LA CONDUZIONE ELETTRICA I Meccanismi Della Conduzione Soluzioni

LA CONDUZIONE ELETTRICA I Meccanismi Della Conduzione, Soluzioni, Gas, Carica Elementare Fisica On. Line Per eventuali approfondimenti o chiarimenti contattare la Prof. ssa Laura Farci – lfarci@tiscali. it La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione

Conduttori Elettrolitici • • • Voltametro Acqua distillata Zucchero Sale La soluzione acqua-sale è conduttrice • Na. Cl, Cu. SO 4, HCl, H 2 SO 4, Na. OH Z SA LE O Elettrodi metallici Anodo Catodo + Fisica On. Line C C U R HE La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 2

Conduttori Elettrolitici • I sali, gli acidi e le basi si chiamano “elettroliti” e le loro soluzioni in acqua “soluzioni elettrolitiche” • L’acqua comune contiene molti sali disciolti e per questo è molto conduttrice • Faraday (1833) + Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 3

L’elettrolisi E Le Leggi Di Faraday • Il moto degli ioni in un voltametro in cui sono immersi due elettrodi metallici collegati a una batteria è detto “elettrolisi” • Quando gli ioni arrivano sugli elettrodi cedono a questi la loro carica diventando neutri e reagendo chimicamente +Cl. H +Cl-+ H +Cl H H ++Cl -H Cl + H Cl H H+Cl Cl- + Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione - 4

L’elettrolisi E Le Leggi Di Faraday • Faraday misurò quantitativamente le sostanze che nell’elettrolisi si sviluppano o si depositano negli elettrodi • 1 a Legge di Faraday: – La massa di sostanza che si deposita a un elettrodo è direttamente proporzionale alla quantità di carica elettrica che passa nel voltametro Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 5

L’elettrolisi E Le Leggi Di Faraday • 2 a Legge di Faraday: – In più voltametri contenti elettroliti diversi e connessi in serie in modo che siano attraversati dalla stessa quantità di carica elettrica, le masse delle sostanze che si depositano agli elettrodi sono direttamente proporzionali agli equivalenti chimici • Equivalente chimico = M/Z • Grammo-equivalente = M/Z g Fisica On. Line (H 1. 008) (H 1. 008 g) La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 6

L’elettrolisi E Le Leggi Di Faraday • Le masse di Cl, H, Cu e Ag che si depositano agli elettrodi stanno fra loro come i numeri 35. 457 : 1. 008 : 31. 77 : 107. 88 A HCl Fisica On. Line Cu. SO 4 Ag. NO 3 La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 7

L’elettrolisi E Le Leggi Di Faraday • È possibile ricavare una formula che compendia entrambe le leggi • Con questa formula è possibile calcolare la massa M di una sostanza che si deposita su un elettrodo per elettrolisi Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 8

Ioni E Carica Elettrica Elementare • • Atomo: nucleo + elettroni Nucleo: carica elettrica positiva Elettroni: carica elettrica negativa La carica elettrica non può assumere valori qualunque ma solo multipli interi relativi di una carica unitaria • La carica unitaria è quella dell’elettrone Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 9

Ioni E Carica Elettrica Elementare • Se Z è il numero degli elettroni in un atomo allora la loro carica complessiva è: • Siccome la carica dell’atomo è nulla allora la carica del nucleo è: • Quando un atomo perde un elettrone o ne acquista uno in più la sua carica complessiva non è più nulla e prende il nome di ione Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 10

La Conduzione Elettrolitica E La Legge Di Ohm • La conduzione elettrolitica dipende dalla quantità di elettrolita disciolto, dalla superficie degli elettrodi immersi e dalla loro distanza • In particolare è maggiore con l’aumentare della superficie degli elettrodi immersi ed è minore con l’aumentare della loro distanza Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 11

La Conduzione Elettrolitica E La Legge Di Ohm • Gli esperimenti dimostrano che la conduzione elettrolitica segue la legge di Ohm come nei conduttori metallici a patto che gli elettrodi siano dello stesso tipo e che le condizioni siano tali per cui il passaggio di corrente non alteri la costituzione chimica Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 12

La Pila • Oggi il termine pila indica un generatore di f. e. m. costante trae origine dalla disposizione a pila del generatore scoperto da Volta • Esso è costituito da coppie di dischi di Cu e Zn alternati da una pezzuola imbevuta di una soluzione elettrolitica Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 13

