Il flusso di elettroni in un conduttore

La corrente che fluisce in un conduttore è causata da un movimento di elettroni; questi hanno una velocità pari all'incirca quella della luce ma la loro velocità media è dell'ordine dei mm/s. Allora perché l'effetto è istantaneo a valle del conduttore? Inoltre, se c'è un flusso di elettroni in un'unica direzione (corrente continua), c'è un degrado della materia se pur in tempi lunghissimi? E per quanto riguarda la corrente alternata?
Davide Donnarumma
30 novembre 2001
In effetti la velocità dei portatori di carica in un conduttore, gli elettroni, è molto piccola. Per esempio per un filo di rame di 100 m di lunghezza alle cui estremità si applica una differenza di potenziale di 10 Volt, la velocità media degli elettroni è di circa 0,4 mm/s. Se la differenza di potenziale è mantenuta costante, in ogni istante la stessa quantità di elettroni entra da un'estremità ed esce da quella opposta. Quest'ultimi non sono però gli stessi elettroni che hanno viaggiato istantaneamente da un capo all'altro, bensì quelli che già si trovavano più vicini all'estremità.

Un'altra questione correlata è cosa succede se variamo improvvisamente il potenziale a una estremità. Con che velocità si trasmette questo cambiamento lungo il conduttore? In questo caso la velocità è tipicamente prossima a quella della luce. Nemmeno in questo caso ciò è in contraddizione col fatto che i portatori di carica si muovano molto più lentamente della luce. È un fenomeno del tutto analogo a quello della propagazione del suono nell'aria. Anche in quel caso, la velocitò del suono è 300 m/s, mentre quella delle molecole dell'aria, che trasmettono il suono, è di molto inferiore.

Per quanto riguarda l'ultima parte della domanda:

"Inoltre se c'è un flusso di elettroni in un'unica direzione (corrente continua), c'è un degrado della materia se pur in tempi lunghissimi? E per quanto riguarda la corrente alternata?"

Se la capisco bene, sembra ipotizzare un degrado della materia dovuto al fatto che ci sia un flusso di elettroni in una sola direzione. Come già ricordato, tanti elettroni escono da un capo quanti ne entrano dall'altro, per cui la materia conserva lo stesso numero di elettroni. Il degrado può essere causato invece se l'intensità della corrente è troppo elevata, perché, a causa delle interazioni dei portatori di carica con la struttura del materiale, questo porterebbe a un eccessivo riscaldamento del conduttore ed eventualmente anche alla sua fusione.

Massimo Pietroni INFN, Padova
Keywords: fisica, fisica teorica

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