Corrente elettrica
La corrente elettrica (in inglese electric current, pronuncia eletric carrent), è un movimento di cariche elettriche trasportate da particelle elementari (in particolare elettroni e solo in casi particolari protoni) o da ioni. Normalmente perché le cariche si muovano occorre che sia presente una differenza di potenziale che viene fornita da un generatore elettrico. Spesso nel gergo comune si usa erroneamente il termine "corrente elettrica" per indicare in realtà la "tensione elettrica" (o differenza di potenziale). Per esempio si dice comunemente: "nelle prese di casa la corrente è a 230 Volt".
La grandezza (più correttamente l'intensità) di una corrente elettrica si misura in Ampere (pronuncia amper). Un Ampere corrisponde al passaggio di una carica elettrica di un Coulomb ogni secondo. Per esempio se dico che in un filo elettrico passa la corrente di 5 Ampere (che è circa la corrente elettrica che passa nel filo che alimenta un faro di una automobile), significa che ogni secondo attraverso il filo passa una carica elettrica pari a 5 Coulomb (il simbolo del Coulomb è C). Poiché in un filo elettrico il passaggio di corrente elettrica avviene grazie al movimento di elettroni (vedi conduttore elettrico), possiamo calcolare quanti elettroni passano in quel filo ogni secondo. Infatti ogni elettrone trasporta una carica elettrica pari a 1.6 x 10-19 Coulomb (cioè 0,00000000000000000019 Coulomb). Facendo la divisione otteniamo che in quel filo passano circa 3 x 1019 elettroni ogni secondo (cioè 30 miliardi di miliardi di elettroni ogni secondo!).
Si potrebbe quindi pensare che, per poterne passare tanti ogni secondo, in quel filo elettrico gli elettroni avanzino velocissimi. In realtà non è così perché l'elettrone è anche piccolissimo per cui in quel filo gli elettroni avanzano a meno di un decimo di millimetro al secondo. Cioè gli elettroni che partono dalla batteria dell'automobile impiegano alcune ore a raggiungere la lampadina!.
Come detto la corrente elettrica può essere costituita anche da un movimento di ioni. Il caso tipico è il passaggio di corrente elettrica attraverso un liquido. Se immergiamo in un bicchiere d'acqua salata le estremità di due pezzi di filo elettrico (senza che si tocchino) e colleghiamo le altre estremità dei fili ai poli di una pila, noteremo un passaggio di corrente nei fili. Questa corrente è presente (ed è identica) in entrambi i fili. Ciò significa che degli elettroni stanno attraversando quei fili. Ma allora significa che quella corrente elettrica in qualche modo attraversa anche l'acqua che separa le estremità immerse dei due fili.
Potremmo essere portati a pensare che gli elettroni che dalla pila arrivano all'estremità immersa nell'acqua di uno dei fili abbandonino il filo e "nuotino" nell'acqua fino ad approdare all'estremità immersa del secondo pezzo di filo. In realtà nel caso di passaggio di corrente elettrica in un liquido le cose sono più complicate. Infatti in un liquido gli elettroni non possono muoversi liberamente come avviene in un filo elettrico. Per viaggiare dall'estremità immersa di un filo all'altra si "attaccano" ad atomi (o a gruppi di atomi) che sono dispersi nel liquido. Nel nostro caso atomi che vengono dal sale da cucina, (cloruro di Sodio, simbolo NaCl) che abbiamo sciolto nell'acqua. Questi "traghettatori" di elettroni si dicono ioni e la corrente elettrica nel liquido viene detta corrente ionica. Poiché esistono sia ioni negativi (che contengono più elettroni che protoni, nel nostro caso sono ioni di Cloro) che ioni positivi (che contengono meno elettroni che protoni, nel nostro caso ioni di Sodio), le correnti ioniche sono in genere dovute a un doppio movimento di cariche: ioni negativi che viaggiano dal polo negativo verso quello positivo e ioni positivi che viaggiano in verso contrario (nei metalli, ricordiamo, la corrente elettrica è dovuta unicamente al movimento di elettroni che sono negativi e si muovono dal polo negativo verso il polo positivo).
Un caso particolare di corrente elettrica è quella nei gas (vedi ionizzazione nei gas) e quella nel vuoto (vedi valvola termoionica).
