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Titolo: Fisica nei conduttori elettrici!

Ciao a tutti, ho una piccola domanda da fare sulle cariche elettriche
e i conduttori.
Avendo una sfera con delle cariche queste starebbero solamente sulla
superficie esterna, per l'azione di repulsione delle cariche dello
stesso segno. Giusto? Ma questo funziona anche nei conduttori
elettrici? E' una legge che vale anche quando le cariche sono in
movimento? (penso proprio di si)
Allora un conduttore cavo all'interno oppure un conduttore pieno
avrebbero la stessa resistenza, cioe' sarebbero in grado di portare la
stessa intensita' di corrente?
E allora perche' l'anima dei cavi elettrici e' formata da tanti
piccoli fili di rame intrecciati? ok, magari non sono intrecciati ma
semplicemente disposti paralleli, ma comunque sia perche' sono tanti
piccoli cavetti? Questo non riduce la superficie esterna, anche se di
poco? (in fondo le cariche non potrebbero stare tra gli spazi tra un
cavetto e l'altro, giusto?)
C'e' una legge che descive questo? Cioe', dato (e=costante dielettrica
del mezzo)
 
F= e *  (Q1*Q2)/d^2, c'e' una legge che permette di modificare (e)
oppure d in funzione della superficie utile?
E se percaso il conduttore fosse piatto? Cioe' se avessi un conduttore
con questa forma:  ---------  le cariche dove starebbero? Penso ai due
lati piu' esterni, giusto? Quindi sarebbe *---------* con * cariche
elettriche. Ma allora in questo caso un conduttore
------------------------ e un conduttore ---- sarebbero identici, no? 
Qualcuno me lo riesce a spiegare?
Grazie,
Duccio.

 stessa intensita' di corrente?
No, e questa e` la ragione. Nel caso della sfera, stai
descrivendo un esperimento di elettrostatica, in cui si ha
un *eccesso* di cariche libere intrappolate nel conduttore.
In questo caso si vanno a disporre sulla superficie. Eccesso
vuol dire ad esempio che ci sono piu` elettroni che cariche
positive. 
Nel caso di conduzione, nel conduttore c'e' lo stesso numero
di elettroni (mobili) e di ioni positivi fissi. E quindi gli
elettroni non hanno nessun motivo di scappare gli uni dagli
altri, perche' per ogni elettrone c'e` una carica positiva
fissa che lo invoglia a restare dentro al conduttore.
Quando, a causa del passaggio di corrente, spingi degli
elettroni in un pezzo di conduttore, il numero di cariche
non varia, perche' tante ne spingi dentro, altrettante ne
escono dall'altro estremo del conduttore (per avere corrente
in stato stazionario devi avere un circuito chiuso).
Se al posto di correnti continue consideri correnti ad alta
frequenza, allora entrano in gioco gli effetti magnetici e
la corrente tende a scorrere sulla superficie del
conduttore, ma questo e` un altro fenomeno.
Franco

