Corrente elettrica: definizione, unità, formula, tipi (con esempi)

Carica elettrica: quale reazione automatica produce quella frase quando la leggi? Un senso di formicolio, forse, o l'immagine di un fulmine che divide il cielo? Il display colorato di luci lampeggianti in una città come Parigi o Las Vegas? Forse anche un insetto che in qualche modo si illumina al buio mentre si fa strada attraverso il tuo campeggio?

Fino ai secoli recenti, gli scienziati non solo non avevano modo di misurare la velocità della luce, ma non avevano idea di quali fenomeni fisici fossero alla base di quella che oggi è conosciuta come "elettricità". Nel 1800, i fisici acquisirono per la prima volta una comprensione delle minuscole particelle coinvolte nel flusso di corrente (elettroni liberi) e della natura delle forze che le costringono a muoversi. Era chiaro che l'elettricità poteva fare un notevole bene se poteva essere "prodotta" o "catturata" in sicurezza e l'energia elettrica veniva utilizzata per fare il lavoro.

Il flusso di carica elettrica si verifica facilmente in sostanze classificate come

​Corrente elettricaè la velocità media del flusso di carica elettrica (cioè, carica per unità di tempo) oltre un punto nello spazio. Questa carica è portata daelettroniche si muove attraverso un filo in un circuito elettrico. Maggiore è il numero di elettroni che si spostano oltre questo punto al secondo, maggiore è l'intensità della corrente.

L'unità SI della corrente è l'ampere (A), spesso chiamato informalmente "ampere". La carica elettrica stessa si misura in coulomb (C).

• La carica su un singolo elettrone è -1,60 × 10^-19 C, mentre quello su aprotoneè uguale in grandezza mapositivoin segno. Questo numero è considerato ilcarica fondamentale​ ​e. L'unità base dell'ampere è quindi coulomb al secondo (C/s).

Per convenzione,la corrente elettrica scorre nella direzione opposta al flusso di elettroni. Questo perché la direzione della corrente è stata descritta prima che gli scienziati sapessero quali portatori di carica erano quelli che si muovevano sotto l'influenza di un campo elettrico. Per tutti gli scopi pratici, le cariche positive che si muovono nella direzione positiva offrono lo stesso fisico risultato (computazionale) come cariche negative che si muovono nella direzione negativa quando si tratta di energia elettrica attuale.

Gli elettroni si muovono verso un terminale positivo in un circuito elettrico. Il flusso di elettroni, o carica in movimento, è quindi lontano dal terminale negativo. Anche il movimento degli elettroni in un filo di rame o altro materiale conduttivo genera acampo magneticoche ha direzione e grandezza determinate dalla direzione della corrente elettrica e quindi dal movimento degli elettroni; questo è il principio su cui anelettromagneteè costruito.

Per lo scenario di corrente convenzionale di base di una carica che si muove attraverso un filo, la formula per la corrente è data da:

dovenè il numero di cariche per metro cubo (m³), ​eè la carica fondamentale,UNè l'area della sezione trasversale del filo, e​v_d​è ilvelocità di deriva​.

Sebbene la corrente abbia sia una grandezza che una direzione, è una quantità scalare, non una quantità vettoriale, poiché non obbedisce alle leggi dell'addizione vettoriale.

​Legge di Ohmfornisce una formula per determinare la corrente che scorrerà attraverso un conduttore:

doveVè ilvoltaggio, odifferenza di potenziale elettrico, misurato in volt, eRè l'elettrico?resistenzaal flusso di corrente, misurato inohm​ (Ω).

Pensa alla tensione come a una "forza di trazione" (sebbene questa "forza elettromotrice" non sia letteralmente una forza) specifica delle cariche elettriche. Quando le cariche opposte sono separate, sono attratte l'una dall'altra in un modo che diminuisce con l'aumentare della distanza tra loro. È vagamente analogo all'energia potenziale gravitazionale nella meccanica classica; la gravità "vuole" che oggetti alti cadano sulla Terra, e la tensione "vuole" che cariche separate (opposte) si schiantino insieme.

I volt sono equivalenti a joule per coulomb o J/C. Hanno quindi unità di energia per unità di carica. La tensione per i tempi attuali fornisce quindi unità di (C/s)(J/C) = (J/s), che si traducono in unità di potenza (in questo caso elettrica):

Combinando questo con la legge di Ohm dà luogo ad altre utili relazioni matematiche che coinvolgono il flusso di corrente: P = I²R e P = V²/R. Questi mostrano, tra l'altro, che a un livello fisso di corrente, la potenza è proporzionale alla resistenza, mentre se la tensione è fissa, la potenza èinversamenteproporzionale alla resistenza.

Mentre le cariche in movimento (corrente) inducono un campo magnetico, un campo magnetico può esso stesso indurre tensione in un filo.

• ​Corrente continua (CC):Ciò si verifica quando tutti gli elettroni fluiscono continuamente nella stessa direzione. Questo è il tipo di corrente in un circuito collegato a una batteria standard. Le batterie, ovviamente, possono fornire e forniscono solo una piccola quantità di energia necessaria per alimentare l'essere umano civiltà, sebbene la tecnologia in costante miglioramento nel campo delle celle solari offra la promessa di un potenziale migliore per stoccaggio di energia.
• ​Corrente alternata (CA):Qui, gli elettroni oscillano avanti e indietro ("wiggle", in un certo senso) molto rapidamente. Questo tipo di corrente è spesso più facile da generare in una centrale elettrica e comporta anche una minore perdita di energia su una grande distanza, motivo per cui è lo standard utilizzato oggi. Ogni lampadina e altro apparecchio elettrico in una casa standard dell'inizio del 21° secolo è alimentato da corrente alternata.

Con AC, la tensione viene variata in modo sinusoidale e viene data in qualsiasi momentotdall'espressione V = V₀sin (2πft), doveV₀è la tensione iniziale efè la frequenza, o numero di cicli completi di tensione (dal massimo al minimo fino al valore massimo) in ogni secondo.

Un amperometro è un dispositivo che viene utilizzato per misurare la corrente collegandola in serie – e mai in parallelo – in un circuito elettrico. (Un circuito parallelo ha più fili tra le giunzioni - in altre parole, alla fonte di alimentazione, condensatori e resistori – nel circuito.) Funziona in base al principio che la corrente è la stessa attraverso tutte le parti di un filo tra due giunzioni.

Un amperometro ha una resistenza intrinseca nota e bassa ed è predisposto per dare undeflessione completa(FSD) a un dato livello di corrente, spesso 0,015 A o 15 mA. Se si conosce la tensione e si manipola la resistenza utilizzando la funzione di resistenza shunt dell'amperometro, è possibile determinare la corrente; sai qual è il valore del flusso di correntedovrebberousare la legge di Ohm.

1. Calcolare la velocità di deriva degli elettroni in un filo di rame cilindrico con un raggio di 1 mm, o 0,001 m) che trasporta una corrente di 15 A, dato che per il rame, n = 8,342 × 10²⁸ e/m³.

L'areaUNdella sezione del filo è πr², o (0,001)² = 3.14 10^-6 m².

• Il segno negativo indica che la direzione è contraria a quella del flusso di corrente, come previsto per gli elettroni.

2. Trova la corrente I in un circuito da 120 V che ha resistori 2-Ω, 4-Ω e 6-Ω in serie.

I resistori in serie sono semplicemente additivi (nei circuiti in parallelo, la somma della resistenza totale è la somma dei reciproci dei singoli valori di resistenza). Così:

3. Un circuito ha una resistenza totale di 15 e un flusso di corrente di 20 A. Quali sono la potenza e la tensione in questo circuito?