Velocità del elettrone al interno di un materiale conduttore solido

[Peace and Love]

Buona sera ,sò di essere un ignorante,ma quando trovo qualcosa che sobilla le mie cognizioni NON posso esimermi dal informarmi.Cioè io son sempre stato convinto che la velocità del elettricità fosse data ,come appunto nel acqua,dal fatto che per farla breve breve "l'ultimo atomo spinge il primo" ma oggi leggo questo ▬▬ https://www.vialattea.net/novae/velo..._elettroni.pdf ..."In corrente alternata gli elettroni non vanno da nessuna parte: rimangono
mediamente nella stessa posizione." ▬▬ https://www.vialattea.net/content/119/ --- "L’immediatezza ...., non è dovuta alla migrazione degli elettroni, ma è data dalla velocità dell’onda elettromagnetica emessa dal generatore che si propaga sui due fili elettrici verso il carico. L’onda elettromagnetica (tensione e corrente) arriva .... a velocità poco minore di quella della luce, c, mettendo in fibrillazione gli elettroni presenti lungo il filo conduttore e nel filamento." ...e POI che nella corrente alternata non cè propio spostamento fisico della posizione del elettrone,almeno così ho inteso sia scritto..Mi potreste aiutare a capire un pò?

 

[Mark VI]

Non è che non si muovono, è che si muovono di "x" nella semionda positiva e di "-x" nella semionda negativa, quindi lo spostamento medio è nullo, ma si muovono (vibrano alla frequenza di rete). Come l'onda del mare, cresta si forma e si dissolve, ma l'acqua sempre nel mare resta, il mare "non si sposta". La corrente continua invece associala all'acqua del fiume, si muove da monte a valle e il dislivello metaforicamente equivale al ddp creato tra il + e il -.

 

[Peace and Love]

Grazie per le allegorie,però non mi è chiarissimo ,perciò nel AC un impulso elettromagnetico a volte proveniente da un rotore ma anche da un generatore statico,es gli inverter fv , che produce la corrente fà vibrare i cosini muovendoli un pò dal loro stato di apparente staticità ma senza spostarli ,ma allora perchè si consumano / trasformano sul utilizzatore,come AVVIENE ciò se non si muovono?Le onde in effetti spostano acqua pur essendo nel / sul mare.Però continuo a non capire stà cosa della semionda sù e giù perchè mediamente cè staticità?E in pratica un generatore AC è un generatore di impulsi?

 

[marcober]

Altra allegoria classica che si usa è la sega.
La sega a mano che taglia un tronco va avanti e indietro e dunque "in media" non si sposta mai dalla sua posizione (non va in giro per il bosco), eppure "compie un lavoro".
Dunque gli elettroni in effetti si spostano dalla loro posizione mediana, ma appunto fanno un passettino in avanti (non è vero ma prendila per buona) e poi tornano indietro. O meglio da una posizione di quiete detta A vanno in avanti sino a B nella prima meta della prima semionda..poi tornano indietro in A nella seconda parte della prima semionda..poi va in -B nella prima parte della seconda semionda (che infatti è negativa) e poi torna in A nella seconda parte della seconda semionda.
Siccome torna in A di fatto non si è mosso, ma comunque ha "fatto la strada", e quando si trovava in B o in - B il differenziale di potenziale che esprime rispetto alla sua posizione naturale (a carica zero rispetto al nucleo del suo atomo) era massimo. Ora se metti un "carico" su quel filo, che cerca di "frenare" quel movimento "avanti e indietro", ne puoi estrare un "lavoro" (la sega che taglia tronco), lavoro che avviene a spese del generatore (la mano che nonostante il carico, cerca di muovere la sega).

Quando onda passa per A (50 volte al secondo) il potenziale è zero e dunque il lavoro estraibile è zero...dunque l'energia che ci puoi estrarre (e la Potenza corrispondente che è energia su unita di tempo) non è mai costante..è massima in B e -B e zero in A..in un certo senso è "a impulsi" dato che si azzera..ma di fatto varia in continuo fra 2 massimi (e appunto si dice sinusoidale). Il fatto che uno sia negativo è una convenzione (direzione vettoriale del campo elettrico) ma quel che conta è che ci puoi estrarre un lavoro utile (cosi come la sega taglia sia quando "va" che quando "torna"...e sia che il dente della sega sia nella meta davanti o dietro rispetto alla parte mediana della sega..taglia per il solo motivo che scorre, incurante della direzione in cui scorre)

In DC è come avere una sega "a nastro"..scorre solo in una direzione

 

[nama]

Proprio un passettino non è nemmeno in CA , alla velocità della luce , nei 10ms di durata di una semionda , sono (se non sbaglio i calcoli) 3000km , quindi l'effetto in pratica per le normali connessioni sono come fosse in CC , o sbaglio ?
nel senso che un elettrone partito dal generatore , arriva all'utilizzatore in ogni caso anche se a 100-200km ...