piccoli cavetti?
In primo luogo tale struttura aumenta la resistenza e la flessibilità del cavo.
In secondo luogo una tale struttura può essere utile per ridurre le perdite
dovute all'effetto pelle, che è un fenomento che si manifesta ad alte frequenze
e non ha niente a che fare col tuo dubbio.
--
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Marco Coletti
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 e i conduttori...
La legge di cui tu parli (quella di Coulomb, immagino) vale ovviamente anche
per cariche in movimento. In questo caso intervengono però non solo fenomeni
che sono impropriamente definiti come elettrostatici  (infatti, come tu
dici, agiscono anche fra cariche in movimento). Intervengono anche fenomeni
specificamente elettrodinamici, come il cosiddetto "effetto pelle", che
dipende dalla frequenza del segnale in transito. Il suo meccanismo per la
verità non è del tutto chiarito ma è ben dominato empiricamente. A grandi
linee, due fili paralleli percorsi da correnti equiverse si attraggono, e la
ragione è abbastanza ben giustificata dalle leggi fondamentali dell'
elettromagnetismo. Non è quindi chiaro perché due filetti di corrente
equiversi che percorrono il medesimo conduttore sembrino invece respingersi,
e solo a frequenza diversa da zero. Si potrebbe pensare, dato che le cariche
si muovono su percorsi non rettilinei costituiti dai "gusci" degli atomi (la
cosiddetta banda di conduzione) a circa 2/3 della velocità della luce, che
intervengano fenomeni tipicamente ottici, per esempio di riflessione, che
causerebbero campi magnetici parassiti; d'altra parte il "rumore elettrico"
nei conduttori ha come una delle sue cause proprio questa. Si può pensare
anche che fra il cambiamento di verso della corrente (a ogni ciclo) e il
cambiamento di orientamento degli atomi (o ioni) intervenga un ritardo tanto
più evidente quanto più la frequenza è elevata, dato che la costante di
tempo di tale cambiamento, che dipende dalle caratteristiche del materiale,
è appunto costante (fenomeno del rilassamento paramagnetico). In ogni caso,
la corrente penetra solo a una profondità in centimetri pari alla costante
6,6 divisa per la radice della frequenza in Hz. L'espressione "effetto
 pelle" è particolarmente pertinente per le frequenze tipiche delle
telecomunicazioni, che suggeriscono infatti di costruire conduttori fatti
solo di "pelle", per esempio le guide d'onda.
L'espressione "portare la stessa (intensità di) corrente" da te usata non è
corretta: è più corretto dire che presentano la stessa impedenza. Nei
conduttori d'energia per alta tensione l'interno del conduttore è sempre
occupato da un'anima d'acciaio che ha la funzione meccanica di sopporto dei
pesi delle lunghe tratte fra i sostegni, oltre che di resistenza alle
sollecitazioni aerodinamiche ed elettrodinamiche (correnti di
cortocircuito).
La "trefolatura" dei fili (il fatto che si tratti di molti fili intrecciati
anziché di rame compatto) non serve che in piccola parte a fini elettrici (a
una migliore distribuzione della corrente) ma serve di più, a sua volta, a
fini meccanici, perché il rame sopporta male la trazione e la flessione e si
incrudisce con facilità, quindi si spezza, con sollecitazioni ripetute anche
al di sotto dei limiti elastici, e questa fragilità per tutti i materiali si
riduce con la sezione (dipende dal momento d'inerzia della sezione); inoltre
gli attriti interni di un conduttore intrecciato agiscono molto bene da
smorzatori durante le sollecitazioni meccaniche, essendo pericolosissimo,
anzi catastrofico, il fenomeno della risonanza meccanica e aerodinamica
(vedi ponte di Tacoma). La trefolatura risolve infine notevoli problemi di
fabbricazione, trasporto e installazione, facilmente immaginabili per le
sezioni elevate (immagina sbarre di rame di qualche centimetro di diametro e
lunghe centinaia di metri). Comunque solo conduttori che prevedono
sollecitazioni di flessione o torsione sono trefolati, perché ovviamente
sono più costosi dei conduttori pieni, e il filo singolo che compone il
trefolo è tanto più sottile quanto più è piccolo il raggio di curvatura o
quanto più è grande l'angolo di torsione che possono essere causati dalle
sollecitazioni in esercizio. Nel caso di cavi per telecomunicazioni, non c'è
"trefolatura", ma le diverse coppie di fili sono ugualmente intrecciate in
modo molto complesso per bilanciare i campi parassiti e ridurre le
interferenze (diafonia) fra i diversi canali; lo stesso vale per i
cavi-sonda della strumentazione elettronica.
I conduttori piatti (e compatti) sono in effetti utilizzati, dove possibile
(come sbarre principali di centrale o di stazione di distribuzione a media
tensione), proprio per sfruttare appieno la profondità di penetrazione della
corrente nei conduttori, che è poco meno di 1 cm a 50 Hz (lo spessore di 2
cm è di fatto uno standard); ma questo è possibile appunto solo su tratte
brevi e non soggette a trazione o flesso-torsione ripetute, dato che il
conduttore è rigido. La corrente in questi conduttori non scorre alle
estremità della sezione, come tu ipotizzi, ma in tutta la massa del rame;
infatti la profondità di penetrazione è essenzialmente insensibile alla
forma della sezione, almeno a frequenze e tensioni non troppo alte. Questi
conduttori sono costruiti così proprio allo scopo di sfruttare completamente
la profondità di penetrazione a 50 Hz, cioè per non mettere in opera del
costoso rame che poi non servirà a portare corrente.
Se per conduttore piatto intendi invece un conduttore di spessore
trascurabile come la metallizzazione di un isolante, anche questa tecnologia
è largamente impiegata, non solo nelle guide d'onda, ma nei circuiti
stampati, negli stessi microchip e nei condensatori di cui è pieno il tuo
PC; e anche lo schermo del tuo monitor è in effetti un "conduttore piatto"
depositato sul vetro. A parte il fatto che il tuo PC, se costruito per
intero con comuni conduttori, sarebbe grande come una casa, sarebbero anche
difficilmente gestibili al suo interno le centinaia di MHz del clock di
sistema.
Chiedo scusa ai fisici di questo newsgroup per i miei discorsi da
elettricista.
maurizio...@tin.it

