Elettrotecnica - Scuola Radio Elettra - Corso Radio Stereo

Corso Radio Stereo

RADIO ELETTRA1969

SCUOLA RADIO. ELETTRA T O R I N O

(1

CORSO RADIO STEREO Teorica la

P R E M E S S A

Prima di iniziare la parte della radiotecnica che sar trattata nelle lezioni teoriche, opportuno considerare brevemente lo scopo delle lezioni stesse ed il programma che vi sar svolto.

Le lezioni teoriche si propongono anzitutto di ampliare le nozioni apprese dalle lezioni pratiche, estendendole dal particolare apparecchio montato in ognuna di tali lezioni a tutti gli apparecchi di tipo analogo che si possono realizzare impiegando circuiti diversi: si vedr cos come tutti questi circuiti obbediscano a principi generali, mediante i quali sar spiegato il loro funzionamento.

Inoltre, nelle lezioni teoriche verranno trattati compiutamente argomenti che, per la loro natura o per la loro complessit, possono essere soltanto accennati nelle lezioni pratiche, la cui parte principale consiste sempre nel lavoro costruttivo e sperimentale; queste lezioni daranno quindi una giustificazione pi completa e pi approfondita del funzionamento osservato direttamente sugli apparecchi costruiti in pratica.

Per quanto riguarda il programma, gli argomenti trattati nelle lezioni teoriche si possono suddividere in tre gruppi principali.

I1 primo di questi gruppi riguarder i componenti elettrici dei circuiti radio (resistori, condensatori, ecc.) ed il loro comportamento con i vari tipi di corrente.

Nel secondo gruppo si tratteranno i componenti elettronici (vari tipi di valvole) con particolare riguardo ai loro numerosi circuiti d'impiego, che costituiscono i singoli elementi delle apparecchiature radio.

Con il terzo gruppo di argomenti si vedr come questi singoli elementi delle apparecchiature radio vengono riuniti tra loro per realizzare i vari tipi di trasmettitori e di ricevitori.

La suddivisione fatta naturalmente molto schematica ed in realt i tre gruppi di argomenti suddetti saranno integrati opportunamente con nozioni :complementari, quali le misure, l'elettroacus~ca, ecc., in modo da presentare una trattazione completa ed organica di tutti gli argomenti connessi con la radiotecnica.

2 TEORICA la

Chiarito cos il fine delle lezioni teoriche e fissata a grandi linee la via da percorrere, possiamo fare coiloscenza con le prime nozioni di radiotecnica.

1. - ELETTROSTATICA

La parola ELETTROSTATICA messa a titolo di questo capitolo significa ELETTRICITA STAT~CA, cio ferma sui corpi; si usa questa parola per distinguere l'elettricit statica dall'elettricit in movimento, che viene chiamata pi comunemente con il termine a tutti noto di CORRENTE ELETTRICA.

Un semplice paragone pu aiutare a comprendere meglio questa distinzione: l'elettricit statica pu essere paragonata ad una certa quantit di acqua raccolta in un recipiente, in cui rimane ferma ( f i g . l -a); l'idea dell'elettricit in movimento, ossia della corrente elettrica, pu invece essere suggerita dall'acqua che scorre in un canale ( f ig . l -b) .

Perci, come possiamo avere una certa quantit di acqua ferma oppure in movimento, in modo analogo possiamo considerare una certa QUANTITA DI ELETTRICIT ferma su un corpo oppure in movimento in esso, per costituire, in quest'ultimo caso, la corrente elettrica.

Poich tutti abbiamo un'idea ben chiara di una quantit d'acqua, che possiamo vedere e toccare, dal paragone fatto sorge spontanea una domanda: in che cosa consiste veramente una quantit di elettricit, che, a differenza dell'acqua, non possiamo vedere direttamente?

A questa domanda saremo in grado di rispondere alla fine della lezione; per il momento ci basti sapere che, se anche non possiamo vedere direttamente la quantit di elettricit posseduta da un corpo, siamo per in grado di riscontrarne la presenza per mezzo degli effetti che essa produce, sia quando ferma sul corpo stesso, sia quando si muove in esso.

In questo capitolo dedicato all'elettrostatica ci occuperemo soltanto degli effetti prodotti dall'elettricit statica, rimandando alle prossime lezioni la descrizione degli effetti dovuti all'elettricit in movimento.

Cos facendo, ripercorreremo le tappe del progresso nel campo dell'elettricit, perch all'osservazione dell'uomo si sono presentati per primi i fenomeni elettrostatici, dal cui studio i numerosi ricercatori e sperimentatori sono poi passati a costruire successivamente tutto l'edi- ficio delle nostre attuali conoscenze.

TEORICA 1. 3

ACQUA CHE SCORRE = ELETTRICITA' IN MOVIMENTO

Fig. 1

4 TEORICA 1"

Della maggior parte di questi studiosi sar citato a mano a mano il nome e saranno indicati anche l'anno della nascita e quello della morte, in modo da ricordare coloro ai quali dobbiamo lo sviluppo della scienza ed avere un'idea dell'epoca in cui sono state fatte le scoperte pi importanti e decisive per il progresso.

1.1 - La prima scoperta

Si pu dire che fin dalle sue lontanissime origini l'uomo si trov in presenza di fenomeni elettrici: infatti, i fulmini che poteva osservare durante i temporali non sono altro che scariche elettriche dovute alla elettricit accuinulatasi sui banchi di nubi.

I fulmini sono per fenomeni naturali, che avvengono indipendentemente dalla volont dell'uomo, mentre ai fini delle applicazioni pr? tiche interessano i fenomeni che possono essere prodotti e controllati secondo la nostra volont, perch solo in questo modo possiamo utiliz- zare per gli scopi desiderati le forze della natura.

A quanto ci risulta, il primo uomo che produsse un fenomeno elettrico fu un filosofo di nome Talete, vissuto circa 2.500 anni fa nell'antica Grecia. Egli not che, strofinando con la lana un pezzo di ambra, questo acquistava la curiosa propriet di attrarre piccoli corpi leggeri, quali midollo di sambuco, pezzetti di sughero. pagliuzze.

Questa esperienza facilmente ripetibile oggi, poich si trovano a portata di mano molti oggetti in materia plastica, i quali hanno la stessa propriet dell'ambra di attrarre corpi leggeri dopo essere stati strofinati con un panno di lana.

Si pu prendere, ad esempio, la cannuccia di una penna a sfera e strofinarla rapidamente sempre nello stesso senso, sulla manica di un abito di lana (fig. 2-a): portandola poi molto vicino a pezzetti di carta, si constata che questi vengono attratti dalla cannuccia (fig. 2-b).

Tornando a Talete, occorre dire che egli non trasse conclusioni pratiche dalla sua scoperta, n procedette oltre questo esperimento.

L'unica conseguenza che ne deriv fu la parola elettricit: infatti, siccome in greco antico l'ambra si chiamava electron, si diede il nome d i elettricit alla causa che prodr{ceva l'attrazione di corpi leggeri da parte dell'ambra.

Possiamo dire perci che l'ambra strofinata con la lana attira i corpi leggeri perch con lo strofinio ha acquistato una quantit di elet-

TEORICA 1'

ELETTRIZZA2 IONE PER STROFINIO

Fig. 2

6 TEORICA 1"

tricit, ossia si ELETTRIZZATA; si usa anche dire che, in queste condizioni, l'ambra CARICA DI ELETTRICITA oppure che possiede una CARICA ELETTRICA.

L'effetto che permette di riscontrare la presenza di elettricit su un corpo dunque l'attrazione che questo risulta in grado di esercitare su corpi leggeri.

Pur non sapendo ancora che cosa sia veramente l'elettricit, conosciamo gi un primo modo per caricare elettricamente un corpo, cio ~'ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO.

Un secondo modo per caricare elettricamente un corpo consiste nel toccarlo per un istante con un pezzo di ambra gi elettrizzato pre- ventivamente per strofinio: si constata infatti che il corpo, dopo essere stato toccato dall'ambra, ha anch'esso la propriet di attrarre corpi leggeri, segno che risulta elettrizzato.

Questa elettrizzazione dovuta al fatto che una piccola parte del- l'elettricit posseduta dall'ambra passata sul corpo quando esso venuto a contatto con l'ambra stessa: perci, tale modo di elettrizzare un corpo si chiama ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO.

La possibilit di elettrizzare un corpo per contatto con un altro corpo gi elettrizzato dimostra un fatto molto importante, e cio che l'elettricit pu passare da un corpo ad un altro per semplice contatto tra i due corpi; in questo caso si dice che si stabilito un CONTATTO ELETTRICO tra i corpi.

1.2 - Conduttori e isolanti

Dopo Talete, passarono molti secoli prima che la storia potesse tramandarci il nome di un altro uomo che si sia dedicato allo studio dei fenomeni elettrici: questi l'inglese Guglielmo Gilbert, che nacque nel 1540 e mori nel 1603.

Gilbert non si accontent di ripetere l'esperimento con l'ambra, ma prov a fare la stessa cosa usando vari altri corpi e trov cos che alcuni di essi, come ad esempio il vetro, la resina, lo zolfo, ecc., si possono elettrizzare come l'ambra.

Si constatava in tal modo che l'elettrizzazione non era un fenomeno particolare proprio dell'ambra, ma che essa poteva ottenersi anche con vari altri corpi; si pens perci di distinguere i corpi in

TEORICA la 7

due categorie e cio quelli che si possono elettrizzare e quelli per i quali ci6 non C possibile.

In seguito questa distinzione si dimostr errata, perch l'inglese Stefano Gray ( 1665-1 736) riscontr che t t i t t i ,i corpi ~ O S S O I I O essere clet/ris:cili per- srr-ofinio.

In conseguenza delle prove di elettrizzazione eseguite su svariati corpi, Grav potC stabilire un'altra distinzione, che risult di utilit ben maggiore.

Egli aveva osservato, infatti, c'he in alcuni corpi (quali l'ambra, il vetro, lo zolfo, ecc.) l'clcttricit si manifesta\:a solo nella parte strofinata con la lana, come era dimostrato dal fatto che soltanto questa parte avei-a la propriet di attrarre corpi leggeri.

Ad esempio, se si prende una bacchetta di vetro e si strofina una sua estremit, si constata che solo questa estremit in grado di attrarre pezzetti di carta (fig. 3 4 ) .

VETRO PARTE 9 STROFINATA $9-2

"%=.- 0 i.

J

PARTE FERRO b, STROFINATA 1 &, ,-

Fig. 3

8 TEORICA la

Vi erano invece altri corpi (quali i corpi metallici) che si compor- tavano in modo diverso: Gray not infatti che, pur strofinandoli in una parte limitata, l'elettricit si manifestava su tutto il corpo, in quanto ogni sua parte era in grado di attrarre corpi leggeri.

Ad esempio, pur strofinando ad una sola estremit una sbarretta di ferro, questa attrae pezzetti di carta in ogni sua parte (fig. 3-b); osserviamo che in questo caso la sbarretta non pu essere tenuta direttamente in mano, per i motivi, che vedremo pi avanti.

