A2C - Salerno

La corrente elettrica è ormai una cosa indispensabile nella nostra vita quotidiana. Basta soltanto pensare a quanti dispositivi e macchinari ne fanno utilizzo per rendersi conto che senza si fermerebbe il mondo. Ma cos'è esattamente?

In generale, quando si parla di corrente elettrica ci si riferisce ad un qualsiasi moto ordinato di cariche elettriche che si spostano lungo una data direzione. La corrente che conosciamo tutti è rappresentato dal moto di particelle cariche negativamente, gli elettroni, che normalmente orbitano intorno ai nuclei atomici. Essi hanno la capacità straordinaria di muoversi con grande facilità all'interno di materiali elettricamente conduttori, cosa che invece risulta impossibile per tutte le specie ioniche, siano esse positive o negative. Le ragioni sono complesse, ma volendo semplificare, ciò è dovuto al fatto che gli elettroni sono infinitamente più piccoli di atomi, molecole e ioni. Ovviamente tali cariche non si muovono a caso. Esse si muovono perché ad esse viene applicata una forza. Due cariche elettriche, infatti, esercitano l'una verso l'altra una forza detta interazione elettrostatica o forza di Coulomb. Questa forza è capace di agire a distanza e si propaga alla velocità della luce in tutte le direzioni che circondano una carica: in altri termini, una carica elettrica genera un campo elettrico nello spazio circostante. Sia esso vuoto o fatto di materia. Quando una carica elettrica viene immersa in un campo elettrico finisce per subire una forza che può essere attrattiva o repulsiva, a seconda del segno di tale carica. Cariche di segno opposto si attraggono mentre cariche di segno uguale si respingono. Gli elettroni hanno tutti medesima carica negativa, quindi finiscono per respingersi a vicenda.

Pertanto la corrente elettrica attraverso un filo conduttore può essere immaginata come il flusso continuo di minuscoli portatori di cariche che si respingono a vicenda per mezzo di forze elettrostatiche muovendosi in modo ordinato lungo una direzione. Molto spesso sentiamo parlare anche di un'altra proprietà della corrente elettrica: la tensione, o più propriamente, la differenza di potenziale. Per capire cosa sia il potenziale elettrico, bisogna capire che qualunque carica immersa in un campo elettrostatico possiede un'energia potenziale che dipende dalla posizione in cui si trova la carica. Il potenziale elettrico può essere quindi definito come il rapporto fra l'energia potenziale posseduta dalla carica e il valore della carica stessa.
Si misura in Volts (V) in onore del grande scienziato italiano Alessandro Volta e 1 v è uguale a 1 J fratto 1 C.
Poiché l'energia potenziale posseduta da una carica dipende dalla posizione della carica stessa, a diverse posizioni corrisponderanno potenziali differenti. La differenza di potenziale tra un punto A e B qualsiasi corrisponde al lavoro necessario per spostare la carica fra i due punti. Il lavoro è compiuto dal campo elettrostatico ed essenzialmente è energia spesa dal sistema.
Se tale differenza è la classica 220 volts che conosciamo bene, vuol dire che convincere le cariche a transitare fra i punti A e B, che poi sarebbero i capi delle nostre prese, bisogna fornire a ciascuna di esse 220 J di energia. E noi sfruttiamo tale energia, togliendola letteralmente dal groppone dei "poveri" elettroni in transito. Chiaramente, maggiore sarà la tensione e maggiore sarà l'energia trasportata dalla corrente elettrica. Si definisce intensità di corrente elettrica la quantità di cariche elettriche che attraversa una sezione del conduttore in un secondo. 
Si indica con la lettera I e nel Sistema Internazionale si misura in Ampere (A). Un ampere equivale ad una carica elettrica pari ad 1 coulomb (C) diviso un 1 secondo (s). La misura si effettua solitamente con uno strumento detto amperometro. L'intensità di corrente elettrica è una delle grandezze fondamentali della fisica, solitamente indicata con la lettera I e misurata in Ampere (A).
Essa rappresenta la quantità di carica elettrica che attraversa la sezione di un conduttore entro un'unità di tempo. Immaginando quindi un filo conduttore di forma cilindrica, la sezione sarebbe la base del cilindro (un cerchio) e le cariche che lo attraversano sono gli elettroni. 

L'intensità I può essere definita come

I = ΔQ / ΔT

Dove:

• ΔQ è la quantità di carica elettrica (espressa in Coulomb) che attraversa la sezione di un conduttore in un dato intervallo di tempo ΔT (in secondi).

Questa formula però restituisce un valore medio e non ci da alcuna indicazione circa possibili variazioni istantanee del flusso di carica attraverso la sezione.
Pertanto, come formula più generale, l'intensità è data da:

i(t) = dq/dt

ossia, l'intensità all'istante di tempo t è data dalla derivata della carica rispetto al tempo.
Tale derivata ci fornisce la velocità istantanea con cui la carica elettrica fluisce attraverso la sezione, ossia la quantità esatta di carica che fluisce attraverso la sezione in un dato istante t. Nel caso della corrente continua, poiché il flusso di elettroni attraverso la sezione di conduttore è pressoché costante nel tempo, si ha che il valore medio e quello istantaneo di intensità coincidono.
In altri termini, nel caso di corrente continua,

i(t) = I = ΔQ/ΔT

Ciò invece non è assolutamente valido nel caso della corrente alternata, dove il flusso delle cariche attraverso una sezione non è costante ma oscilla nel tempo. Nelle correnti alternate in regime sinusoidale, l'intensità di corrente è una funzione descritta da un'onda sinusoidale:

i(t) = I0sin(ωt+Φ)

dove:

• i(t) è il valore dell'intensità nell'istante di tempo t,
• I0 è il valore massimo di intensità, corrispondente all'ampiezza dell'onda
• ω è la pulsazione, pari a 2πT oppure 2πf, dove T e f sono il periodo e la frequenza di oscillazione dell'onda.
• Φ è l'angolo di fase dell'onda

Ad ogni modo, sia nel caso della corrente continua che in quello della corrente alternata, in elettrotecnica si utilizza una convenzione che indica la direzione in cui fluisce la corrente.
Stando a tale convenzione, si immagina un moto di cariche positive che si muove lungo il circuito partendo dal morsetto a potenziale più alto del generatore verso quello a potenziale minore.
Nella realtà dei fatti, però, la corrente è costituita dal moto di cariche negative, che si muovono in senso opposto a quello convenzionale. Questo fatto però non si sapeva quando fu scelto, in modo arbitarario quale fosse il positivo e quale il negativo.
Quello che oggi conosciamo come elettrotecnica è frutto di 200 anni di studi e quindi si sono andate a raffinare nel tempo tutti i concetti che oggi noi diamo per scontato.

Chiudo con una frase di Benjamin Franklin:"Nell'elettricità, scopriamo il potenziale infinito dell'innovazione, dove solo la nostra immaginazione può tracciare i limiti."

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.