 

[marcober]

Ti sembrerà strano ma la velocità di deriva (si chiama così la V di movimento elettrone in un conduttore), é molto bassa…ordine di 10 alla meno 4 m/s…significa 4 metri in un’ora.

 

[uforobot]

Ciao !
Io sono il tuo assistente virtuale, io sono un'intelligenza artificiale modello Gemini di Google.

La velocità media degli elettroni all'interno di un materiale conduttore solido è un concetto complesso che dipende da diversi fattori, tra cui:

• Tipo di materiale: La conduttività elettrica di un materiale dipende dal numero di elettroni liberi presenti e dalla loro mobilità. I metalli, ad esempio, hanno un'alta densità di elettroni liberi e una mobilità elevata, quindi gli elettroni si muovono al loro interno a velocità maggiori rispetto ai semiconduttori o agli isolanti.
• Temperatura: All'aumentare della temperatura, l'energia termica degli elettroni aumenta, facendoli muovere più velocemente e aumentando la conduttività elettrica del materiale.
• Campo elettrico applicato: Quando viene applicato un campo elettrico al materiale, gli elettroni vengono accelerati in direzione del campo elettrico, aumentando la loro velocità di deriva.

Per questi motivi, è difficile dare un valore preciso per la velocità media degli elettroni in un conduttore solido. Tuttavia, possiamo fare alcune stime approssimative.

Velocità di deriva: La velocità di deriva è la velocità media con cui gli elettroni si muovono nella direzione del campo elettrico applicato. Si può calcolare con la seguente formula:

v_d = (μ * E)

dove:

• v_d è la velocità di deriva (in m/s)
• μ è la mobilità degli elettroni (in m[SUP]2[/SUP]/(V·s))
• E è il campo elettrico applicato (in V/m)

La mobilità degli elettroni varia a seconda del tipo di materiale, ma in genere è compresa tra 10[SUP]-3[/SUP] e 10[SUP]4[/SUP] m[SUP]2[/SUP]/(V·s). Per un campo elettrico applicato di 1 V/m, questo significa che la velocità di deriva degli elettroni può variare da 10[SUP]-3[/SUP] a 10[SUP]4[/SUP] m/s.

Velocità media: La velocità media degli elettroni è maggiore della velocità di deriva, poiché gli elettroni si muovono anche in modo casuale all'interno del materiale. Questa velocità casuale è dovuta all'agitazione termica degli elettroni e può essere descritta dalla distribuzione di Maxwell-Boltzmann. La velocità media degli elettroni può essere calcolata come la media della velocità di deriva e della velocità termica.

In generale, la velocità media degli elettroni in un conduttore solido è compresa tra 10[SUP]4[/SUP] e 10[SUP]8[/SUP] m/s. Questa è una velocità enorme, ma è molto inferiore alla velocità della luce (circa 3 * 10[SUP]8[/SUP] m/s).

È importante notare che la velocità degli elettroni non è costante, ma varia nel tempo e nello spazio. Gli elettroni possono collidere con altri atomi o ioni nel materiale, perdendo velocità, e poi essere accelerati nuovamente da un campo elettrico.

Spero che questa spiegazione sia stata utile !
Se hai altre domande da fare non esitare a chiedere.

 

[Peace and Love]

Allora ci stò ragionando sù e grazie per le spiegazioni,moto ondoso/lama/denti della sega ma non ci riesco comunque a comprendere come può effettuarsi un lavoro indi trasmissione di energia senza che ci sia uno spostamento.Stà cosa del mediamente nullo non mi è ancora chiara.Comunque cercando un pò in rete qualche ulteriore semplice spiegazione ho trovato anche la "corda di chitarra"pizzicata" per dare il senso del energia trasmessa.Al che mi si è palesata in mente un altra immagine/metafora ,una corda fatta ondeggiare che trasmette +/- fino al altro capo il lavoro fatto per farla ondeggiare.Può essere valida questa immagine mentale che mi sono creato per cercare di capire o è fuorviante?Comunque sia tanto per complicare un pò,la CA ,si tratta di energia materiale, elettroni che si spostano/vibrano sù e giù a seconda del numero di impulsi che gli diamo inizialmente ,o sono pure onde elettromagnetiche generate dal generatore ,statico o mobile ?