Gray ritenne quindi, giustamente, che nei corpi metallici l'elettricit prodotta nella parte strofinata potesse propagarsi e giungere a tutte le altre parti e pertanto chiam questi corpi BUONI CONDUTTORI DELL'ELETTRICIT; chiam invece CATTIVI CONDUTTORI DELL'ELETTRICITA i corpi in cui l'elettricit rimaneva raccolta nella sola parte strofinata, senza potersi muovere per raggiungere le altre parti.

I corpi che hanno la propriet di essere buoni conduttori dell'elettricit permettono di far passare l'elettricit stessa da t4n corpo ad un altro senza dover spostare i corpi per metterli direttamente a contatto tra loro, come si fa invece nel caso dell'elettrizzazione per contatto.

Supponiamo, infatti, di avere due sfere metalliche, che indicheremo rispettivamente con A e B come nella fig. 4-a, e che la sola sfera A sia carica di elettricit.

Se prendiamo un filo di rame e tocchiamo per un solo istante con le sue estremit le due sfere (fig. 4-b), potremo constatare che, dopo aver tolto il filo, anche la sfera B risulta carica di elettricit (fig. 4-C).

Poich il rame un buon conduttore, una parte dell'elettricit che si trovava sulla sfera A si potuta propagare attraverso il filo giungendo sulla sfera B, che in tal modo ha acquistato una quantit di elettricit uguale a quella perduta dalla sfera A.

Mediante il filo di rame abbiamo stabilito un COLLEGAMENTO ELETTRICO tra le due sfere.

Un fenomeno analogo avviene quando si mettono in comunicazione un recipiente A pieno d'acqua ed un recipiente B vuoto, tramite un tubo chiuso da un rubinetto (fig. 5-a).

Aperto il rubinetto, una certa quantit dell'acqua contenuta in A passa in B, fino a quando in entrambi i recipienti l'acqua raggiunge lo stesso livello.

Se i due recipienti A e B sono uguali, si avr in entrambi la stessa quantit di acqua (fig. 5-b): se invece il recipiente B pi grande del recipiente A, la quantit di acqua che giunger in esso sar maggiore di

TEORICA 1. 9

S FE RA SFERA ELE TTRIZZATA NON ELETTRIZZATA

0

9

FILO DI R A M E

A 8

PASSAGGIO DI ELETTRICITA'TRA DUE CORPI

Fig. 4

TEORICA la

Fig. 5

TEORICA 1" 11

quella rimasta in A (fig. 5-C). Si comprende che se il recipiente B fosse grandissimo, quasi tutta l'acqua passerebbe in esso ed in A non ne rimarrebbe che una quantit trascurabile.

La stessa cosa avviene per l'elettricit: se la sfera B molto pi grande della sfera A elettriz~ata, su essa passa una quantit di elettricit maggiore di quella che rimane su A; se la sfera B fosse grandissima, quasi tutta l'elettricit passerebbe su essa e sulla sfera A ne rimarrebbe una quantit del tutto trascurabile.

Questo fatto pu avvenire in pratica, in quanto esiste realmente una sfera grandissima: : la Terra su cui viviamo, che pu cohsiderarsi come un corpo buon conduttore dell'elettricit.

Per stabilire un collegameiito con la tcrra si pu toccare con l'estremit di un filo di rame una tubazione dell'acqua potabile che, essendo in gran parte interrata, : in buon contatto con il terreno. Se con l'altra estremit di questo filo si tocca una sfera elettri~zata, l'elettricit passa tutta sulla sfera enormemente pi grande costituita dalla Terra; la sfera elettrizzata perde cos la sua elettricit, che si SCARICATA A TERRA.

Abbiamo dunque visto come si pu compiere l'operazione opposta all'elettrizzazione: infatti, mentre strofinundo u n corpo con lu lana lo curichiuino di elciiriciiu, collegandolo a terra lo scariclziamo dell'elettricit che aveiTa acqitistato con lo strofinio e lo riportiamo nelle stesse condizioni in cui si troiava prima di essere elettrizzato.

Per scaricare a terra l'elettricit posseduta da un corpo non necessario stabilire appositamente un collegamento elettrico con la terra mediante un filo di rame, perch anche il corpo iimano u n buon conduttore dell'elettricit e generalmente i piedi toccano i l suolo in condizioni tali da stabilire un contatto sufficientemente buono con la terra.

Per scaricare a terra un corpo elettrizzato, basta pertanto toccarlo con un dito, perch il nostro corpo si comporta come il filo di rame, stabilendo un collegamento elettrico con la terra.

Se il corpo elettrizzato un buon conduttore dell'elettricit, basta toccarlo in un punto qualsiasi, perch l'elettricit distribuita in ogni sua parte; se, invece, si tratta di un corpo cattivo conduttore dell'elettricit, bisogna toccarlo proprio. nel puilto in cui stato strofinato, perch l'elettricit rimane raccolta in questo punto.

Si comprende da ci che non possiamo caricare elettricamente un corpo buon conduttore dell'elettricit tenendolo direttamente con una mano per strofinarlo, in quanto l'elettricit si scarica subito a terra

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attraverso il nostro stesso corpo a mano a mano che viene prodotta con lo strofinio.

Affinch l'elettricit rimanga sul corpo strofinato, occorre munire quest'ultimo di un manico che sia un cattivo conduttore dell'elettricit (fig. 6), in modo da poterlo tenere senza che l'elettricit possa giungere alla nostra mano e quindi scaricarsi a terra attraverso il nostro corpo.

I1 corpo carico, in queste condizioni, si dice ISOLATO ELETTRICAMENTE, in quanto l'elettricit che possiede non pu raggiungere altri corpi; il manico che serve ad isolare elettricamente il corpo si chiama perci ISOLATORE.

Per questa loro applicazione, i corpi cattivi condtittori dell'elettricit si chiamano comunemente ISOLANTI, mentre i corpi buoni conduttori dell'elettricit si chiamano pi semplicemente CONDUTTORI.

In tutti gli apparecchi radio troveremo conduttori ed isolanti: ai primi affidato il compito di stabilire i collegamenti elettrici, mentre i secondi provvedono ad isolare elettricamente i conduttori tra loro.

ATTI V 0 CONDUTTORE

ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO .DI UN CORPO BUON CONDUTTORE DELL' ELETTRICITA'

Fig. 6

TEORICA 1'

1.3 - Elettricit positiva e negativa

A Gray si deve anche la scoperta di un nuovo metodo per elettrizzare un corpo: egli constat infatti che, avvicinando un corpo carico d i elettricit ad u n altro corpo, guest 'ul t imo si elettrizza, in quanto risulta anch'esso in grado di attrarre pezzetti di carta; l'elettrizzazione scompare, per, non appena si allontana il corpo carico.

Questo modo di elettrizzare un corpo sia esso isolante o conduttore, si chiama ELETTRIZZAZIONE PER INFLUENZA O PER INDUZIONE, perch, dal momento che i due corpi non si toccano, si deve pensare che la comparsa dell'elettricit dipenda dal fatto che il corpo carico possa influire sull'altro a causa della sua vicinanza.

Provando ad elettrizzare in questo modo una sbarretta ( f ig. 7), si pot notare che l'elettricit compariva quasi tutta ai suoi estremi, i

CORPO SBARRETTA ELETTR I U A T O

I 0 gaa:c h -LDzy $J*-!e$ ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE

Fig. 7

14 TEORICA la

~ ~ i i a l i attiravano pezzetti di carta, mentre nella parte centrale non si Lveva attrazione; in seguito si constat anche che l'elettricit presente ad un cstremo della sbarretta era

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avvengono tra un corpo elettrizzato posto vicino alla pallina e la pallina stessa, che si pu caricare di elettricit, perch il suo sostegno isolante impedisce a questa di scaricarsi a terra.

Supponiamo di caricare per contatto la pallina di un pendolino toccandola, ad esempio, con il vetro elettrizzato per strofinio con la lana: come sappiamo, una parte dell'elettricit passer dal vetro alla pallina, che in tal modo acquister una carica elettrica.

Se ora avviciniamo successivamente alla pallina vari corpi, elettrizzati anch'essi per strofinio con la lana, vedremo che, mentre alcuni attraggono la pallina, altri la respingono, allontanandola da se: in particolare, il ve t ro respiilge la pallina, nzeiztre la resiiza l 'attrae.

Avendo constatato che i corpi elettrizzati non agiscono tutti nel medesimo modo nei confronti dell'elettricit posseduta dalla pallina, possiamo dire che l'elettricit di cui sono carichi questi corpi non la stessa per tutti, perch, se cos fosse, tutti dovrebbero attrarre o respingere la pallina.

Siccome i corpi agiscono in due modi diversi sulla pallina, ci02 attraendola o respingendola, dobbiamo concludere che vi sono due differenti elettricit: il francese Carlo Du Fay (1698-1739), che per primo constat questo fatto, chiam N elettricit vitrea quella posseduta dai corpi che, come i l vetro, respingono la pallina, e chiam invece elettricit resinosa quella posseduta dai corpi che, come la resina, attirano la pallina.

Attualmente non si usa pi questa denominazione ed invece di elettricit vitrea o elettricit resinosa si dice EI~ETTRICIT POS11'lVA O ELET- . I ~ H I C I ~ ~ . \ NEG:\TIVA rispettivamente; d'ora in poi diremo, perci, che un Corpo possiede una C:\RIC:\ ELETTRICA POSI'TIVA od Una CARICA ELETTRICA NEGATIVA rispettivamente se respinge oppure attrae la pallina del pendolino elettrizzata per contatto con i l vetro.

Per distingilere le caricize elettriche, si itzdica c o n il segno + la carica positiila e c o n il segno - la carica negativa.

AnzichE caricare la pallina del pcndolino di elettricit vitrea o positiva, toccandola con i l vetro elettrizzato pcr strofinio con la lana, possiamo caricarla di elettricit rcsinbsa o negativa, toccandola con la resina elettrizzata per stiufinio con la lana.

Avvicinando di nuovo alla pallina gli stessi corpi carichi di elettricit avvicinati prima, constateremo che essi si comportano all'opposto del raso pieccdcntc (quando la pallina c1.n carica di elettricit positiva)

16 TEORICA 1.

perch quelli che prima attraevano la pallina ora la respingono, e, viceversa, quelli che prima la respingevano ora l'attraggono; in particolare, il vetro attrae la pallina, mentre la resina la respinge.

Riassumiamo ed esaminiamo i quattro casi che si possono avere avvicinando il vetro o la resina alla pallina carica di elettricit positiva o negativa.

lo caso - pallina con carica positiva vicino al vetro con carica positiva: si ha repulsione della pallina;

2" caso - pallina con carica positiva vicino alla resina con carica negativa: si ha attrazione della pallina;

3" caso - pallina con carica negativa vicino al vetro con carica positiva: si ha attrazione della pallina;

4" caso - pallina con carica negativa vicino alla resina con carica negativa: si ha repulsione della pallina.

