Consideriamo due conduttori scarichi. Per verificare che siano scarichi li avviciniamo ad un elettroscopio a foglie e vediamo che nessuno
dei due conduttori sposta le nostre foglioline. Se adesso io carico a 1000 Volt questo conduttore. Non fatelo a casa, sto utilizzando un generatore particolare quindi non c’è nessun rischio. Ho portato questo conduttore ad un certo potenziale. Mentre invece il conduttore che è rimasto scarico si troverà ad esempio a potenziale possiamo dire zero. Se adesso connetto i due conduttori utilizzando un filo, un filo di rame quindi un filo conduttore, ci accorgiamo che anche il secondo conduttore si porterà allo stesso potenziale del primo ed, effettivamente, se andiamo adesso a verificare, su di esso ci sono delle cariche. Cos’è che è successo? Quando io ho posto in contatto i due conduttori, essendoci una differenza di potenziale tra di essi, all’interno di questo filo conduttore si è costruito un campo elettrico. Quindi le cariche, che dentro un conduttore sono libere di muoversi, si saranno spostate in funzione di questo campo elettrico che si è venuto a formare. Questo moto ordinato di cariche che avviene a partire dal primo conduttore per terminare sul secondo, dura una frazione di secondo: il tempo necessario a queste cariche per spostarsi e distribuirsi in maniera tale da portare il secondo conduttore allo stesso potenziale del primo. Se io volessi vedere questo fenomeno di moto ordinato, non per un breve periodo di tempo, ma per un tempo illimitato, devo introdurre un nuovo oggetto che è la pila. Questo oggetto, inventato centinaia di anni fa ormai, permette di mantenere costante la differenza di potenziale tra i terminali di questa pila. Quindi, se io adesso connettessi questi due terminali, essendo la differenza di potenziale mantenuta costante, ci sarebbe un continuo spostamento di carica da un polo all’altro della pila stessa. Per avere esperienza diretta di questo spostamento di cariche, possiamo mettere una piccola lampadina
a contatto di questi due terminali e vedete che, finché vi è mantenuto un contatto elettrico, le cariche fruiscono da un terminale all’altro passando all’interno del filamento della lampadina ed illuminandolo. Questa si chiama corrente continua. Un moto ordinato di cariche e quindi una corrente elettrica si ha
nei materiali in cui la cariche sono libere di muoversi. Tipico esempio è il materiale conduttore, in cui abbiamo una matrice di cariche positive, ferme, e un insieme di cariche negative, gli elettroni, liberi di muoversi. In un tipico conduttore vi sono circa 10^28 elettroni liberi per metro cubo. Quindi un numero veramente grande. Se io applicassi una differenza di potenziale ai capi di questo conduttore e la mantenessi costante,
ad esempio utilizzando una pila, gli elettroni, che sono liberi di muoversi, seguirebbero le linee di forza del campo elettrico che io ho costituito; il conduttore non riuscirebbe mai ad entrare in equilibrio a causa della pila che mantiene la differenza di potenziale ai suoi capi costante e quindi avrei un flusso ordinato di elettroni tra un polo e l’altro della pila e quindi da un capo all’altro
del mio conduttore. Come avviene in dettaglio questo moto ordinato di cariche? Dobbiamo immaginare che quando non vi è un potenziale applicato, gli elettroni liberi di muoversi all’interno del mio conduttore non sono fermi, ma in realtà si muovono a causa dell’agitazione termica. Quindi, in assenza di campo elettrico, quindi quando il conduttore è in equilibrio, gli elettroni che vi si trovano al suo interno si muovono di un moto casuale intorno ad una certa posizione di equilibrio, con una velocità che è dovuto all’agitazione termica che è di circa 10^5 metri al secondo. Quindi capite, una velocità molto alta. Gli elettroni però non si spostano, perché nel loro moto continueranno ad urtare o ioni positivi all’interno del cristallo o gli altri elettroni, se immaginiamo tutto in un modellino classico, e quindi cambieranno direzione e velocità continuamente. Quindi si muovono molto velocemente ma con una direzione e una velocità che cambia altrettanto velocemente. E quindi rimangono in qualche modo intorno ad una certa posizione di equilibrio. Quando io accendo
un campo elettrico cosa accade? Sovrapposto, quindi un campo elettrico diverso da zero, sovrapposto a questo moto caotico vi è un moto cosiddetto di deriva, dovuto al fatto che ciascuno di questi elettroni risentirà di una forza dovuta al campo elettrico, che nel nostro esempio sarà diretta in questo modo, che si va a sovrapporre a quel moto caotico di cui dicevamo prima, dovuto all’agitazione termica. Bene. La velocità di deriva dovuta all’azione del campo elettrico è dell’ordine di circa 10^(-4) metri al secondo. Capite quindi che è 9 ordini di grandezza più bassa della velocità termica, quindi vuol dire un miliardo
di volte più bassa. Però è sufficiente a spostare gli elettroni all’interno del conduttore. Adesso sorge spontanea la domanda: perché quando io accendo l’interruttore della corrente in casa nostra la lampadina si accende subito, se la velocità con cui gli elettroni si spostano all’interno del conduttore è molto piccola? È vero che un elettrone che si trova nei pressi dell’interruttore quando io accendo la luce raggiungerà la lampadina dopo qualche ora, perché si trova
a qualche metro di distanza. Ma in realtà quando io schiaccio l’interruttore della luce tutto il conduttore nello stesso istante vede accendersi questo campo elettrico e quindi tutti gli elettroni che si trovano tra l’interruttore e la lampadina si muoveranno istantaneamente. Quindi gli elettroni che sono più vicini alla lampadina entreranno subito all’interno della lampadina accendendola, gli elettroni che sono molto più lontani arriveranno più tardi. Quindi capite che è vero che l’elettrone si muove molto lentamente, ma l’informazione che dice a tutti
gli elettroni di muoversi invece è istantanea e si muove molto velocemente.
