La corrente elettrica

Di Micaela Bonito.

Argomenti di elettricità ampiamemente trattati dai nostri tutor di fisica.

Elettricità


Argomenti trattati: La corrente elettrica - Generatori elettrici - Accumulatori - I circuiti elettrici - Resistenze in serie e in parallelo - Il calore prodotto dalla corrente



La corrente elettrica

Collegando con un filo conduttore una lampadina ad un condensatore, si osserva che la lampadina si accende, resta accesa per qualche secondo e poi si spegne.

Cosa è successo? Tra i due capi del condensatore vi è una differenza di potenziale (d.d.p.), dovuta a un diverso accumulo di cariche elettriche sulle due armature. Facendo un collegamento tra i due capi, le cariche si spostano attratte dalle cariche di segno opposto. Tale movimento di cariche elettriche prende il nome di corrente elettrica; la corrente elettrica dura finchè vi è una d.d.p.: non appena le cariche si annullano le une con le altre, non vi è più d.d.p. e il flusso di corrente si interrompe.
Quindi, condizione necessaria affinché un conduttore sia percorso da corrente elettrica è l’esistenza di una d.d.p. non nulla tra i suoi estremi.
Convenzionalmente, il verso della corrente elettrica è quello che va dal polo positivo al polo negativo del generatore (che, nel nostro caso, è un condensatore), cioè la corrente percorre un conduttore da punti a potenziale maggiore verso punti a potenziale minore.
La corrente elettrica si misura in ampere (A); un ampere è un flusso di cariche di 1C al secondo:

. In verità in conduttori metallici non sono le cariche positive a muoversi sotto l’azione di un campo elettrico, bensì quelle negative. In particolare sono gli elettroni di conduzione ad essere liberi di migrare verso il polo positivo.
Gli elettroni sono distribuiti lungo tutto il conduttore e quando si applica agli estremi del conduttore una d.d.p., ad arrivare per primi nei punti a potenziale più alto sono gli elettroni che già si trovavano in prossimità del polo.

Generatori elettrici

Per far funzionare un elettrodomestico è necessario mantenere ai suoi capi una d.d.p. costante. Questo effetto può essere ottenuto collegando l’elettrodomestico a un generatore. Tale dispositivo è in grado di pompare le cariche negative verso il suo polo (elettrodo) negativo.
Quest’ultimo, infatti, tende a scaricarsi poiché le cariche in esso presenti fluiscono verso l’elettrodo positivo, passando per il circuito esterno al generatore, attraverso l’elettrodomestico.
Oltre ai conduttori metallici, anche detti di prima classe, in cui le cariche libere sono gli elettroni, vi sono conduttori di seconda classe: si tratta di soluzioni elettrolitiche, cioè di miscele acquose, in cui vi sono particelle cariche, positive e negative, dette ioni, libere di muoversi.
La pila è un dispositivo composto da due elettrodi metallici e da una soluzione elettrolitica, disposti in modo tale che la pila funzioni da generatore di corrente. In verità il dispositivo genera una d.d.p. che, come vedremo, a seconda del circuito che deve alimentare, produce una corrente più o meno intensa.
La d.d.p. prodotta da un generatore viene anche detta forza elettromotrice (f.e.m.).

La pila di Volta è un dispositivo in grado di trasformare l’energia chimica in energia elettrica.
Descriviamone bre

vemente il funzionamento: due elettrodi di rame (Cu) e zinco (Zn) vengono immersi in una soluzione acquosa di acido solforico (H2SO4).
In acqua l’acido solforico si dissocia:

.
Lo zinco tende a cedere elettroni e a passare in soluzione come ione positivo, Zn + 2. Tale proprietà è detta elettropositività.
Il rame è meno elettropositivo dello zinco, per cui l’elettrodo di zinco si carica negativamente e quello di rame positivamente. Se i due elettrodi sono collegati attraverso un filo conduttore, gli elettroni migrano dall’elettrodo di zinco a quello di rame, attirando gli ioni H+, che si neutralizzano:

..
Così, l’elettrodo di rame si carica di nuovo positivamente e nelle sue vicinanze si sviluppa idrogeno molecolare; a questo punto, essendo i due elettrodi collegati da un filo conduttore, le cariche positive vengono allontanate dall’elettrodo di Zn come ioni Zn+2, e il fenomeno si ripete.
Quindi l’elettrodo di zinco si assottiglia e sull’elettrodo di rame si sviluppa idrogeno molecolare.
All’interno della cella elettrolitica, gli ioni di zinco si legano con gli ioni

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Quindi, complessivamente, la reazione è:

.
Tale reazione è esoenergetica, cioè accompagnata da emissione di energia, ed è proprio questa energia chimica ad essere convertita nell’energia elettrica che alimenta il circuito.

Accumulatori

Un accumulatore elettrico è un dispositivo che può funzionare sia come una pila che come una cella elettrolitica, vale a dire si può ricaricare.
Descriviamo uno dei tipi più diffusi di accumulatori, l’accumulatore a piombo. Quando è carico esso si presenta così: il polo positivo è una griglia di piombo nelle cui maglie vi è biossido di piombo; il polo negativo è di piombo; i due elettrodi sono immersi in una soluzione di acido solforico.
Nel processo di scarica, l’accumulatore si comporta come generatore di corrente: al polo negativo avviene una reazione di ossidazione a quello positivo una di riduzione:

dove gli ioni H+ vengono dalla dissociazione dell’acido solforico, che produce anche ioni

che si legano agli ioni di piombo, formando solfato di piombo:

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Il solfato di piombo non è solubile e si deposita sugli elettrodi. Nel processo di carica, viceversa, collegando gli elettrodi dell’accumulatore a un generatore di tensione continua, si innesca il processo opposto:

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L’accumulatore a piombo presenta alcuni problemi: si deteriora se viene lasciato inattivo (la causa è la solfatazione, cioè il

non si scioglie più) e non può essere alimentato da una f.e.m. inferiore agli 1.8V.