Si pu dunque dedurre che si ha sempre repulsione tra due corpi quando le loro cariche elettriche hanno lo stesso segno, cio sono entrambe positive (segno +) come nel 1" caso, oppure sono entrambe negative (segno -) come nel 4" caso, mentre si ha sempre attrazione tra due corpi quando le loro cariche elettriche hanno segno opposto, cio sono una positiva (segno +) e l'altra negativa (segno -) come nel 2" caso e nel 3" caso.

La conclusione a cui siamo giunti nel caso particolare del vetro e della resina ha valore generale, cio vale anche per tutti gli altri corpi, perch, come abbiamo visto, tutti questi corpi si comportano o come il vetro o come la resina.

Conosciamo cos una delle leggi fondamentali non solo per l'elettrostatica ma per tutte le applicazioni dell'elettricit: ad esempio, per comprendere il funzionamento delle valvole impiegate negli apparecchi radio occorre conoscere questa legge, che pertanto deve essere tenuta ben presente. Tale legge sintetizzata nella fig. 9, in cui le cariche positive sono state indicate con il segno + e le cariche negative con il segno -.

Da quanto detto finora si potrebbe pensare che il vetro abbia la propriet di caricarsi positivamente e la resina di caricarsi negativamente: ci errato.

Questi corpi si caricano nel modo suddetto quando sono strofinati con la lana, ma possono anche caricarsi all'opposto, cio il vetro nega-

TEORICA la 17

- -

L E CARICHE SI RESPINGONO

L E CARICHE SI RESPINGONO

L E CARICHE SI ATTRAGGONO

ATTRAZIONE E REPULSIONE TRA DUE CARICHE ELETTRICHE

Fig. 9

18 TEORICA la

tivamente e la resina positivamente, se si strofinano con un'altra sostanza.

Occorre quindi tenere ben presente che tutti i corpi possono caricarsi indifferentemente di elettricit positiva oppure negativa a seconda della sostanza con cui vengono strofinati.

Del resto, su un corpo possono trovarsi contemporaneamente cariche elettriche sia positive sia negative: ci avviene nel caso dell'elettrizzazione per induzione, perch, come abbiamo visto precedentemente, le cariche elettriche che si hanno alle estremit della sbarretta sono differenti ed ora sappiamo che sono una positiva ed una negativa.

Mediante un pendolino elettrico si pu anche sapere quale estremit risulta carica positivamente e quale negativamente.

I casi che possono presentarsi sono due, a seconda se il corpo elettrizzato che viene avvicinato alla sbarretta (ad esempio di ferro) carico di elettricit positiva o negativa, come si vede nella fig. 10.

CORPO CARICO POSITI VAMENTE SBARRETTA

@ - +J

CORPO CARICO NEGATIVAMENTE SBARRETTA

Q 4- - J ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE : SEGNI DELLE CARICHE

Fig. 10

TEORICA 1" 19

Considerando questa figura risulta che, in entrambi i casi, sulla estremit della sbarretta pi vicina al corpo elettrizzato si hanno cariche elettriche di segno opposto a quelle presenti sul corpo stesso, mentre sull'estremit della sbarretta pi lontana si hanno cariche dello stesso segno.

Siccome queste cariche non sono state fornite alla sbarretta n con - lo strofinio n per contatto, dobbiamo ritenere che si trovassero sulla

sbarretta gi prima che si avvicinasse il corpo elettrizzato e che questo abbia solo prodotto la loro separazione, attirando nel punto pi vicino a s la carica di segno opposto alla sua e respingendo nel punto pi lontano da s la carica dello stesso segno, in accordo con la legge vista precedentemente.

Notiamo che se la sbarretta fosse leggerissima, in modo da potersi spostare facilmente, il corpo elettrizzato, insieme alla carica di segno opposto, attrarrebbe la sbarretta stessa, su cui si trova questa carica: si spiega in tal modo perch i corpi elettrizzati attraggono i corpi leggeri.

Quando il corpo elettrizzato viene allontanato, scompare l'elettrizzazione della sbarretta, come se le due cariche si riunissero annullandosi a vicenda.

Dobbiamo quindi pensare che su ciascun corpo non elettrizzato vi sono quantit tlguali di elettricit positiva e negativa, le quali, appunto perch uguali, non possono prevalere l'una sull'altra e manifestarsi come carica elettrica positiva o negativa posseduta dal corpo. ,

Affinch ci avvenga, ossia il corpo si elettrizzi, necessario separare queste due quantit di elettricit, in modo che ciascuna possa manifestarsi indipendentemente dall'altra, come abbiamo visto, ad esempio, nel caso dell'elet trizzazione per induzione.

Nel caso dell'elettrizzazione per strofinio, invece, il corpo possiede una quantit di elettricit soltanto positiva o soltanto negativa, perch in tal caso mediante lo strofinio si asportata la quantit di elettricit di segno opposto a quella rimasta sul corpo: con un pendolino elettrico si pu appunto constatare che sul panno usato per strofinare il corpo rimasta una carica elettrica di segno opposto a quella che comparsa sul corpo stesso.

Con queste considerazioni abbiamo gi fatto un passo avanti per comprendere che cosa sia l'elettricit, ma per scoprirne la vera natura dobbiamo conoscere la struttura della materia costituente i corpi, per- chk proprio qui troveremo la risposta definitiva.

TEORICA la

2. - COSTITUZIONE DELLA MATERIA

Fin dai tempi pi antichi l'uomo cerc di comprendere che cosa _ fosse la materia costituente tutti i corpi che vedeva intorno a s.

Questi corpi erano numerosi ed avevano propriet diversissime, ma ben presto si pens che essi potessero essere costituiti da poche sostanze che, mescolandosi tra loro in svariate proporzioni, formassero tutti i corpi presenti in natura.

I1 problema, che consisteva dunque nel trovare le sostanze comuni a tutti i corpi, fu posto per la prima volta dai filosofi dell'antica Grecia, tra i quali conosciamo gi Talete.

Tra questi filosofi, quello che pi si avvicin alle teorie moderne fu Democrito, a cui dobbiamo la parola ATOMO.

Democrito riteneva che i corpi fossero formati da particelle piccolissime aventi la propriet di non poter essere suddivise in altre particelle pi piccole: per questo motivo, chiam atomi tali particelle, in quanto in greco antico la parola atomo significa " non divisibile ".

Secondo Democrito, gli atomi erano in continuo movimento e dalla loro casuale riunione traevano origine gli svariati corpi, i quali erano poi distrutti quando gli atomi tornavano ad allontanarsi tra loro.

La teoria di Democrito era frutto di pure intuizioni e non poteva essere giustificata in base ad esperienze dirette; per giungere ad una teoria scientificamente valida, confermata sperimentalmente, occorreva, molti secoli dopo, l'opera prima dei chimici e poi dei fisici.

2.1 - Atomi e molecole

Come noto, la chimica studia sia le combinazioni che avvengono tra due o pi sostanze semplici, dette ELEMENTI, per dar luogo ad una nuova sostanza composta da esse, detta appunto COMPOSTO, sia le scomposizioni in base alle quali un composto si scinde negli elementi che lo compongono.

Gli elementi senzplici esistenti in natura sono 92; combinandosi tra loro in modo svariatissimo, questi elementi danno luogo a tutti i nume- rosissimi composti esistenti.

TEORICA la

Le combinazioni e le scomposizioni avvengono mediante processi chiamati REAZIONI CHIAIICHE e sono regolate da leggi che gli scienziati sono giunti a determinare per mezzo di esperimenti diretti.

Non star ad enunciare tutte queste leggi, che non riguardano direttamente il nostro Corso, ma mi limiter a ricordare che da esse si vide come i vari elementi prendano parte alle reazioni chimiche in quantit scmpre ben determinate, sia in peso sia in volume; tale fatto ha indotto i chimici a ritenere che ogni elemento sia formato da singole particelle e che queste partecipino alle reazioni chimiche in numero ben preciso e costailte per ogni peso o volume di un determinato elemento, secondo le leggi trovate.

Il chimico inglese Giovanni Dalton (1766-1844) pot cos enunciare la sua teoria atomica che, a differenza di quella di Democrito, si fondava su solide basi sperimentali.

Secondo questa teoria, tutte le sostanze sono costituite da particelle piccolissime che Dalton chiam K atomi semplici D quando formano gli elementi e atomi composti D quando formano i composti che si ottengono dalla composizione chimica degli elementi.

La teoria di Dalton spiegava in modo soddisfacente le combinazioni tra gli elementi considerando i loro pesi, ma quando il francese Luigi Gay-Lussac (1778-1850) enunci una legge che considerava, invece dei pesi, i volumi degli elementi reagenti chimicamente allo stato gassoso, tale teoria risult insufficiente a rendere ragione di tutte le combinazioni che avvenivano in queste condizioni.

La difficolt fu superata dall'italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), per merito del quale fu chiarito che nelle reazioni chimiche tra elementi gassosi si devono considerare non i singoli atomi, come voleva la teoria atomica, ma particelle pi complesse, formate anche da due o pi atomi.

Queste nuove particelle furono chiamate MOLECOLE e grazie ad esse fu possibile f0I-mulare in modo definitivo la TEORIA ATOMICA DELLA MATE- RIA valida ancora oggi.

Secondo questa teoria, tutte le sostanze, siano esse elementi o composti, sono costituite da molecole, le quali a loro volta sono formate da uno o pi atomi, i quali sono diversi da elemento ad elemento; siccome in natura esistono 92 elemenfi, vi sono altrettanti atomi differenti, ciascuno caratteristico di un determinato elemento.

La molecola di un elemento formata da atomi tutti uguali tra loro; vi sono elementi, come il rame e gli altri metalli, la cui molecola formata da un solo atomo, nel qual caso molecola ed atomo coincidono.

22 TEORICA la

La molecola di u n composto formata da atomi diversi, e precisa- mente dagli atomi degli elementi che si sono combinati per costituire il composto stesso.

Ad esempio l'acqua, che un composto dell'idrogeno e dell'ossigeno, ha una molecola formata da due atomi di idrogeno e da un atomo di ossigeno.

Possiamo dunque dire che la molecola la pi piccola parte in cui possibile stlddividere una sostanza, senza che questa perda le sue propriet caratteristiche.

Ad esempio, potremmo immaginare di dividere una goccia d'acqua in due parti, ciascuna di queste in altre due parti e cos via, ottenendo goccioline d'acqua sempre pi minuscole.

Continuando in questa suddivisione, arriveremmo a separare le singole molecole che costituiscono la goccia; queste molecole rappre- sentano gocce d'acqua estremamente piccole, in quanto ciascuna di esse conserva ancora tutte le propriet caratteristiche dell'acqua.

Procedendo ad un'ulteriore suddivisione, non otterremmo pi acqua, in quanto separeremmo gli atomi che costituiscono la molecola, i quali presi separatamente mostrano invece le propriet dell'idrogeno o del- l'ossigeno.

Arrivati cos ad ottenere atomi di idrogeno e di ossigeno, potremmo procedere ulteriormente in questa immaginaria suddivisione?