 e non ha niente a che fare col tuo dubbio.
No, il fatto di avere tanti fili piccoli intrecciati non
cambia nulla per quanto riguarda l'effetto pelle, poiche' i
singoli conduttori NON sono isolati fra di loro. 
Il filo Litz, che viene usato in alta frequenza e` formato
da tanti filini intrecciati e *isolati* fra di loro.
Franco

 pelle" è particolarmente pertinente per le frequenze tipiche delle
Veramente l'effetto pelle è previsto e quantificabile teoricamente in base alle
eqz di Maxwell, o almeno così sembra mostrare il mio libro di elettrotecnica e
anche quello di campi elettromagnetici.

 solo di "pelle", per esempio le guide d'onda.
A 50 Hz la profondita` di pelle e` dell'ordine di 10 mm:
anche qui e` importante, e si usano particolari accorgimenti
costruttivi, come dici anche tu nel seguito.
Non ho capito bene che cosa c'entrino le guide d'onda. E i
cavi coassiali dove li metti?
SNIP
Ciao
Franco

singoli conduttori NON sono isolati fra di loro. 
Certo, hai ragione.
Ho dimenticato che i cavi appositi hanno i trefoli isolati.

movimento? (penso proprio di si)
Il bello di questo NG è che mi fa tornare alla mente delle cose di Fisica 2.
Il brutto è che a volte sono costretto a riprendere in mano il libro. Ma in
fondo neanche questo è un male.
Vengo a noi. E' proprio qui il tuo errore. I portatori di carica non si
dispongono in superficie. In continua sono distribuiti uniformemente sulla
sezione del conduttore.
Altrimenti come spiegheresti la legge che lega la resistenza alla
resistività, alla lunghezza e alla SEZIONE ?
E' stato nominato l'effetto pelle che per la verità centra poco con la
questione proposta. Esso è un effetto che si avverte ad alte frequenze, alle
quali la corrente si porta verso la superficie occupando una sezione
inferiore. Ciò determina un aumento della resistenza.
A questo punto la risposta alle altre domande ti dovrebbe essere ovvia.
dAVIDE