Un caso particolare di corrente elettrica è quella che può essere innescata in un materiale superconduttore. E' infatti l'unico caso in cui il moto delle cariche (e quindi la corrente elettrica) non è necessariamente associato ad una differenza di potenziale elettrico: in un superconduttore è possibile far circolare indefinitivamente correnti di migliaia di Ampere anche senza la presenza di un generatore elettrico.
Corrente elettrica continua e alternata[modifica | modifica sorgente]
Le correnti elettriche possono essere continue o alternate. Una corrente elettrica continua non cambia mai di verso. Se per esempio utilizziamo come generatore elettrico una pila e vi colleghiamo una lampadina a incandescenza, vediamo la lampadina accendersi e questo è dovuto al movimento degli elettroni che avanzano dal polo negativo della pila verso il polo positivo della pila attraversando il filamento della lampadina che si riscalda e emette luce. Una corrente elettrica alternata, invece, cambia di verso continuamente. In un generatore di corrente alternata i poli positivo e negativo si scambiano continuamente. Il tempo tra una inversione e l'altra è detto periodo e il numero di cambiamenti che avvengono ogni secondo è detto frequenza di quella corrente elettrica. Per esempio la corrente elettrica che circola nei fili elettrici delle automobili è continua (alimentata dalla batteria). La corrente elettrica che invece circola in un ferro da stiro è alternata (alimentata dalla rete elettrica tramite la spina inserita nella presa elettrica). La corrente elettrica alternata che circola in un ferro da stiro in tutta Europa ha la frequenza di 50 Hz (Hertz). Significa che gli elettroni all'interno dei fili invertono il loro moto 50 volte ogni secondo.
A seconda delle applicazioni si utilizzano correnti continue o alternate perché ognuna ha vantaggi e svantaggi, Grazie ai componenti elettronici è possibile trasformare una corrente alternata in corrente continua. E' possibile anche la trasformazione da corrente continua ad alternata ma è molto più complesso perché occorre utilizzare particolari apparecchiature elettroniche dette inverter.
Le correnti elettriche possono avere la forma più svariata. Una corrente, per esempio, può variare continuamente il proprio valore senza però cambiare mai il verso (viene detta corrente continua variabile o corrente unidirezionale). Una corrente elettrica alternata può cambiare continuamente il proprio valore ma anche la propria frequenza: è il caso per esempio della corrente elettrica che circola negli altoparlanti di una radio. Se misuriamo istante per istante il valore di una corrente elettrica e riportiamo questi valori su un diagramma cartesiano con il tempo sulle ascisse (asse X) e i valori della corrente sulle ordinate (asse Y) otteniamo un diagramma che rappresenta la forma d'onda di quella corrente. La forma d'onda della corrente alternata presente nelle prese elettriche è sinusoidale cioè ha la forma riportata in figura 1 dove la forma d'onda è visibile in azzurro sullo schermo di uno strumento che serve appunto a vedere le forme d'onda elettriche e che è detto oscilloscopio.
Come si misura la corrente elettrica?[modifica | modifica sorgente]
Per misurare le correnti elettriche si utilizza normalmente l'amperometro. Uno strumento portatile estremamente diffuso che misura anche le correnti elettriche è il multimetro, detto più comunemente tester. Gli strumenti per la misura della corrente elettrica possono misurare il valore medio (normalmente su un tempo dell'ordine di un secondo) o il valore efficace (detto comunemente RMS dall'inglese Root Mean Square). I primi sono più semplice ed economici, per cui la maggior parte degli strumenti di qualità effettua la misura RMS. Esistono però casi in cui la finalità della misura richiede l'uso di strumenti a valore medio.
Per misurare una corrente elettrica l'amperometro deve essere posto in serie al circuito. La cosa è semplice se l'amperometro è già presente. Ma se si vuole misurare mediante un multimetro la corrente elettrica che circola in un filo nel quale non è presente un amperometro, occorrere interrompere momentaneamente il filo per collegare in serie lo strumento. cosa non sempre possibile. Per questo sono stati sviluppati strumenti in grado di misurare la corrente circolante in un filo senza doverlo interrompere: sono dette pinze amperometriche. Esse permettono di "abbracciare" temporaneamente il filo e ricavare il valore di corrente che circola in esso mediante una misura indiretta, senza alcun collegamento elettrico col filo stesso. Un tempo esistevano solo le pinze amperometriche per corrente alternata, ma grazie ai recenti sviluppi dell'elettronica (e in particolare ai componenti ad effetto Hall) oggi sono in commercio anche pinze amperometriche in grado di misurare qualunque tipo di corrente, compreso quella continua.