Secondo la teoria atomica la risposta a questa domanda negativa, perch atomo significa appunto indivisibile; i fisici hanno dimostrato invece che possibile procedere ben oltre nelfa suddivisione dell'atomo e perci seguiremo ora i fisici almeno per un,tratto della strada da essi compiuta nello studio della struttura della materia.

2.2 - Elettroni - Protoni - Neutroni

La fisica studia i fenomeni che avvengono in natura, proponendosi di stabilire le leggi che ne regolano lo svolgimento.

Per interpretare determinati fenomeni i fisici si servirono della teoria atomica proposta dai chimici, ma ad un certo punto si trovarono di fronte a fatti che non potevano essere spiegati in alcun modo appli- cando tale teoria.

Risult evidente che per trovare una spiegazione accettabile non si

TEORICA 1" 23

poteva ritenere l'atomo indivisibile, ma si doveva pensarlo costituito da particelle ancora pi piccole e separabili da esso.

Ma ci non tutto: non bast, infatti, supporre l'atomo costituito da pi particelle, ma si dovette ammettere che queste particelle fossero cariche di elettricit positiva e negativa, altrimenti non si sarebbe saputo come spiegarne il comportamento.

Siccome le particelle costituenti gli atomi (come del resto gli atomi stessi e le molecole) sono talmente piccole da risultare invisibili non solo alla vista diretta ma anche all'osservazione con i pi potenti micro- scopi, i fisici hanno dovuto, in primo luogo, presupporre l'esistenza di tali particelle in base ai fenomeni osservati, cio inventare )) in un certo senso le particelle di cui avevano bisogno per spiegare questi fenomeni; in secondo luogo, hanno accertato l'esistenza reale delle particelle per via indiretta, ricorrendo a particolari artifici atti a metterle in evi- denza ed a stabilire se la loro carica positiva o negativa.

In tal modo, partendo da ipotesi basate sui fatti osservati e con- fermando in un secondo tcmpo queste ipotesi per mezzo dell'esperienza, fu possibile addentrarsi sempre piii nella conoscenza della struttura della materia.

La prima ipotesi fu fatta nel 1911 dall'inglese lord Ernesto Ruther- ford (1871-1937), secondo il quale l'atomo e formato da due specie di particelle dette PROTOUI e ELETTROSI.

I protorzi haizno 14na carica elettrica positiva e sono riuniti a costituire la parte centrale dell'atomo, detta pii propriamente NUCI~EO.

Gli elettroni hanno una carica elettrica tigliale ma opposta a quella dei protoni, cio negativa, e sono disposti alla periferia dell'atomo, intortzo n1 nucleo.

I prototzi e gli elettroni sono ~~gl ta l i per tutti gli elementi e ci che distingue un elemento dall'altro il loro numero che caratteristico di ciascun elemento.

Ad esempio, l'atomo dell'idrogeno, che l'elemento pi semplice, ha un solo protone ed un solo elettrone, l'atomo del sodio ha 11 protoni e 11 elettroni, mentre l'atomo dell'uranio, che l'elemento pi complesso esistente in natura, ha 92 protoni e 92 elettroni.

Come si vede, il nt~tnero dei protoni 2 setnpre uguale al tzumero degli elettroni, in modo che le cariche positive dei primi compensailo le cariche negative dei secondi; perci, l'atonio, considerato nel sL40 coinplesso, ristllta elettricainente tzeiitro.

24 TEORICA la

Si riscontr inoltre che t1t2 protone ha un peso 1.840 volte superiore all'elcttrone; da ci deriva che il peso dell'atomo dovuto prevalente- mente al suo nucleo, al cui confronto gli elettroni sono leggerissimi.

Considerando appunto il peso degli atomi, naturalmente sempre per via indiretta, non potendosi pesare direttamente un atomo invisi- bile, si riscontrarono varie irregolarit.

Ad esempio, l'atomo dell'elio ha due elettroni e quindi deve avere corrispondentemente un nucleo formato da due protoni; rispetto al- l'idrogeno che ha un solo protone dovrebbe quindi pesare il doppio, mentre si riscontr che pesava ben quattro volte tanto.

Questa difficolt fu superata nel 1932, quando il fisico inglese con- temporaneo Giacomo Chandwick scopr una nuova particella del nucleo atomico, di peso pari a quello di un protone di un elettrone: poich questa particella non risult carica elettricamente fu chiamata NEUTRONE.

E' quindi evidente che il nucleo dell'atomo di elio deve comprendere, oltre ai due protoni, anche due neutroni; siccome questi ultimi non hanno carica elettrica, sono sufficienti due elettroni per neutralizzare le cariche elettriche dei due protoni.

Questa concezione dell'atomo f-u perfezionata pochi anni dopo dal fisico danese Niels Bohr (1885-1961), il quale rappresent l'atomo in modo utilissimo per interpretare i fenomeni elettrici.

Secondo questo fisico, l'utonzo costitttifo come il nostro sistema solare che, come tutti sappiamo, formato dal Sole attorno a cui ruotano i vari pianeti (Terra, Marte, Venere, ecc.), seguendo ciascuno un suo percorso ben determinato, chiamato orbita.

Nell'atomo, il posto del Sole occrrpato dal nucleo, formato da izerrtroili e protoni, uttorizo a czzi ruotano gli elettroni, seguendo anche essi ouuim: beli dcfiilitc coine i pianeti.

Questa rappresentazione si pu tradurre in un disegno, come si fatto nella fig. I l indicando con un circoletto contraddistinto dal segno + i l nucleo positivo e con circoli pi ampi tratteggiati le orbite su cui ruotano gli elettroni, i quali sono indicati con circoletti contrad- distinti con il segno - e disposti sulle relative orbite.

Nella fig. l 1 sono rappresentati gli atomi dei primi quattro elementi che si incontrano a partire dall'idrogeno e 'passando ad elementi sempre pi complessi, cio foi-iiiati da un numero sempre maggiore di eletti-oni.

L'atomo pi semplice t quello dell'idrogeno che ha un unico elettrone rotante sulla rispettiva orbita; segue l'atomo dell'elio, che ha due elettroni i quali ruotano entrambi su un'unica orbita.

TEORICA 1" 25

{ELETTRONE ,/a-, \ ,--o\, ORBITA-,/ \

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NUCLEO 2 '-od' ,I IDROGENO ELIO

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LIT I0 BERILLIO RAPPRESENTAZIONE DI ALCUNI ATOMI

Fig. 11

Su quest'orbita non possono mai trovarsi pi di due elettroni e pertanto passando al litio, il cui atomo ha tre elettroni, le orbite diven- tano due ed il terzo elettrone ruota su quella pi lontana dal nucleo, che 6 denominata orbita L per distinguerla dall'orbita K pi vicina al nucleo.

Passando al berillio, il cui atomo ha quattro elettroni, si vede che due di essi ruotano sull'orbita pi esterna, la .quale pu accogliere fino ad otto elettroni.

Quando anche quest'orbita sar completa con otto elettroni, si avr una terza orbita e cos via.

Esaminando nella fig. 12 l'atomo dell'uranio, che quello pi complesso esistente in natura, si nota che pu esservi u n massimo di sette orbite, distinte con le lettere K , L, M , N-;-O, P, Q.

Come si vede. su alcune orbite ruotano numerosi elettroni, i quali in realt sono distribuiti su pi sottoorbite, ciascuna delle quali ne

26 TEORICA la

Fig. 12

TEORICA la 27

contiene un numero minore; le sottoorbite in cui si suddividono le orbite .non sono state indicate in quanto non interessano ai fini del nostro studio.

La rappresentazione adottata permette di conoscere il numero di elettroni di ciascun atomo e quindi anche il numero di protoni del nucleo, che pari ad esso; non permette invece di conoscere il numero di neutroni, che non sempre uguale a quello dei protoni, come abbiamo visto per l'elio; ci tuttavia non costituisce un inconveniente, in quanto i neutroni non prendono parte ai fenomeni elettrici, non avendo carica elettrica.

Nello studio dell'atomo ci fermiamo a questo punto, avendo ormai tutti gli elementi per interpretare i fenomeni elettrici che ci interessano.

Occorre per tenere presente che i fisici si sono spinti molto pi avanti in questo campo, proponendo nuove teorie sulla costituzione del- l'atomo, scindendo il nucleo nelle sue particelle e scoprendo anche numerose altre particelle oltre ai protoni ed ai neutroni gi noti; questo per argomento della fisica nucleare, di cui sar dato solo qualche breve cenno nelle lezioni di fisica.

3. - NATURA DELL'ELETTRICITA'

Alla fine del capitolo dedicato all'elettrostatica, stata formulata l'ipotesi che su ciascun corpo non elettrizzato devono esservi quantit uguali di elettricit positiva e negativa, le quali, appunto perch uguali, non possono prevalere l'una sull'altra e manifestarsi come carica positiva o negativa posseduta dal corpo.

Ora sappiamo che questa ipotesi esatta, in quanto l'elettricit negativa costituita dall'insieme delle cariche possedute da tutti gli elettroni degli atomi che formano il corpo, mentre l'elettricit positiva dovuta all'insieme delle cariche possedute da tutti i protoni dei nuclei, i quali protoni sono in numero uguale agli elettroni.

E' anche stato detto che per elettrizzare un corpo occorre separare queste due quantit di elettricit, in modo che ciascuna possa manifestarsi indipendentemente dall'altra; conoscendo, ora, la struttura degli atomi, si comprende che la separazione deve avvenire mediante uno

28 TEORICA la

spostamento degli elettroni, perch questi si trovano nella parte pi esterna degli atomi e quindi si possono allontanare pi facilmente dagli atomi stessi.

Se da un certo numero di atoini di un corpo si allontanano elettroni, ad esempio con lo strofinio, evidente che su questo corpo si avranno pi protoni che elettroni; gli elettroni rimasti non saranno pi sufficienti a neutralizzare con le loro cariche negative le cariche positive di tutti i protoni e pertanto il corpo manifester complessivamente una carica elettrica positiva, dovuta appunto ai suddetti protoni non neutralizzati.

D'altra parte, gli elettroni allontanati dal corpo si troveranno sul panno usato per strofinarlo, panno che, prima dello strofinio, era elettricamente neutro, cio possedeva un ugual numero di elettroni e di protoni.

Evidentemente, con l'arrivo dei nuovi elettroni, si altera questo equilibrio in quanto il panilo viene a possedere un numero di elettroni maggiore di quello dei protoni e di conseguenza manifesta complessivamente una carica elettrica negativa, dovuta appunto all'insieme degli elettroni in sovrappi.

Pu anche verificarsi il caso opposto e cio che sia il panno a cedere elettroni al corpo strofinato: in tal caso il panno, mancando di elettroni, risulta carico positivamente, mentre il corpo, avendo un sovrappi di elettroni, risulta carico negativamente.

Concludiamo questa lezione ricordando dunque che l'elettricit dovuta alle caricl~e possedute dagli elettroni e dai protoni costittienti i corpi e si manifesta quando vi uno quil li brio tra queste particelle a causa di fina mancanza di elettroni (elettricit positiva) o di un eccesso di elettroni (elettricit negativa).