Rispondo alle repliche di Franco (e di Marco Coletti), e infine al messaggio
di Duccio
Se riesaminate il mio precedente messaggio, vedrete che io non ho scritto
che "non esiste un modello" - che si trova infatti in tutti i libri che voi
avete citato e in molti altri - ma ho scritto che "Il suo meccanismo per la
verità non è del tutto chiarito ma è ben dominato empiricamente". Ho avuto
solo il torto, e ne faccio ammenda, di non dire che "per me" non è chiarito
abbastanza, anche se so bene che molti se ne accontentano. Fra la scholarly
lesson, che soddisfa a tavolino o in esperienze ideali particolarmente
semplici, e alcune esperienze cui ora accennerò, "per me" ci sono
discrepanze che, nel mio piccolo, non riesco a colmare (ma non credo proprio
di essere il solo). Mi riferisco ai casi dell'arco elettrico, sia di bassa
tensione ad alta temperatura, sia d'alta tensione e lungo percorso, e al
caso del movimento focalizzato delle cariche all'interno dei tubi catodici
(il monitor, per esempio), nei quali non si verifica alcun fenomeno di
"cavitazione" (per questa ragione ho fatto l'esempio dei due fili di
corrente in due diversi conduttori e dei due fili nel medesimo conduttore);
al contrario, se si escludono i fenomeni di diffrazione in presenza di
ostacoli, le correnti in questi particolari conduttori sembrano mantenersi
autonomamente ben compatte, anzi, negli archi di potenza sembrano addensarsi
nel nucleo. Perciò mi sembra che siamo in presenza di un modello che "si
giustifica" su alcuni casi particolarmente semplici e ad hoc, e non di un
modello che "spiega (esaustivamente) il fenomeno". In questi casi è l'
aspetto empirico a dominare e non quello teorico. Peraltro il modello non mi
spiega perché la velocità di propagazione del segnale, se in un conduttore
nudo già non raggiunge quella della luce, diminuisca di circa il 15% se si
aggiunge un velo di isolante sullo stesso conduttore; eppure, se il
conduttore è alimentato con un generatore di corrente, quindi a tensione
bassissima, il campo elettrico circostante è trascurabile (almeno da un lato
della connessione), mentre la permeabilità magnetica del sistema non è
mutata, e nessuna carica in moto, naturalmente, va a interessare l'isolante.
Un altro fenomeno che mi lascia perplesso è il fatto che le correnti
cosiddette di elettrocuzione, che percorrono cioè un organismo, che è
conduttore, sembrano rispettare piuttosto male, paradossalmente, l'"effetto
pelle", in particolare proprio quelle dovute a fulminazione, le cui
componenti sono ad altissima frequenza e dovrebbero al più bruciare i peli
del parafulmine biologico. Ulteriore motivo di perplessità è il fatto che l'
anima dei cavi d'energia, in materiale non trascurabilmente magnetico (l'
acciaio), non modifica sensibilmente la profondità di penetrazione; eppure
la configurazione delle riluttanze del sistema è radicalmente mutata. Ometto
altri motivi di perplessità: mi basterebbe, per ora, eliminare questi e
sapere come si comporta al riguardo un superconduttore, nel quale la
resistenza si annulla e le cariche sembrano acquistare un moto laminare.
Circa l'affermazione di un precedente messaggio, secondo cui un conduttore
non ha bisogno di essere elettricamente carico per portare corrente, osservo
che, dal momento che le cariche libere non sono altro che cariche
appartenenti agli atomi e non cariche estranee, allora si può dire solo che
"mediamente" il conduttore non è elettricamente carico; inoltre, quando le
cariche sono poste in movimento, lo sono da una differenza di potenziale
(per questa ragione ho usato un generatore di corrente in precedenza, ma
neppure questa precauzione è sufficiente, perché il conduttore è dotato di
resistenza, quindi il suo potenziale varia andando da un estremo all'altro),
perciò il conduttore, anche in piccola misura, quando è percorso da
corrente, "è" carico; il suo potenziale medio non è nullo.
Per quanto riguarda il rumore, quello termico (o Johnson per gli
elettricisti) non dipende solo da T (dalla radice di T se si parla di
tensione di rumore) ma anche dalla resistenza di rumore che, nel caso
particolare, è quella del conduttore. Accanto a quello termico, ed
escludendo il rumore che ha cause tecnologiche e quello causato da
interferenze del mondo esterno (e delle misure), è descritto e misurato un
rumore, a spettro "bianco" a sua volta, chiamato Shottky dagli elettricisti,
che dipende solo dall'entità della corrente in transito ed è dato in
picoampere (o più spesso in pA/Hz, ossia come densità spettrale); nei
semiconduttori è giustificato con la ricombinazione elettrone-lacuna, nei
conduttori con la non laminarità della corrente (in entrambi i casi si
tratterebbe di un meccanismo di continua e casuale ionizzazione e
neutralizzazione degli atomi durante il transito delle cariche sotto l'
azione della differenza di potenziale applicata).
Per quanto concerne le guide d'onda, è vero che l'energia si propaga nel
mezzo interno alla guida e non sulla "pelle", quindi riconosco che il mio
esempio non è pienamente pertinente, ma non credo che, anche ma non solo a
causa delle perdite, il campo elettrico potrebbe conservarsi normale alla
superficie della guida e il campo magnetico parallelo alla superficie stessa
se il segnale penetrasse a profondità non trascurabile nel materiale
conduttore della guida stessa. Perciò l'effetto pelle, se non domina il
processo di trasmissione, è tuttavia quello che lo rende possibile.
Franco infine mi chiede "e i cavi coassiali dove li metti?". Se non è solo
una battuta, rispondo prima di tutto che ho portato alcuni esempi e non
tutti gli esempi possibili, poi che, dato che questi cavi si comportano in
modo alquanto diverso a frequenze diverse (e sono usati dalla continua fino
a diverse decine di MHz), forse portarli come esempio sarebbe stato ancora
meno pertinente. In ogni caso non sono certamente immuni dall'effetto pelle.
In risposta a Duccio: non sono a conoscenza di lavori monografici sulla
fisica dei conduttori e per di più inclusivi di tutti i temi che tu hai
proposto, tecnici e tecnologici oltre che fisici. Le informazioni sono
sparpagliate fra testi propriamente di fisica e testi appunto tecnici e
tecnologici, e inoltre anche questi ultimi si dividono i compiti fra
conduttori per il trasporto di energia (testi di impianti elettrici e di
tecnologie elettriche) e quelli per le telecomunicazioni, e spesso
forniscono le relative informazioni nell'ambito dello studio delle linee
intese come sistemi, ossia in forma molto specialistica, e non
separatamente. Per quanto concerne gli aspetti meccanici infine, neppure
questi testi ne parlano, se non per cenni, e si deve ricorrere a testi di
scienza delle costruzioni o meglio di tecnica delle costruzioni, altrettanto
specialistici. In conclusione, se vuoi una panoramica completa, dovrai
accamparti per qualche mese nella biblioteca di un Politecnico e adattarti a
diversi linguaggi.
Saluti
Maurizio

processo di trasmissione, è tuttavia quello che lo rende possibile.
Bhè, su questo non sono d'accordo.
Forse dai troppa importanza all'effetto pelle.
Buona notte


