Velocità dell’Elettricità: Un’Analisi Dettagliata
Che cos’è l’Elettricità?
L’elettricità è generalmente definita come il movimento di elettroni (o altri portatori di carica) attraverso un conduttore in presenza di una differenza di potenziale o di un campo elettrico. Questo flusso presenta diverse velocità, che vanno distinte per comprendere appieno il fenomeno.
Velocità di Propagazione dell’Onda e Velocità di Deriva
Nei dispositivi elettronici di uso quotidiano, i segnali viaggiano come onde elettromagnetiche tipicamente al 50%–99% della velocità della luce nel vuoto. Tuttavia, gli elettroni si muovono molto più lentamente. La velocità di deriva degli elettroni in un conduttore è tipicamente molto lenta, dell’ordine di pochi millimetri al secondo, anche se la corrente nel conduttore può essere elevata. Le tensioni alternate non causano un movimento netto; gli elettroni oscillano avanti e indietro in risposta al campo elettrico alternato.
Corrente Elettrica
La corrente elettrica è il flusso di carica elettrica attraverso un materiale. È il tasso al quale la carica elettrica fluisce oltre un punto in un circuito, tipicamente trasportata dagli elettroni. L’unità SI per la corrente è il coulomb al secondo, o ampere (A), che è un’unità base SI: 1 ampere = 1A = 1 coulomb al secondo = 1 C/s.
Come Fluisce l’Elettricità?
In situazioni elettrostatiche, il campo elettrico all’interno del conduttore è zero e non c’è corrente. Tuttavia, ciò non significa che tutte le cariche all’interno del conduttore siano in quiete. In un metallo ordinario come il rame o l’alluminio, alcuni elettroni sono liberi di muoversi all’interno del materiale conduttore. Questi elettroni liberi si muovono casualmente in tutte le direzioni, simili alle molecole di un gas ma con velocità molto maggiori, dell’ordine di 106 m/s.
Velocità del Segnale e degli Elettroni
La velocità di propagazione dell’onda, o velocità di propagazione, è il rapporto tra la velocità con cui un fronte d’onda passa attraverso il mezzo e la velocità della luce nel vuoto. Solitamente, è circa il 90% della velocità della luce, circa 270.000 km/s. Per esempio, il fattore di velocità per un cavo coassiale è tipicamente intorno a 0.66-0.85.
Velocità di Deriva
In elettricità, la velocità di deriva si riferisce alla velocità media dei portatori di carica, solitamente elettroni, mentre si muovono attraverso un conduttore sotto l’influenza di un campo elettrico. La velocità di deriva degli elettroni in un conduttore è proporzionale alla corrente. La formula per calcolare la velocità di deriva è: vd = (I / nAq) dove vd è la velocità di deriva degli elettroni in metri al secondo (m/s), I è la corrente che fluisce attraverso il conduttore in ampere (A), n è il numero di portatori di carica per unità di volume nel conduttore (in m-3), A è l’area trasversale del conduttore in metri quadrati (m2), e q è la carica di un singolo elettrone, che è approssimativamente 1.602 x 10-19 Coulomb (C).
Velocità di Deriva e Mobilità Elettronica
La velocità di deriva e la mobilità elettronica sono concetti correlati ma si riferiscono a diversi aspetti del comportamento dei portatori di carica in un materiale. La mobilità elettronica è una misura di quanto facilmente gli elettroni possono muoversi attraverso un materiale sotto l’influenza di un campo elettrico, ed è definita come il rapporto tra la velocità di deriva degli elettroni e la forza del campo elettrico.