TEORICA 1"

AVVERTENZA IMPORTANTE

Al termine di ogni lezione teorica trover un certo numero di do- mande riguardanti gli argomenti trattati nella lezione stessa, che Le serviranno come ripasso della materia studiata; Lei pu segnarsi le rispo- ste su un foglio, per poterle poi confrontare con quelle esatte che Le saranno fornite nella lezione teorica successiva.

TEORICA 1'

ESERCIZIO DI RIPASSO SULLA TEORICA la

1. - In quali modi si pu elettrizzare un corpo?

2. - In quale modo l'elettricit pu passare da un corpo ad un altro?

3. - In quale modo si pu compiere l'operazione opposta all'elettrizzazione ?

4. - Come si enuncia la legge fondamentale dell'elettrostatica?

5. - Che cosa significa la parola atomo?

6 . - Che cosa la molecola?

7. - Da quali particelle costituito il nucleo degli atomi?

8. - Di quale segno sono le cariche possedute dai protoni e dagli elettroni?

9. - Quale il numero massimo di orbite su cui possono ruotare gli elettroni di un atomo?

SCUOLA RADIO G ELETTRA n T O R I N O

(2)

CORSO RADIO STEREO Teorica 2&

1. - LA CORRENTE ELETTRICA

Dopo aver considerato, nella lezione precedente, l'elettricit ferma sui corpi, vediamo ora come questa elettricit pu muoversi attraverso i corpi stessi e non solo nel caso in cui questi si trovino allo stato solido, ma anche quando sono allo stato liquido.

Poich l'elettricit in moto attraverso i corpi costituisce la corrente elettrica, che spesso viene chiamata semplicemente CORRENTE, esamine- remo in primo luogo il caso della corrente nei solidi e quindi il caso della corrente nei liquidi.

1.1 - Corrente nei solidi

Prima di vedere come avviene il pass,aggio dell'elettricit attraverso i corpi allo stato solido, dobbiamo considerare come sono costituiti questi corpi.

Nella lezione precedente abbiamo visto che tutte le sostanze sono costituite da molecole, formate a loro volta da uno o pi atoni di uno stesso elemento o di elementi diversi; vediamo ora come questi atomi sono disposti all'interno dei corpi-, in particolare dei solidi.

Esperienze eseguite mediante i raggi X hanno permesso di stabilire che nei solidi gli atomi non sono disposti in un modo qualsiasi, ma sono allineati secondo direzioni determinate che, incrociandosi, formano figure geometriche regolari.

La pi semplice tra le possibili disposizioni degli atomi mostrata a titolo di esempio nella fig. 1, dalla quale si vede che le direzioni secondo cui gli atomi sono allineati, indicate con rette tratteggiate, formano numerosi cubi, ai vertici dei quali si trovano gli atomi stessi, rappresentati con cerchietti neri.

Vi sono anche varie altre disposizioni pi complesse, che verranno illustrate nelle lezioni dedicate ai transistori; ora interessa essenzial- mente notare che gli atomi, qualunque sia la loro disposizione, si trovano ad una certa distanza l'uno dall'altro, come risulta dalla fig. 1.

Tra un atomo e l'altro vi dunque uno spazio vuoto, che molto

2 TEORICA 2"

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DISPOSIZIONE DEGLI ATOMI IN /IN SOLIDO

Fig. 1

superiore a quello occupato dagli atomi stessi: in altre parole, si pu anche dii-e che i corpi sono pi vuoti che pieni di materia, cio di atomi.

I1 fatto pu destare meraviglia, poich considerando la robustezza e la compattezza, ad esempio, dei metalli, si indotti a pensare che essi siano ben a pieni n di atomi.

In realt, la robustezza dei metalli, come di tutti gli altri corpi solidi, deriva dal fatto che i loro atomi sono mantenuti saldamente nelle rispettive posizioni da forze intensissime che agiscono tra essi; queste iorze sono di natura elettrica e nascono dalle cariche elettriche possedute dalle particelle che costituiscono gli atomi.

Riguardo alla compattezza dei corpi solidi, occorre tenere presente che gli atomi sono piccolissimi e che la distanza tra l'uno e l'altro, per quanto maggiore delle dimensioni dell'atomo, sempre estremamente ridotta.

L'ordine di grandezza di questa distanza di pochi decimillesimi di millimetro: immaginando di dividere un millimetro in 10.000 parti,

TEORICA 2" 3

una di queste rappresenter all'incirca la distanza che vi normalmente fra gli atomi; da ci deriva, inoltre, che gli atomi presenti in un corpo sono miliardi, anche se il corpo ha il volume di un solo centimetro cubo.

Conoscendo ormai la costituzione dei solidi e degli atomi, abbiamo tutti gli elementi necessari per comprendere come avviene il passaggio dell'elettricit nei solidi. '

A questo scopo seguiremo lo stesso metodo adottato dagli studiosi, che spiegarono i fenomeni elettrici servendsi della rappresentazione dell'atomo data da Niels Bohr, secondo il quale, come sappiamo, l'atomo formato da un nucleo centrale, positivo, attorno a cui ruotano gli elettroni, negativi, percorrendo una o pi orbite.

In base a tale rappresentazione, nella precedente lezione i fenomeni elettrici sono stati attribuiti genericamente agli elettroni, perch questi, trovandosi nella parte esterna degli atomi, possono essere allontanati abbastanza facilmente dagli atomi stessi e portati sugli altri corpi, creando cos differenze tra cariche positive e negative, a cui appunto dovuta l'elettrizzazione.

In realt, possibile allonianare dagli atomi soltanto gli eletironi rotanti sull'orbiia pi lontana dal nucleo, detta ORBITA ESTERNA, perch questi elettroni vengono trattenuti meno fortemente dal nudeo, essendo a maggior distanza da esso di quelli rotanti sulle orbite pi interne.

Considerando le orbite esterne dei vari atomi, gli studiosi poterono spiegare le propriet chimiche e fisiche dei diversi elementi e, tra l'altro, trovarono la ragione della loro suddivisione in conduttori ed isolanti.

L'orbita esterna completa quando su essa ruota il massimo numero di elettroni che vi possono trovare posto; come si gi visto nella lezione precedente, l'orbita denominata K gi completa quando su essa ruotano due elettroni, mentre l'orbita denominata L risulta completa quando gli elettroni rotanti su essa raggiungono il numero di otto.

Ad esclusione di pochi elementi, gli altri hanno sempre l'orbita esterna incompleta, come si vede nella fig. 2, nella quale sono rappresentati gli atomi di un gruppo di otto elementi la cui orbita esterna risulta completa quando su essa ruotano otto elettroni.

Tutti gli atomi indicati nella fig. 2 hanno gi le orbite K e L com- -plete rispettivamente con due ed otto elettroni, mentre l'orbita esterna completa solo per l'argo; per i sette atomi precedenti questa orbita incompleta, perch gli elettroni rotanti su essa sono sempre inferiori

4 TEORICA 2&

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ELETTRONI \,.- , \. O ,/ ELETTRONI ALLUMINIO -.-Q#/0 S I L I C I O

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FOSFORO ORBITA ESTERNA

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10+7 \-Q// \\ Q'.-@/' /, 10+8 ELETTRONI ELETTRONI C LORO ARGO

Fig. 2

TEORICA 2" 5

ad otto, aumentando progressivamente da uno per il sodio a sette per il cloro.

Dal comportamento chimico di questi elementi si dedusse che gli atomi aventi gi un certo numero di elettroni rotanti nell'orbita esterna, ad esempio pi di quattro, hanno la tendenza a completare quest'orbita, acquistando gli elettroni necessari per raggiungere il numero di otto.

Viceversa, gli atomi aventi pochi elettroni nell'orbita esterna, ad esempio meno di quattro, hanno la tendenza a cedere questi elettroni.

Ad esempio, l'atomo di cloro che, come si vede nella fig. 2, ha sette elettroni nella sua orbita esterna, ha la tendenza ad acquistarne un ottavo per completare quest'orbita; invece il sodio, che, come risulta dalla fig. 2, ha un solo elettrone nella sua orbita esterna, ha la tendenza a cederlo facilmente.

Per questa ragione il sodio si combina energicamente con il cloro, essendo in grado di cedergli il suo elettrone, di cui quest'ultimo ha bisogno per completare la sua orbita esterna: si ottiene cos il cloruro di sodio, che il normale sale da cucina.

Nella fig. 3 indicata schematicamente la reazione con cui un atomo di sodio si combina con un atomo di cloro: come si pu vedere, nella molecola di cloruro di sodio l'elettrone del sodio viene a ruotare sull'orbita esterna del cloi-o, che in tal modo risulta completa con otto elettroni.

Dalle considerazioni fatte si vede come vi siano atomi che possono perdere facilmente gli elettroni della loro orbita esterna ed altri che, invece, trattengono questi elettroni e, anzi, tendono ad acquistarne altri nuovi per completare l'orbita.

Dal diverso comportamento deriva la distinzione tra conduttori ed isolanti.

Sono isolanti quei corpi i cui atomi hanno l'orbita esterna quasi completa: infatti, se a questi corpi si forniscono altri elettroni, ad esempio strofinandoli con un panno adatto, i loro atomi pi vicini alla parte strofinata catturano immediatamente i nuovi elettroni, trattenendoli nelle proprie orbite esterne ed impedendo cos che possano giungere in tutte le altre parti del corpo; soltanto in prossimit della parte strofinata si avr perci un sovrappi di elettroni, ossia una carica negativa, in accordo con quanto abbiamo visto nella lezione precedente.

Sono conduttori quei corpi i cui atomi hanno l'orbita esterna molto incompleta e che quindi tendono a perdere con estrema facilit i pochi

6 TEORICA 2"

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FORMAZIONE D1 UNA MOLECOLA D1 CLORURO D1 SODI0

Fig. 3

elettroni rotanti su essa; si ritiene che parecchi di questi elettroni possano addirittura abbandonare la loro orbita e spostarsi a caso tra un atomo e l'altro.

Non essendo pi legati ad alcun atomo, tali elettroni sono chiamati ELETTRONI LIBERI.

Questa rappresentazione di un corpo conduttore fu proposta fin dal 1905 dall'olandese Enrico Antonio Lorentz (1853-1928), che chiam a gas elettronico l'insieme degli elettroni liberi vaganti tra gli atomi; possiamo raffigurarci pi semplicemente tali elettroni pensando ad uno sciame di moscerini, nel quale i singoli individui si muovono disordina- tamente ad elevata velocit, cambiando continuamente direzione.

E' evidente che se si strofina un corpo conduttore con un panno adatto a fornirgli nuovi elettroni, questi non saranno pi catturati dagli atomi, ma si mescoleranno agli elettroni liberi, diffondendosi in ogni

TEORICA 2a 7

parte del conduttore e determinando cos su tutto il corpo un sovrappiu di elettroni, cio una carica negativa.