A conti fatti l'effetto pelle può essere fastidioso anche a frequenze audio
(vedi i bei cavi di segnale...)
Ciao

 meno pertinente. In ogni caso non sono certamente immuni dall'effetto pelle.
Ci mancherebbe! Le correnti superficiali guidano il campo
nel dielettrico!
SNIP
Franco

Riprendo con l'explicatio terminorum, perché mi accorgo di averne
dimenticato uno: la diffrazione. Hai ragione. Avrei dovuto parlare di
diffusione o meglio "anche" di diffusione, nel dubbio che il moto di un
fascio di elettroni nel vuoto sia un fenomeno solo di natura particellare,
ma avrei dovuto anche precisare "ammesso che l'energia degli elettroni
incidenti non causi ionizzazione o emissione secondaria, che altererebbero
tutta la vicenda". Tornerò poi sulla questione del fascio di elettroni dal
punto di vista del mio problema principale.
Preciso anche che, per quanto riguarda gli archi ad alta frequenza e di
piccola potenza ed energia, come quello del mio dentista, non ho esperienza
personale di ricerca sulla loro costituzione, e non sono a conoscenza degli
eventuali studi sistematici su di essi, su cui eventualmente qualcuno mi
illuminerà, ma ritengo che la pratica impossibilità di separare nelle misure
le frequenze generate dall'arco e quelle del segnale in transito crei grossi
problemi interpretativi. Perciò mi limito, dimenticato (o quasi) il mio
incidente dal dentista, a riprendere la questione dell'arco ad alta energia,
su cui ho lavorato per anni, per non lasciare appesa la mia affermazione
secondo cui la magnetoidrodinamica ha altre responsabilità. Se tu esamini
gli oscillogrammi di tensione e di corrente d'arco, scopri che la tensione
ha una consistente componente ad alta frequenza e largo spettro, di ampiezza
persino maggiore di quella della componente alla frequenza del segnale in
transito, mentre la corrente, benché deformata (se la resistenza media dell'
arco è paragonabile a quella del carico), non ne presenta che in misura di
ordini di grandezza più piccola. Poiché hai avuto la premura di ricordarmi
nel tuo post la legge di Ohm, devo concludere che l'arco presenta (anche)
una resistenza, probabilmente quella nota come resistenza di radiazione e
che dà ragione dell'energia em irradiata dall'arco, variabile caoticamente e
su cui quindi la corrente causa le cadute di tensione ad alta frequenza
leggibili sugli oscillogrammi. Quella resistenza è ragionevolmente
associabile alle altissime temperature dell'arco, all'agitazione forsennata
delle particelle di plasma ionizzato, cioè alla sua magnetoidrodinamica. Si
tratta, in altre parole, di due fenomeni nettamente distinti (ma che,
ripeto, non credo discriminabili nelle misure sugli archi ad alta frequenza
non impulsivi). Rispetto all'energia o informazione in transito, l'arco non
è che un conduttore un po' originale ma non interferente in modo essenziale
con la propagazione, se non per la quota di disturbo em che necessariamente
si propaga anche sulla linea e non solo nell'"etere" (il piccolo disturbo
sulla corrente ha ragionevolmente questa causa). Ora ti dico altre due
ragioni per cui neppure la mia spiegazione della fuga della corrente verso
il nucleo dell'arco per me è soddisfacente, benché lo sia per molti studiosi
del fenomeno e per molti progettisti di interruttori. Una è che nelle
"bottles" GE (General Electric per i non elettricisti) il plasma è
costituito solo da gas metallici, perché si tratta di interruttori sotto
vuoto, ma la distribuzione di corrente nella sezione non è molto diversa
dagli archi in altri mezzi. La seconda è che nell'altro tipo di arco, quello
da "fulmine" (impulsivo), la temperatura non è alta come nel primo caso (è
un arco "freddo" rispetto al primo); inoltre la brevissima durata del
fenomeno rende ragionevole considerarlo come adiabatico; in più, data la
lunghezza dell'arco (decine di metri) la presenza di plasma di materiale
conduttore è piccolissima e verosimilmente solo in vicinanza degli elettrodi
(le erosioni sono infatti minime), mentre per il resto del percorso il
"conduttore" è solo aria ionizzata; e poi nei fulmini naturali in generale
non c'è un elettrodo di partenza o d'arrivo metallico. Quindi nella sezione
dell'arco non vi sono mescolanze di materiali essenzialmente diversi e non
vi sono gradienti di temperatura importanti. Tuttavia l'arco rimane
"compatto", non varia la sua sezione se non incontrando ostacoli, e le
cariche non si rifugiano alla periferia della sezione. Detto in altro modo,
il conduttore costituito da aria ionizzata è essenzialmente omogeneo, sia
come sezione sia come resistenza e induttanza, ma non presenta effetto pelle
benché su di esso l'energia o l'informazione si propaghi come su tutti gli
altri conduttori (la forma dell'impulso si ritrova infatti intatta sulle
registrazioni all'arrivo a terra). Ma c'è una differenza, a sua volta non
chiara (per me, come ovvio): anche nell'ambiente supercontrollato dei
laboratori, il percorso dell'arco è del tutto imprevedibile, ed è
imprevedibile il punto di partenza dall'elettrodo ad alta tensione e d'
arrivo a quello di terra, e quest'ultimo non raramente, benché sferico, cavo
e di materiale conduttore (quindi equipotenziale e istituzionalmente pronto
all'effetto pelle), viene perforato dall'arco, che se ne va a terra in
qualche punto diametralmente opposto a quello d'entrata dopo avere
attraversato la cavità. Circa infine il fulmine non sintetico, che a sua
volta ha solo componenti ad altissima frequenza, la casistica dice che gli
arresti cardiaci per fibrillazione e gli arresti respiratori a causa di
danni al sistema nervoso, che non è in superficie, sono le maggiori cause di
decesso. La fibrillazione e l'arresto respiratorio sono, è vero, le cause
principali di decesso anche in caso di elettrocuzione a bassa frequenza, ma
a 50/60 Hz la profondità di penetrazione teorica nei tessuti umani non
giustifica, neppure con la sua marcata variabilità con le condizioni
fisiologiche, i danni al sistema nervoso centrale e all'innervazione del
muscolo cardiaco, che è assai profonda nella cassa toracica.
Riprendo la prossima volta la questione del Convitato relativistico.
Salve
Maurizio