A La Pila Cu • Elemento voltaico - + Cu Zn H 2 SO 4 • La d. d. p. tra Cu e Zn a circuito aperto è detta “f. e. m. della pila” • Essa è data dalla somma delle d. d. p. che si hanno ai contatti Zn-Cu, Zn-soluzione e soluzione-Cu Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 14

L’Effetto Termoelettrico • Consideriamo due giunzioni Fe-Cu mantenute a due temperature diverse t 1 e t 2 • Inserendo un amperometro nella catena questo rivela il passaggio di corrente • La corrente attraversa la giunzione a temperatura maggiore nel verso che va dal rame al ferro t 1 Fe Cu t 2 Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 15

L’Effetto Termoelettrico • Effetto Seeback: • Le d. d. p. che producono le due giunzioni non sono uguali poiché i potenziali di estrazione dipendono dalla temperatura • Gli elettroni che attraversano la giunzione a temperatura maggiore ricevono un’energia sufficiente per compensare la perdita dovuta all’effetto Joule Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 16

L’esperimento Di Millikan • 1910: misura della carica del singolo elettrone Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 17

L’esperimento Di Millikan • • • Per la seconda legge di Newton: Proiettando sugli assi: All’aumentare di “a” aumenta anche “Fa” A un certo punto: Da quel momento il moto è rettilineo uniforme con velocità v 0 e, dalla relazione che definisce la forza di attrito, si può ricavare b : Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 18

L’esperimento Di Millikan • Collegando adesso le due lastre piane a un generatore, alle precedenti si aggiunge una nuova forza: • All’inizio, quando il moto è uniformemente accelerato: • Quando poi il moto diventa rettilineo uniforme: • La carica dell’elettrone è quindi data da: questo Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 19

Metalli, Isolanti e Semiconduttori • Nei metalli la conduzione è data dagli elettroni liberi, in media uno per ogni atomo (1022 elettroni per cm 3) • Negli isolanti nessun atomo è ionizzato in condizioni normali; solo l’applicazione di un campo elettrico molto intenso può produrre qualche elettrone di conduzione ionizzando un ugual numero di atomi Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 20

Metalli, Isolanti e Semiconduttori • La conducibilità nei metalli è dovuta in gran parte al moto ordinato (per effetto di un campo elettrico esterno) degli elettroni di conduzione ostacolati delle vibrazioni degli ioni del reticolo cristallino - Fisica On. Line + + + + + + + + + + + La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 21

Metalli, Isolanti e Semiconduttori • I semiconduttori hanno un comportamento intermedio • A basse temperature la conducibilità è bassa come per gli isolanti • A temperatura ambiente si hanno 1011 elettroni di conduzione per cm 3 • I semiconduttori per eccellenza sono il Silicio e il Germanio Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 22

Metalli, Isolanti e Semiconduttori • Nei semiconduttori la conduzione è dovuta non solo agli elettroni di conduzione ma anche al movimento di cariche elettriche positive Fisica On. Line + + + + + La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 23

La Scarica Nei Gas A Pressione Normale • In condizioni normali un gas è neutro e quindi non può condurre l’elettricità, comportandosi da isolante perfetto • L’aria atmosferica però conduce l’elettricità, anche se debolmente • Nell’aria ci sono particelle cariche il cui numero aumenta in presenza di particolari agenti detti agenti ionizzanti Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 24

La Scarica Nei Gas A Pressione Normale l’aria è secca non si • Se tra leledue duepiastre l’aria è osserva passaggio di passaggio corrente secca non si osserva • Se ionizziamo l’aria irraggiandola con raggi X lo strumento segnala il passaggio di corrente i A + + + -- V i. S A B v. S vi Fisica On. Line v La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione - + 25

La Scarica Nei Gas Rarefatti • • • La d. d. p. è èdi di qualche migliaio di voltatmosferica (760 torr) si A pressione hanno solo scariche rumorose con piccole atmosferica (760 torr) correnti • si A 50 torr scariche più frequenti e silenziose V • A 10 torr avviene una scarica con una sola + Tubo di colonna violacea estrazione dell’aria Fisica On. Line La Conduzione Elettrica - I Meccanismi Della Conduzione 26