Se, al contrario, con lo strofinio si sottraggono elettroni al conduttore, gli elettroni liberi rimasti si diffondono in ogni parte in modo che su tutto il corpo si riscontra una mancanza di elettroni, ossia una carica positiva.

Ci non accade invece se si sottraggono elettroni ad un corpo isolante, perch gli atomi lontani dalla parte strofinata trattengono i propri elettroni impedendo ad essi di diffondersi in ogni parte; di conseguenza si riscontra una mancanza di elettroni, cio una carica positiva, solo nella parte strofinata.

Da quanto detto si comprende che l'elettricit pu passare solo attraverso i corpi conduttori, perch solo in questi vi sono elettroni che possono muoversi liberamente, essendo legati debolmente ai loro atomi od addirittura liberi.

Quando un certo numero di tali elettroni si sposta ordinatamente nello stesso senso, entro il conduttore si ha una corrente elettrica: possiamo dunque dire che la corrente elettrica costituita da elettroni che si spostano nel medesimo senso attraverso u n conduttore.

Poich gli elettroni liberi di un conduttore si muovono disordina- tamente in tutte le direzioni, per ottenere che un certo numero di questi si sposti nello stesso senso occorre applicare ad essi una forza.

Dal momento che gli elettroni hanno una carica elettrica negativa, la forza dovr essere di natura elettrica, ossia dovr consistere in una attrazione degli elettroni da parte di una carica elettrica positiva ed in una repulsione da parte di una carica elettrica negativa.

Per far passare una corrente elettrica, ad esempio, attraverso un filo di rame, occorre perci applicare ai suoi estremi una carica elettrica positiva ed una carica elettrica negativa; queste cariche possono essere portate da due sfere metalliche, elettrizzate per strofinio una positivamente e l'altra negativamente e collegate alle estremit del filo come si vede nella fig. 4.

Supponiamo che sulle due sfere vi siano quantit uguali di elettricit, ossia che gli elettroni presenti in sovrappiu sulla sfera negativa siano in numero uguale a quelli mancanti sulla sfera positiva, perch questo caso si verifica generalmente in pratica.

Appena si stabilisce il contatto tra le sfere ed il filo, gli elettroni

8 TEORICA 2"

t

SFERA CARICA NEGATIVAMENTE SFERA CARICA POSITIVAMENTE

I 1 SENSO DI SPOSTAMENTO

DEGLI ELETTRONI

t FILO DI RAME

PASSAGGIO DI UNA CORRENTE ELETTRICA IN UN SOL100

Fig. 4

liberi del filo stesso risentono della repulsione da parte della sfera negativa e dell'attrazione da parte della sfera positiva; molti di essi si spostano perci nel senso diretto dalla sfera negativa verso la sfera positiva, come indica la freccia della fig. 4, dando luogo alla corrente elettrica attraverso il filo.

Il movimento degli elettroni ha inizio praticamente nello stesso istante lungo ~ t ~ t t o il filo, con le seguenti modalit.

Gli elettroni presenti in sovrappiu sulla sfera negativa respingono gli elettroni liberi del filo che si trovano pi vicini alla sfera stessa; questi elettroni si spostano verso la sfera positiva ed il loro posto viene preso da altrettanti elettroni che entrano nel filo provenendo dalla sfera negativa.

Gli elettroni liberi che sono stati respinti da questa sfera respingono a loro volta, prendendone il posto, gli elettroni successivi, i quali respingono gli elettroni seguenti a cui si sostituiscono e cos via.

TEORICA 28 9

In tal modo il moto degli elettroni si propaga con grandissima velocit lungo tutto il filo, fino agli elettroni che si trovano all'altra estremit, i quali escono dal filo e si portano sulla sfera positiva dalla quale sono attratti.

Si pu dunque dire che, per ogni elettrone che entra nel filo dalla sfera negativa, vi un altro elettrone che esce dall'estremit opposta del filo per raggiungere la sfera positiva.

Lo spostamento degli elettroni lungo il filo continua in questo modo fino a quando sulla sfera positiva giunto un numero di elettroni pari a quello degli elettroni che si trovavano inizialmente in sovrappiu sulla sfera negativa; in queste condizioni le due sfere si trovano allo stato neutro e non sono pi in grado di attrarre o respingere gli elettroni liberi del filo, in cui cessa perci il passaggio della corrente, mentre gli elettroni suddetti riprendono il loro moto disordinato in tutte le direzioni.

Occorre notare che anche il filo allo stato neutro come prima del passaggio della corrente, perch non variato il numero dei suoi elettroni liberi, in quanto tutti quelli passati sulla sfera positiva sono stati sostituiti da altrettanti giunti dalla sfera negativa.

I1 movimento degli elettroni liberi nel conduttore si pu parago- nare a quello delle molecole d'acqua in una tubazione facente capo ad un rubinetto.

Non appena si apre il rubinetto, tutte le molecole d'acqua presenti nella tubazione si mettono in moto e cominciano ad uscire dal rubinetto, mentre altre molecole prendono il loro posto nella tubazione; alla chiu- sura del rubinetto, la tubazione risulta ancora piena di molecole d'acqua, come prima dell'apertura.

Se le quantit di elettricit possedute dalle due sfere non fossero uguali, dopo il passaggio della corrente le due sfere ed il filo rimarreb- bero carichi di elettricit-posiriva se era maggiore la quantit di elettricit posseduta dalla sfera positiva, oppure di elettricit negativa se era maggiore la quantit d i elettricit posseduta dalla sfera negativa; questo caso, per, non si verifica normalmente in pratica, come vedremo pi avanti.

Osserviamo, infine, che si produce il passaggio della corrente elettrica in un filo non al solo scopo di trasferire una quantit di elettricir da un corpo ad un altro, ma anche per sfruttare gli svariati effetti a cui la corrente d luogo attraversando un conduttore.

TEORICA 2'

Nelle prossime lezioni vedremo in dettaglio i principali EFFETTI prodotti dalla corrente: per il momento ricordo soltanto, quale esempio, EFFETTO TERMICO, consistente nel riscaldamento del conduttore causato dalla corrente che lo attraversa.

Adottando un opportuno conduttore, si pu riscaldarlo in modo da portare la sua temperatura ad un valore adatto per eseguire le sal- dature, come avviene nei saldatori, oppure renderlo incandescente e fargli emettere luce, come avviene nelle lampadine.

Un altro effetto della corrente elettrica si potr subito vedere considerando il passaggio della corrente nei liquidi.

1.2 - Corrente nei liquidi

11 passaggio della corrente nei liquidi avviene in modo molto diverso da quello che abbiamo gi visto per il caso dei solidi; per questo motivo il fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827) chiam i solidi conduttori di prima specie ed i liquidi C conduttori di seconda specie (denominazioni che attualmente non sono pi usate).

Lo studio completo del passaggio della corrente nei liquidi si deve per allo scienziato inglese Michele Faraday (1791-1867). il quale descrisse dettagliatamente il meccanismo con il quale l'elettricit si muove attraverso un liquido, come ora vedremo.

Per il momento, l'unico mezzo che conosciamo per far passare una corrente attraverso un qualsiasi conduttore consiste nel collegare agli estremi di questo due sfere cariche di elettricit di segno opposto, come abbiamo visto in precedenza nel caso del Filo di rame.

Per i liquidi si pu adottare la disposizione illustrata nella fig. 5: un liquido, ad esempio acqua, contenuto in una vaschetta di vetro, che isolante, ed in esso sono immerse due piastre di rame, dette ELET- TRODI, collegate con fili di rame una ad una sfera carica positivamente e l'altra ad una sfera carica negativamente; anche in questo caso sulle sfere vi sono quantith di elettricit uguali.

Se l'acqua molto pura, non si riscontra alcun passaggio di elettricit tra i due elettrodi inzmersi'in essa: in queste condizioni l'acqua si comporta dunque come un isolante e l'unico fatto che si verifica il passaggio di elettricith dalle sfere agli elettrodi.

Infatti, gli elettroni presenti in sovrappi sulla sfera negativa si propagano lungo i1 filo di rame e si distribuiscono su tutto l'elettrodo

TEORICA 2. 11

FILO D I R A M E

ANODO

CATODO LIQUIDO

-

PASSAGGIO DI UNA CORRENTE ELETTRICA IN UN LIQUIDO

Fig. 5

collegato ad esso, caricandolo negativamente; invece la sfera positiva attira, attraverso il filo di rame, un certo numero degli elettroni liberi dall'altro elettrodo, che cos si carica positivamente.

Poich i due elettrodi risultano uno positivo ed uno negativo, vengono distinti dando .ad essi denominazioni diverse: l'elettrodo positivo viene chiamato ANODO, mentre l'elettrodo negativo viene chiamato CATODO.

Per far passare la corrente attraverso l'acqua necessario sciogliere in essa un composto chimico, quale, ad esempio, un sale od un acido, ottenendo cos una SOLUZIONE ELETTROLITICA.

Per fissare bene le idee, vediamo che cosa accade quando si scioglie nell'acqua il cloruro di sodio che, come ho detto in precedenza, il normale sale da cucina.

Le molecole del sale si separano le une dalle altre e si mescolano con le molecole dell'acqua, le quali, a differenza di quanto avviene nei

12 TEORICA 2"

solidi, non sono legate rigidamente tra loro, ma sono libere di spostarsi e quindi possono far posto alle molecole di cloruro di sodio che si diffondono tra esse.

Per la presenza dell'acqua risultano indeboliti pure i legami che tengono uniti i due atomi che formano ciascuna delle molecole del sale e di conseguenza in alcune di esse avviene la separazione tra gli atomi di cloro e di sodio che le compongono; questa separazione viene chiamata DISSOCIAZIONE ELETTROLITICA.'

La dissociazione elettrolitica si produce nel modo indicato nella fig. 6: siccome l'atomo di cloro tende a . completare con otto elettroni la sua orbita esterna, trattiene su quest'orbita l'elettrone che gli era stato ceduto dall'atomo di sodio all'atto della formazione della molecola di cloruro di sodio, come abbiamo visto nella fig. 3; d'altra parte, l'atomo di sodio ha la tendenza a perdere facilmente il suddetto elettrone, che legato ad esso molto debolmente.

MOLECOLA DI CLORLIRO DI SODI0

. ,--e -.

0 - .- o--

DISSOCIAZIONE ELETTROLITICA DI UNA MOLECOLA DI CLORURO DI SODI0

Fig. 6

TEORICA 2" 13

Dalla dissociazione delle molecole di cloruro di sodio si ottengono perci non atomi di cloro e di sodio allo stato neutro, ma atomi di cloro negativi, aventi un elettrone in pi, ed atomi di sodio positivi, aventi un elettrone in meno; questi atomi con una carica elettrica sono chiamati IONI.

In tali condizioni, nel liquido vi sono dunque molecole di acqua, molecole di cloruro di sodio, ioni positivi e ioni negativi: evidentemente gli ioni possono dare luogo ad una corrente elettrica nel liquido, spostandosi ordinatamente tra le sue molecole per effetto dell'attrazione e della repulsione esercitata su essi dalle cariche elettriche presenti sugli elettrodi immersi nella saluzione.