Franco  ha scritto: Faccio un po' di snip qua e la` e provo a rispondere a
qualche punto.
Ne faccio qualcuno anch'io. Comincio dalla "explicatio terminorum".
"Cavitazione" o formazione di cavità, l'ho preso in prestito, sulla scorta
della cosiddetta elettrotecnica, dall'idrodinamica. "Corrente" proviene
dallo stesso tipo di prestito. Nell'idrodinamica la cavitazione indica la
formazione, all'interno di una corrente appunto, di "cavità" nella sezione
trasversale, in cui il fluido non riesce a penetrare. "Fulminazione", o l'
essere investiti dal fulmine (di organismi o cose), è termine usato nella
normativa degli impianti elettrici (ho già chiesto scusa nel mio primo post
per i miei discorsi da elettricista). Poiché tale normativa ha persino forza
di legge in quanto implica la sicurezza, mi sono sentito autorizzato a
servirmene. "Arco elettrico, sia di bassa tensione ad alta temperatura, sia
d'alta tensione e lungo percorso": noi siamo in grado di generare solo due
tipi di archi, uno a bassa frequenza di grandissima energia (o in continua,
di energia molto minore per ragioni tecniche) e uno ad altissima tensione,
di modesta energia ma di potenza elevata a causa della sua durata, che si
situa nel campo dei microsecondi (il primo può avere durata teoricamente
illimitata). Altri archi, per esempio ad alta frequenza e di potenza e
durata sufficiente per poterne analizzare la dinamica non ne conosco. E la
ragione è semplice: per generare il primo tipo di arco si può usare o un
alternatore appositamente progettato (cosa sempre meno frequente) o
ricorrere alla rete pubblica nazionale e internazionale (naturalmente di
notte) per disporre delle potenze sufficienti, dato che lo si studia alle
basse ma anche alle altissime tensioni; l'altro si genera abbastanza
facilmente nei laboratori in cui si effettuano prove e ricerche sull'
isolamento dei materiali mediante "fulmini" (impulsi) normalizzati con
valori di picco di alcuni megavolt. Produrre archi permanenti o anche di
durata dell'ordine del millisecondo (non impulsivi) nelle alte frequenze è
tecnicamente improbabile, dato che i relativi generatori, realizzabili solo
con tecniche elettroniche, non possono fornire condizioni d'arco affidabili
dal punto di vista dell'analisi, dato che l'arco stesso interferisce
fortemente nel comportamento del circuito e che le potenze disponibili per
via elettronica sono molto limitate. La continua, invece, non manca di
generatori rotanti (dinamo), ma la loro potenza è fortemente limitata dalla
loro tecnologia; ricorrere al raddrizzamento riporta all'uso dell'
elettronica, quindi ai limiti di potenza e d'energia che essa sa e può
gestire. Perciò mi sono limitato alle due categorie d'arco suddette.
Continuo ora con le questioni di teoria delle reti elettriche: con il mio
discorso sui generatori di corrente ho solo voluto cercare di salvare l'
affermazione (non mia) secondo cui un conduttore non ha bisogno di essere
elettricamente carico per portare corrente. Se infatti un conduttore è privo
di resistenza, allora un generatore di corrente e solo quello può evitare
che il conduttore si trovi carico al passaggio della corrente; se si usa un
generatore di tensione, sia pure minima ma necessaria per mettere in moto le
cariche, il requisito non è rispettato. Ma io stesso ho precisato poi che la
precauzione è "nella realtà" inutile, perché il conduttore non è privo di
resistenza (a meno, aggiungo, che non sia in stato di superconduzione). Il
principio o teorema di equivalenza (che chiamo così anziché teorema di
sostituzione, perché è alla radice del teorema del generatore equivalente
nelle sue due varianti di Thévenin e di Norton) mi è abbastanza noto, tanto
che nel mio piccolo ho elaborato un metodo di calcolo delle reti basato
unicamente su di esso e che dimostra di essere il più efficiente in termini
di entità dei calcoli e di immunità all'errore, oltre che il più semplice da
meccanizzare mediante qualunque tipo di linguaggio. Per quanto riguarda il
fatto che il potenziale abbia poco a che vedere con il numero di cariche
libere a meno che non si voglia considerare la capacita` propria del cavo
rispetto al resto dell'universo, posso solo osservare che il potenziale si
definisce solo in termini relativi e non assoluti: un conduttore percorso da
corrente ha potenziale zero solo rispetto a se stesso, ma non rispetto a
qualunque altro punto del sistema in cui il conduttore si trova a operare.
Quindi o non se ne parla proprio o, se se ne parla, occorre definire un
riferimento. Ma è lecito non parlarne, dato che si sta parlando di campi
