Effetto Joule

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Scambi di energia nei conduttori; trasformazioni di energia; spiegazione dell'effetto Joule (1 pagine formato doc)

Il passaggio della corrente elettrica è accompagnato da scambi di energia che si verificano all’interno dei conduttori e tra essi e l’ambiente esterno.
Tutti i conduttori si riscaldano quando sono percorsi da corrente elettrica.
In alcuni casi possono diventare incandescenti, come accade, per esempio, al filamento di una lampadina o alla resistenza di una stufa elettrica.
A causa della temperatura elevata essi emettono energia nell’ambiente mediante un passaggio di calore.
Queste trasformazioni di energia hanno origine nell’energia elettrica che il generatore fornisce alle cariche.
In che cosa consiste precisamente questa energia elettrica? Si tratta dell’energia potenziale elettrica che possiedono le particelle cariche che si muovono all’interno del generatore.
Quando il generatore spinge al suo interno le cariche positive verso il polo a potenziale più alto, l’energia potenziale elettrica di queste cariche aumenta a spese di un’altra forma di energia.
Poi, man mano che esse fluiscono lungo il  circuito esterno, perdono la loro energia potenziale iniziale che si trasforma così in altre forme di energia.
Questo fenomeno è detto effetto Joule.
Vediamo ora cosa accade a livello microscopico: gli elettroni liberi all’interno del filo sono continuamente accelerati dal campo elettrico all’interno del conduttore.
Poiché essi si spostano nella stessa direzione e verso della forza elettrica, quest’ultima compie un lavoro positivo, che si traduce in un aumento dell’energia cinetica degli elettroni di conduzione.
Tale aumento, però, termina dopo pochissimo tempo, perché l’elettrone, dovrebbe aver percorso un tratto molto breve, interagisce con uno o più ioni del reticolo cristallino, perdendo così gran parte dell’energia cinetica che aveva acquistato.
Subito dopo, esso ricomincia ad essere accelerato dal campo elettrico e la sua energia cinetica riprende ad aumentar fino all’urto successivo.
In seguito alle collisioni degli elettroni di conduzione con gli ioni del reticolo cristallino, l’energia cinetica media di oscillazione di tutti gli ioni del reticolo aumenta.
Il che, come sappiamo, significa che l’energia interna, e quindi la temperatura, del conduttore aumenta.