Nella fig. 7 indicato schematicamente come avviene lo spostamento degli ioni, rappresentati mediante un circoletto contrassegnato con il segno + o -.

DALLA SFERA NEGATIVA ALLA SFERA POSITIVA

1 \ ANIONE CATIONE

PASSAGGIO DELLA CORRENTE NELLE SOLUZIONI ELETTROLITICHE

Fig. 7

14 TEORICA 2*

Gli ioni negativi, essendo respinti dall'elettrodo negativo o catodo ed attratti dall'elettrodo positivo o anodo, si portano su quest'ultimo e cedono ad esso il loro elettrone in sovrappiu, ridiventando atomi di cloro allo stato neutro; sull'anodo si forma perci cloro allo stato gassoso, mentre gli elettroni ceduti ad esso dagli ioni raggiungono la sfera positiva attraverso il filo di rame.

Poich gli ioni negativi s; muovono verso l'anodo sono anche chiamati ANIONI.

L'opposto accade per gli ioni positivi, i quali, essendo respinti dal- l'elettrodo positivo o anodo ed attratti dall'elettrodo negativo o catodo, si portano su quest'ultimo, dal quale prelevano l'elettrone che manca ad essi, ridiventando atomi di sodio allo stato neutro; sul catodo si forma perci sodio metallico, mentre gli elettroni sottratti ad esso dagli ioni vengcrno sostituiti da altri elettroni provenienti dalla sfera negativa attraverso il filo di rame.

Poich gli ioni positivi si muovono verso il catodo sono anche chiamati CATIONI.

Considerando il fenomeno nel suo complesso, vediamo che anche in questo caso si ha il passaggio sulla sfera positiva degli elettroni presenti in sovrappiu sulla sfera negativa; quando tutti questi elettroni .sono giunti sulla sfera positiva, cessa il passaggio della corrente, sia nei fili di rame, nei quali si ha una CORRENTE ELETTRONICA (cio dovuta agli elettroni) sia nella soluzione, nella quale si ha invece una CORRENTE IONICA (cio dovuta agli ioni).

Limitandoci a considerare quest'ultima corrente, dobbiamo osservare che essa ha due caratteristiche che la distinguono nettamente dalla corrente elettronica.

In primo luogo, mentre la corrente elettronica dovuta a particelle tutte negative che si spostano in un unico senso, la corrente ionica dovuta a particelle sia negative sia positive che si spostano in sensi opposti.

In secondo luogo, mentre gli elettroni sono leggerissime particelle costituenti Jegli atomi, gli ioni sono essi stessi atomi, che, oltre a risultare molto pi pesanti degli elettroni, danno luogo con il loro spostamento ad un trasporto di materia; tale materia pu depositarsi allo stato solido sugli elettrodi o svilupparsi sotto forma di gas oppure, in altri casi, passare nella soluzione allo stato liquido.

TEORICA 2" 15

L'effetto prodotto dal passaggio della corrente nelle soluzioni elettrolitiche viene sfruttato in varie applicazioni pratiche: Le ricordo fra tutte la GALVANOSTEGIA, che consiste nel ricoprire un oggetto di metallo con un sottile strato di un metallo diverso (rame, zinco, argento, oro).

L'oggetto da ricoprire viene immerso jn una soluzione elettrolitica contenente ioni del metallo che si vuole depositare sull'oggetto stesso; al passaggio della corrente, questi ioni si portano sull'oggetto, diven- tando atomi neutri e formando uno strato metallico aderente su esso.

1.3 - I1 senso della corrente

Considerando la corrente ionica, abbiamo visto che nelle soluzioni elettrolitiche si ha anche un movimento di cariche positive (cationi), le. quali si spostano dai punti in cui vi elettricit positiva (anodo) verso i punti in cui vi elettricit negativa (catodo); di solito si dice pi brevemente che la corrente di cationi diretta dal positivo al negativo n.

La presenza di cariche positive indusse in errore i primi sperimentatori che studiarono i fenomeni relativi alle soluzioni elettrolitiche; essi, non conoscendo ancora l'esistenza degli elettroni, ritennero che la corrente fosse dovuta in ogni caso ad uno spostamento di cariche positive, anche quando si trattava di conduttori solidi: pensarono perci che qualunque tipo di corrente elettrica fosse sempre diretto dal positivo al negativo.

Ora noi sappiamo che ci errato, perch, come abbiamo visto, gli elettroni e gli anioni sono negativi e quindi le correnti da essi forinate sono dirette in senso opposto, cio dal negativo al positivo.

Purtroppo, per, quando si accert l'esistenza delle cariche negative si era gi formata tutta una tradizione che riteneva la corrente diretta dal positivo al negativo e di conseguenza si convenne di continuare ad attri- buire alla corrente il senso che era stato adottato fino ad allora: per tale motivo, questo senso si chiama SENSO CONVENZIONALE della corrente, per distinguerlo dal SEVSO ELETI-RONICO della corrente (cos chiamato perch quello in cui si muovono effettivamente gli elettroni costituenti la corrente elettrica).

Per fissare chiaramente le idee, consideriamo il caso di un conduttore solido, che ci interessa particolarmente, perch in radiotecnica i collegamenti elettrici sono eseguiti con fili di rame.

16 TEORICA 2a

A questo scopo riferiamoci alla fig. 8, in cui di nuovo riportata la fig. 4 con l'aggiunta dell'indicazione dei due sensi attribuiti alla corrente.

Come si vede, il senso elettronico della corrente, indicato con la freccia a linea piena, diretto dal negativo al positivo, in accordo con il senso di spostamento degli elettroni indicato nella fig. 4; invece il senso convenzionale della corrente, indicato con la freccia a linea tratteggiata, opposto al precedente, essendo diretto dal positivo al negativo. Occorre per tenere presente che si immagina soltanto che la corrente sia diretta in questo senso, perch sappiamo che i n realt nel filo di rame si ha una corrente di elettroni diretta sempre dal negativo al positivo.

I1 fatto di considerare la corrente elettrica diretta in senso opposto a quello in cui si muove effettivamente non porta inconvenienti nella maggioranza dei casi, perch spesso interessa solamente tenere conto

NEGATIVO POSITIVO

SENSO ELETTRONIC

m- - - SENSO CONVENZIONALE DELLA CORRENTE ELETTRICA

SENSO ELETTRONICO E SENSO CONVENZIONALE DELLA CORRENTE ELETTRICA

Fig. 8

TEORICA 2a 17

del passaggio della corrente in un conduttore e non del senso in cui avviene questo passaggio.

Nel Corso Radio Stereo sar perci adottato, come si fa generalmente, il senso convenzionale della corrente, ma si far anche riferimento al senso elettronico ogni volta che ci sar necessario per chiarire meglio le nozioni esposte.

1.4 - La misura della corrente

Per ben comprendere che cosa significa cc misurare una corrente elettrica conviene riprendere il paragone gi fatto con l'acqua che scorre in un canale. Misurare l'acqua che passa in un canale vuol dire determinare la quantit d'acqua che attraversa ad ogni secondo una sezione determinata del canale.

Questa sezione indicata con il tratteggio nella fig. 9-a: si tratta di una superficie piana, perpendicolare alla direzione dell'acqua (indicata dalle frecce) ed avente un contorno uguale a quello del canale, limitata- mente all'altezza raggiunta dall'acqua nel canale stesso.

I1 nome di SEZIONE deriva dal fatto che si potrebbe immaginare di ottenere questa superficie sezionando (cio tagliando) il canale perpendicolarmente alla direzione dell'acqua che scorre in esso.

La quantit d'acqua che attraversa tale sezione ad ogni secondo d la PORTATA del canale: se la quantit d'acqua si misura in metri cubi, la portata risulter espressa in metri cubi al secondo.

In modo analogo si pu procedere nel caso della corrente elettrica, perch, come una corrente d'acqua costituita da una certa quantit d'acqua che scorre in un canale, cos la corrente elettrica costituita da una certa quantit di elettricit che attraversa un conduttore; per la corrente elettrica si usa per non il termine cc portata D, come per l'acqua, ma il termine INTENSIT.

L'intensit della corrente in un conduttore data dalla quantit di elettricit che ad ogni secondo attraversa una determinata sezione del conduttore stesso; misurare una corrente significa quindi determinare la sua intensit.

Come nel caso del canale, la sezione di un conduttore si ottiene immaginando di tagliarlo perpendicolarmente alla direzione della cor-

TEORICA 2"

SUIONE DEL CANALE ATTRAVERSATA

SEZIONE DEL FILO t!) ATTRAVERSATA

DALLA CORRENTE

SEZIONE DI UN CANALE E DI UN FILO

Fig. 9

TEORICA 211

rente che lo percorre; se il conduttore, come awiene di solito, un filo cilindrico, la sezione risulta di forma circolare, come indicato con il tratteggio nella fig. 9-b.

Per misurare la quantit di elettricit che attraversa questa sezione occorre servirsi di un'opportuna unit di misura, cos come per misurare una quantit d'acqua si usa il metro cubo; per la quantit di elettricit si adottata un'unit di misura che fu chiamata COULOMB (si pronuncia culomb) per ricordare lo scienziato francese Carlo Augusto Coulomb (1736-1806) che fece importanti studi sulle forze che si eser- citano tra le cariche elettriche.

Per quanto detto in precedenza, l'intensit della corrente risulta misurata in coulomb al secondo; a questa unit di misura si dato un nome apposito, chiamandola AMPERE (si pronuncia 'ampr) in onore dello scienziato francese Andrea Maria Ampere (1775-1836), di cui avr ancora occasione di parlare nelle prossime lezioni.

Dire coulomb al secondo o dire ampere perci la stessa cosa, ma in pratica si usa esclusivamente la denominazione di ampere.

Conviene fare subito presente che mentre il coulomb non un'unit di misura di impiego normale, in quanto non interessa in pratica misurare la quantit di elettricit, l'ampere al contrario un'unit che viene usata largamente, perch molto importante ai fini pratici conoscere l'intensit delle correnti: pertanto, d'ora in poi incontrer raramente il coulomb, e molto spesso l'ampere.

Per le correnti che occorre misurare in radiotecnica l'ampere risulta in molti casi un'unit troppo grande e quindi scomoda, cos come sarebbe scomodo il metro se volessimo usarlo quale unit di misura per misurare il diametro di un filo.

Come in questo caso si usa il millimetro, che un'unit di misura mille volte pi piccola del metro, cos in radiotecnica pi spesso del- l'ampere s'impiega il MILLIAMPERE, che un millesimo dell'ampere; per misurare correnti d'intensit molto piccola si ricorre anche al MJCRO- AMPERE, che un milionesimo dell'ampere.

La misura di una lunghezza qualsiasi (ad esempio, della lunghezza di una camera), non presenta difficolt, in quanto basta prendere un metro e riportarlo successivamente sulla lunghezza da misurare per sapere di quanti metri la lunghezza stessa: in questo caso si fa una misura diretta, perch si 'prende l'unit di misura, il metro, e la si con- fronta con la lunghezza da misurare.

