (1 eV = 1,6 x 10-19 J) Effetto termoionico: scaldando il metallo, aumenta l’energia cinetica degli elettroni, che può diventare maggiore del lavoro di estrazione Applicazione: tubo catodico Effetto fotoelettrico: illuminando il metallo con luce visibile o ultravioletta, gli elettroni ricevono un’energia maggiore del lavoro di estrazione Applicazione: fotocellule

6. Effetto Volta Mettendo a contatto due metalli, tra di essi si instaura una differenza di potenziale, dovuta alla differenza tra i rispettivi potenziali di estrazione Applicazioni: la pila, la termocoppia