elettrici? D'altra parte, se il potenziale fosse davvero irrilevante, non
riacquisterebbe forza la mia osservazione circa la pellicola di isolante sul
conduttore, che invece è stata bocciata? Sempre riguardo alle reti
elettriche, fra velocità di movimento delle cariche e propagazione di un
segnale, il legame è diretto solo se si fa riferimento a una differenza di
potenziale (applicata al conduttore) di tipo costante (continua), non di
tipo alternativo, perché in quest'ultimo caso la propagazione dell'onda
(piana quando è piana) non riguarda le cariche ma l'energia o l'informazione
che transita a causa della loro oscillazione intorno a un punto teoricamente
immobile (che non ha alcun motivo di migrare). Ma non è vero che le cariche
si muovono solo a causa di agitazione termica: la prima causa, in una rete
elettrica, sono le differenze di potenziale, altrimenti nei superconduttori
che operassero vicino a 0°K le cariche sarebbero quasi immobili e quindi non
si avrebbe alcuna trasmissione di energia o di informazione. Un'ultima
osservazione riguardo alla propagazione e al movimento delle cariche è che
una corrente, per sua sfortuna, circola solo in circuiti chiusi, se si
escludono forse i fasci di particelle cariche emessi da una stella, ma non è
questo il caso che interessa la discussione, e dico "forse" perché, quando
si sconfina nelle teorie cosmologiche, io, elettricista, non so più bene di
che cosa si sta parlando (ma qualcuno lo sa?). Questa è una ragione per cui
i modelli che parlano, in particolare, di onde piane, non li sento come
spiegazioni ma come più o meno lecite schematizzazioni che consentono una
giustificazione solo di se stesse e dei casi che vi possono essere
strettamente ricondotti. E non è certo il caso dell'arco elettrico.
Per quanto concerne quest'ultimo, riservandomi di riprendere nel seguito gli
altri temi interessanti della tua replica, mi chiedo se, considerato un
conduttore percorso da corrente (quindi con tanto di onda piana) e
immaginando di tagliarlo in una certa sua sezione causando un arco e
considerando che, se l'arco è stabile, il destinatario dell'energia o
informazione non si  accorge della presenza dell'arco perché riceve quello
che deve ricevere come in precedenza (questo accade nella realtà se non si
interrompe un arco dovuto a guasto non catastrofico in linea), mi chiedo
dunque se l'onda piana, al suo passaggio nel tratto d'arco, scompare per poi
ricomparire nel conduttore fino alla destinazione, e questo solo perché l'
arco, anziché curarsi di Maxwell, si cura della propria magnetoidrodinamica.
Piuttosto che una giustificazione debole come quella magnetoidrodinamica
(responsabile di altri fenomeni d'arco, come l'emissione di onde em ad ampio
spettro) a cui è davvero difficile attribuire il mancato rispetto del
modello "effetto pelle", si sarebbe potuto addurre il fatto che il nucleo d'
arco è costituito da plasma proveniente nella sua totalità dal metallo
gassificato dei contatti, mentre la sua periferia causa una forte
ionizzazione anche del mezzo, producendo una miscela più fredda e molto meno
conduttrice, costringendo quindi le correnti a ripiegare sul nucleo. Questo
fenomeno è peraltro quello su cui si basa ogni tecnica di estinzione dell'
arco, mediante la scelta del mezzo più idoneo ad accelerare il processo (es.
SF6). Non sarebbe comunque stata un'ipotesi del tutto soddisfacente proprio
in vista dell'onda piana in transito e della sua persistenza, ma una certa
ratio l'avrebbe avuta.
Per chiudere, parlando dell'elettrobisturi hai parlato di corda in casa dell
'impiccato, perché io stesso sono finito in ospedale per un'ustione profonda
fino all'osso in una gengiva a causa di uno di essi, e sfortunatamente il
buco nella gengiva è ancora qui a testimoniarlo. Per quanto ne seppi nella
circostanza, il principio di funzionamento non ha relazione con l'effetto
pelle, ma con l'effetto cauterizzante proprio di un piccolo arco ad alta
frequenza in cui la forma degli elettrodi e la loro distanza (alterata
accidentalmente nella circostanza) è il criterio di dimensionamento, e non l
'effetto pelle, di cui nessun medico o progettista di elettromedicali che
conosca la casistica dell'elettrocuzione e l'aleatorietà delle resistenze
dei tessuti si fiderebbe.
Per ora il mio tempo mi obbliga a chiudere qui, perciò rimando il resto
della mia replica, che nella sostanza chiede spiegazioni più soddisfacenti,
a un messaggio successivo, se uno basterà dato che hai invitato al tavolo
anche Einstein.
Saluti
Maurizio