20 TEORICA 28

Per l'intensit della corrente non possibile eseguire una misura diretta, perch la corrente elettrica non qualcosa che si possa vedere direttamente come una lunghezza; per una corrente si manifesta per mezzo degli effetti che produce, effetti che dipendono appunto dalla sua intensit.

Si comprende allora che da u n determinato effetto si ptl dedurre l'intensit della corrente che lo ha prodotto, ottenendone in tal modo la misura per via indiretta.

Quando Le avr descritto gli effetti della corrente elettrica, potr vedere come si procede per misurare praticamente l'intensit di una corrente che attraversa un conduttore e come si definisce l'unit di misura usata a tale scopo; per il momento ricordi che questa unit di misura l'ampere e che, quando l'intensit della corrente ridotta, si usano anche il milliampere ed il microampere.

2. - TENSIONE E POTENZIALE

A cominciare da questo capitolo mi riferir al senso convenzionale della corrente per abituarla fin d'ora a considerare -i fenomeni elettrici usando le convenzioni generalmente adottate; supponiamo perci che la corrente elettrica sia costituita da cariche positive dirette da una sfera positiva che le respinge verso Cina sfera negativa che le attrae.

Vediamo ora quale la causa che determina lo spostamento di queste cariche, ossia la corrente elettrica; a questo scopo conviene ricor- rere ancora una volta al paragone con quanto avviene nel caso dell'acqua.

Consideriamo due recipienti uguali A e B, uniti tra loro da un tubo chiuso da un rubinetto, come -si vede nella fig. IO-a; supponiamo che nei due recipienti vi sia una diversa quantit d'acqua, ad esempio tre litri in A ed un litro in B.

Sappiamo che, quando si apre il rubinetto, l'acqua passa dal recipiente A al recipiente B fino a .quando nei due recipienti si raggiunge lo stesso livello, indicato nella fig. IO-b con la linea tratteggiata C; siccome i due recipienti sono uguali, in entrambi si avr la stessa quantit d'acqua, ciok due litri.

Per stabilire un paragone tra. questo caso ed il caso dell'elettricit riferiamoci alla fig. I l , in cui in alto stata di nuovo disegnata la

TEORICA 2"

A B

a?

3 L I T R I 1 L ITRO

CORRENTE D'ACOUA TRA DUE RECIPIENTI

A B C -

C b> ------p- -- . - A p - - - - - - - -

-- -----

- p - - - p -. --- ---

--W---

--- --- --

----p- -----

---- --

-----A

v

2 L I T R I 2 L I T R I

Fig. 10

22 TEORICA

fig. IO-a, riportando anche la linea C a cui si porta il livello nei due recipienti dopo il passaggio dell'acqua; in basso sono rappresentate invece le due sfere unite dal filo di rame, sotto il quale disegnata la freccia che indica il senso convenzionale della corrente, diretta nello stesso senso dell'acqua che passa dal recipiente A al recipiente B.

Siccome supponiamo che la corrente sia costituita da cariche positive, dobbiamo immaginare che queste cariche siano presenti in sovrappi sulla sfera positiva ed in numero uguale a quelle presenti in meno, cio mancanti, sulla sfera negativa, in modo che entrambe le sfere ven- gan9 a trovarsi allo stato neutro dopo il passaggio della corrente.

La stessa situazione si verifica nel caso dell'acqua se ci riferiamo alla linea C a cui si porta il livello dopo il passaggio dell'acqua.

Infatti, possiamo considerare acqua in p i ~ quella che si trova nel recipiente A al di sopra della linea C, come abbiamo fatto per le cariche elettriche presenti sulla sfera positiva, mentre possiamo considerare acqua in meno quella che manca nel recipiente B al di sotto della linea C, come abbiamo fatto per le cariche elettriche mancanti sulla sfera negativa: anche queste due quantit d'acqua sono uguali, essen- dovi un litro di acqua in pi nel recipiente A ed un litro di acqua in meno nel recipiente B, rispetto alla linea C.

Ora facile vedere che la causa del passaggio dell'acqua da un recipiente all'altro la differenza d i lii>ello esistente tra i due recipienti, differenza indicata nella fig. I l : infatti il passaggio dell'acqua cessa quando questa differenza diviene nulla, come si vede nella fig. IO-b.

Allo stesso modo, anche per l'elettricit vi una causa che determina il passaggio della corrente nel filo di rame, passaggio che avviene fino a che non si annulla la causa che lo produce: in questo caso la causa chiamata DIFFERENZA DI POTENZIALE ELETTRICO O anche TENSIONE ELETTRICA.

La differenza di potenziale non si pu vedere direttamente n indicare come si fatto per la differenza di livello; appunto per questo motivo si ricorre al paragone con l'acqua in modo da avere un'idea della differenza di potenziale o tensione sapendo che qualcosa di analogo alla differenza di livello.

Nelle prossime lezioni questo concetto sar chiarito meglio; per ora basta tenere presente che, come il passaggio dell'acqua determinato dalla differenza di livello esistente tra i due recipienti, cos i1 pas-

TEORICA 2a 23

ACQUA IN PIU-

(1 LITRO) B

ACQUA IN MENO (I LITRO)

-

- --

- --

--T - - -- - .

LIVELLO - - --

---

PIU BASSO - I

--

---p-

-

-p-- - --- --p

- - - - - - .

--

--- --

ANALOGIA TRA LA CORRENTE D'ACQUA E LA CORRENTE ELETTRICA

CARICHE POSI TI VE IN PIU.'

CARICHE POSITIVE IN MENO

u SENSO CONVENZIONALE

DELLA CORRENTE

Fig. 11

24 TEORICA 2"

saggio della corrente determinato dalla differenza di potenziale elettrico esistente tra le due sfere.

Ciascun recipiente ha un proprio livello che, come si vede nella fig. I l , riferito alla linea C; i livelli si annullano perci quando l'acqua raggiunge questa linea, scendendo nel recipiente A e salendo nel recipiente B.

Allo stesso modo ciascuna sfera ha un proprio POTENZIALE ELETTRICO che dobbiamo riferire allo stato neutro in cui si trovano le sfere dopo il passaggio della corrente; questi potenziali si annullano pertanto quando la sfera positiva ha perduto tutte le cariche positive che aveva in sovrappi e la sfera negativa ha ricevuto tutte le cariche positive che aveva in meno.

Non si deve ritenere per che il potenziale elettrico di un corpo carico di elettricit dipenda soltanto dalla quantit di elettricit presente su esso: per rendersi conto di questo fatto basta pensare che pure il livello dell'acqua dipende non soltanto dalla quantit d'acqua contenuta in un recipiente ma anche dalla forma di questo.

E' evidente infatti che, se il recipiente A della fig. 11 fosse pi stretto, la stessa acqua raccolta in esso si troverebbe ad un livello pi alto, mentre se il recipiente B fosse pi largo la stessa acqua raccolta in esso si troverebbe ad un livello pi basso: in questo caso risulterebbe una maggiore differenza di livello tra i due recipienti.

Nel caso dell'elettricit, il potenziale elettrico di un corpo, oltre che dalla quantit di elettricit presente sul corpo stesso, dipende anche da altri elementi, che vedremo in una delle prossime lezioni.

I1 potenziale elettrico viene riferito allo stato neutro, ma siccome anche la Terra su cui viviamo pu considerarsi un'enorme sfera allo stato neutro, si convenuto di riferire ad essa tutti i potenziali, stabilendo che la Terra abbia un potenziale elettrico uguale a zero.

Come il recipiente A, che contiene acqua in pi, ha un livello pi alto della linea di riferimento C, cos la sfera positiva, che possiede cariche positive in sovrappi, ha un potenziale pi alto di quello della Terra preso come riferimento: in questo caso si dice che la sfera ha un potenziale positivo rispetto alla Terra.

Inversamente, come il recipiente B, che contiene acqua in meno, ha un livello pi basso della linea di riferimento C, cos la sfera negativa, che possiede cariche positive in meno, ha un potenziale pi basso di quello della Terra preso come riferimento; in questo caso si dice che la sfera ha un potenziale negativo rispetto alla Terra.

TEORICA 2" 25

Per completare il paragone osserviamo che, come l'acqua passa dal livello pi alto al livello pi basso, cos la corrente, sempre secondo il suo senso convenzionale, diretta dalla sfera a potenziale positivo verso la sfera a potenziale negativo.

Nelle prossime lezioni avremo ancora occasione di ritornare fre- quentemente a parlare di tensioni e di poteiiziali, in quanto si tratta di grandezze elettriche fondamentali come l'intensit della corrente elettrica.

Vedremo anche come si possono misurare queste grandezze, mentre per ora basta ricordare che i potenziali e le tensioni si misurano in VOLT, unit di misura cos chiamata in onore dello scienziato italiano Ales- sandro Volta.

Quando si devono misurare tensioni molto ridotte si usa anche il MILLIVOLT, che un millesimo di volt, oppure il MICROVOLT, che urz milionesimo di volt; quando invece le tensioni sono molto alte si usa il CHILOVOLT, che vale mille volt.

Fig. 12

GRANDEZZA ELETTRICA

Quant i t d i e l e t t r i c i t

Corrente

Potenziale e tensione

Q

I

v

UNITA' D I MISURA

C oulomb

ampere

v o l t

SIMBOLO

C

A

v

26 TEORICA 2"

Per avere ben presenti le unit di misura che abbiamo incontrato in questa lezione pu fare riferimento alla tabella della fig. 12 in cui Le ho anche riportati i simboli che .si usano per indicare in modo abbre- viato sia le grandezze elettriche sia le loro unit di misura.

3. - CIRCUITI ELETTRICI

L'insieme delle due sfere unite dal filo di rame che abbiamo considerato finora costituisce un CIRCUITO ELETTRICO; la corrente non pu scorrere in questo circuito in continuazione perch cessa di passare non appena le sfere si portano allo stato neutro e si annulla la differenza di potenziale esistente tra esse.

Allo stesso modo, l'acqua cessa di passare da un recipiente all'altro non appena si annulla la differenza di livello esistente tra i due recipienti, che appunto la causa del passaggio dell'acqua: per far passare l'acqua in continuazione occorre mantenere costantemente la stessa differenza di livello tra i due recipienti.

Ci si pu ottenere mediante una pompa idraulica disposta come si vede nella fig. 13-a, cio in modo che aspiri l'acqua a mano a mano che arriva nel recipiente EI e la riporti nel recipiente A.

In modo analogo, per far passare in continuazione la corrente in un circuito elettrico occorre un dispositivo che manteilga costantemente la stessa differenza di potenziale tra le due sfere.

Tale dispositivo si chiama GENERATORE ELETTRICO e, come si vede nella fig. 13-b, viene collegato mediante fili di rame alle due sfere, in modo che possa riportare sulla sfera positiva le cariche elettriche a mano a mano che arrivano sulla sfera negativa, spostandosi secondo il senso convenzionale della corrente (in realt per il generatore riporta sulla sfera negativa gli elettroni giunti sulla sfera positiva, procedendo1 secondo il senso elettronico

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