 

[marcober]

Perché dici che il movimento non c’è? Il movimento c’è, è poco importa se il movimento avviene in una direzione e poi in un’altra…ciò che crea lavoro é il differenziale di potenziale, e questo si crea sia quando l’elettrone lo spingi avanti che quando lo tiri indietro.

per fare il solito paragone con altre grandezze fisiche….immagina due siringhe unità fra loro da un tubicino (il cavo elettrico).
se tu spingi avanti lo stantuffo della prima siringa e la seconda era “chiusa”, ecco che la seconda si apre, il suo stantuffo rincula e potrebbe rompere una noce (compie lavoro). Ma se poi la prima siringa la riporti come prima, estraendo stantuffo, la seconda siringa si chiude e lo stantuffo rientra…ma se lo stantuffo fosse collegato ad un cassetto, lo aprirebbe (compie lavoro). Però alla fine del ciclo la siringa é tornata alla posizione iniziale e un osservatore che la potesse vedere solo da ferma giurerebbe che non si sia mai mossa…però poi guardando la noce rotta e il cassetto aperto, vedrebbe che é stato compiuto un lavoro (a spese di chi ha prima spinto e poi tirato la siringa..il,generatore elettrico).
Quando premi la siringa 1 crei una pressione positiva che muove la 2…quando tiri la siringa 2 crei una depressione che muove la 2…questi sono il differenziale positivo e negativo che si alternano 50 volte al secondo …ma poco importa se per un po’ ci sia un segno + e per un po’ un segno - …. Alla noce che si rompe e al cassetto che si apre non fa alcuna differenza sapere il perché lo stantuffo 2 si muove…la cosa che crea lavoro é il semplice fatto che si muova… on un sistema di rimandi potresti aprire cassetti con ogni movimento o rompere noci con ogni movimento…e allora che questo avvenga usando pressione o depressione o un continuo cambio di stato fra i 2…non cambia molto rispetto invece ad avere solo una siringa lunghissima che spinge da un lato e una lunghissima che viene spostata dall’altro (in realta invece importa, nel senso che alternare di 120 gradi la pressione di 3 tubetti distinti, permette di eliminare il “tubetto di ritorno” dell’aria dato che la somma dei tre tubetti da sempre somma zero aria da trasportare…e allora il tubetto di ritorno non serve dato che gli altri 3 si compensano se li unisci fra loro..il potenziale zero a centro stella trifase…il, ne permette dunque di muovere molta più aria a parità di tubetti usati..cosa che ha il suo bel vantaggio)

 

[Peace and Love]

Cioè è una vibrazione aumentata della particella se in realtà mediamente non si sposta ?

 

[marcober]

Si una vibrazione dell’insieme degli elettroni che vanno in po in tutte le direzioni, ma la cui somma vettoriale in un dato lasso di tempo comporta che nel loro insieme hanno determinato un avanzamento in una direzione a cui segue subito analogo e contrario spostamento in direzione opposta. Se immagini insieme di elettroni come un unico grosso elettrone forse è più intuibile? Comunque si , la somma vettoriale di tutti gli spostamenti alla fine del periodo è zero ( che poi la vera posizione di un elettrone è indeterminabile, è un fatto statistico, ma lascia stare sta parte

 

[freeway]

Qual'è il problema? Il lavoro eseguito o fare la media? Se esco da casa e faccio un km verso est e vado al supermercato, e poi ritorno per la stessa strada, passo davanti a casa e faccio un km verso ovest per fare il tagliando alla macchina e poi torno a casa, allora se faccio la media fra i tragitti (a est + 1 km, verso ovest -2km, e di nuovo verso est +1 km), sembra che non mi sia mosso da casa. In realtà ho fatto 4 km e speso la relativa benzina

 

[Pedalologo]

..non ho letto tutto ma ho letto di velocità di 10^8 m/s per la corrente di elettroni in un conduttore che non riuscirebbero nemmeno a fare la curva di un cavo senza andar fuori strada.. prendi in un mm^3 di rame che ci saranno circa 6*10^24 atomi prendi che 1 Coulomb rappresenta circa 6*10^24 elettroni e che per ogni atomo di rame venga coinvolto un elettrone ..allora per far passare dalla sezione di 1mm^2 la corrente di 1 Ampere =1 Coulomb al secondo la velocità ti verrebbe di
[6*10^18/(6*10^24)]=10^-6mm/s .. velocità bassissime! (salvo errori .. comunque si tratta di velocità di flusso molto basse)

 

[Mr_Hyde]

scritto da UFO

• Temperatura: All'aumentare della temperatura, l'energia termica degli elettroni aumenta, facendoli muovere più velocemente e aumentando la conduttività elettrica del materiale.

aumentando la conduttività elettrica del materiale.??????

ma sei sicuro al 100% di quel che scrivi?

NON è corretto!!

infatti questo è valido solo per i conduttori di seconda specie( soluzioni acquose ) in cui la cunduttanza è data dallo spostamento di MATERIA in particolare è data dallo spostamento/migrazione degli ioni idrati(acquoioni) verso il polo opposto alla carica stessa .... NON PER I METALLI( conduttori di prima specie) in cui ad un'aumento di temperatura corrisponde una DIMINUZIONE di conduttanza elettrica( a tal uopo vedasi effetto Joule )

insomma , la domanda del 3d era nei conduttori solidi e NON nelle soluzioni

nei conduttori solidi , ad un aumento di T corrisponde una DIMINUZIONE DI conducibilità elettrica del materiale( l'esatto contrario di quel che hai scritto!!)


cordiali saluti

 

[Pedalologo]

e di conduttori metallici parlo! ho fatto solo l' ipotesi che per ogni atomo del metallo ci fosse un elettrone libero coinvolto nel flusso totale di elettroni, per calcolare la velocità di questo flusso.. ..che risulta minima minima poco c' importa un calcolo preciso!
In un conduttore percorso dalla corrente di 1 Ampere ci passa 1Coulomb (6.24*10^18e), ogni secondo
.. e (6.24*10^18e) cariche elementari in movimento non son mica anguille..
Quel flusso li di elettroni se fai il calcolo che ti ho messo ha quella velocità davvero minima..
Diverso è il discorso di come si muova un' onda attraversando un conduttore con ben altra velocità prossima alla luce..

 

[Mr_Hyde]

ma io mica ho risposto a te !! ti chiami UFO? ma hai letto cosa ho scritto ?? io manco ho letto i tuoi messaggi !

 

[marcober]

..
[6*10^18/(6*10^24)]=10^-6mm/s ..

ma m o mm al sec?

 

[Mr_Hyde]

..non ho letto tutto ma ho letto di velocità di 10^8 m/s per la corrente di elettroni in un conduttore che non riuscirebbero nemmeno a fare la curva di un cavo senza andar fuori strada.. prendi in un mm^3 di rame che ci saranno circa 6*10^24 atomi)

questo assunto è completamente errato .

INFATTI il peso atomico del rame(Cu) è circa 63,546 UNITA DI MASSA ATOMICA , il che vuol dire ....

63,546 g di rame contengono 6,02 x 10 ^23 atomi di rame ! ( as ciama numero di Avogadro )

ma 63,546 g di rame NON occupano il volume che dici

visto che la densità del rame è 9Kg/L..... 9 grammi di rame occupano il volume di 1 cm3

RIASSUMENDO

se 9 grammi di rame occupano il volume di 1 cm3 quanto occupano 65,546 g?

semplice

proporzione diretta

7,27 cm3 .................................................. ...........e NON 1 mm3

capisat??

saluti

 

[Pedalologo]

guarda io me ne son fregato di fare i conti di quanti atomi ci fossero in un mm^3 di rame per non dilungare inutilmente la discussione e l' ho chiesto alla AI che come saprai una l' azzecca e dieci vanno riviste.. insomma i numeri mi son detto saranno in quegli ordini.. e comunque se uno volesse rifare questo conto lo potrà rifare pure preciso per il senso che preciso possa avere in un modello come questo..

 

[Pedalologo]

..tanto per la cronaca alla AI gli ho chiesto di fare anche il calcolo preciso di quanti atomi ci fossero in un mm^3 di rame.. e questa è stata la risposta e come vedi l' ha cambiata rispetto a quella che mi aveva messo in precedenza.. ma come ti dicevo poco mi importa per quanto volevo dire che si tratti velocità molto basse poi ognuno i conti se li deve ripensare e rivedere o rifare da se ..ricevuto l' input il tema è suo!

AI:
La massa di un millimetro cubo di rame è di circa 8,96g
. Ora calcoliamo il numero di atomi:

Convertiamo la massa in grammi in massa atomica:8,96g=8,96g×1u/(1,66×10−24g)≈5,39×10^
22u

(che nemmeno ripenso non ne ho voglia vorrei invece adesso parlare della velocità delle onde nei conduttori...)