...
Io sono appunto interessato. Se non hai tempo, mi basta della bibliografia.
Grazie
Maurizio

distribuzione di carica: sigma è diverso da zero.
Io non ho ragionato sulle cariche ma, più banalmente, sulla legge di Ohm, ho
cioè considerato che, essendo il conduttore dotato di resistenza, il suo
potenziale medio non può essere nullo, variando sia pure eventualmente da
zero a un valore finito dato dalla legge stessa. Un conduttore percorso da
corrente, oltre a non essere elettromagneticamente inerte, non lo è neppure
elettrostaticamente. D'altra parte il conduttore, inteso come (parte di una)
linea di trasmissione di un segnale, ha come uno dei propri parametri
trasversali una capacità, che sarebbe del tutto inattiva e persino neppure
definibile in assenza di cariche sul percorso. O infine, nel mio linguaggio
da elettricista, se è vero che Q = CV, allora Q non può essere nulla, salvo
ammettere distanza infinita del conduttore dal riferimento rispetto a cui V
è misurata.
Ricambio la buona notte
Maurizio

trarne qualche lume.
Ritengo che lo studio dei superconduttori oggi, equivale allo studio dei
semiconduttori quaranta anni fa. Probabilmente in un futuro prossimo avranno
tantissime applicazioni.
Lo stato superconduttivo si differenzia da quello normale per numerosissimi
aspetti. Solo illustrarli sarebbe lungo, figuriamoci interpretarli.
Per un primo approccio va bene anche il buon vecchio Zemansky ("Calore e
termodinamica"). Altri aspetti si possono trovare su un libro di Stato
Solido (per esempio quello di Kittel). Esistono poi dei testi dedicati alla
sola superconduttività. Per questi non so darti indicazioni. Io ho studiato
su dispense.
Ciao
dAVIDE

verso la periferia della sezione.
Poichè avevo già discusso questo problema a suo tempo, vorrei sapere da te o
altri se effettivamente esiste una sperimentazione in grado di dirci quale
sia il comportamento di un fascio elettronico.
Si disperde o no? Esistono o no effetti elettromagnetici tra gli elettroni
del fascio, oltre che coulombiani?
Nel precedente tread si era sostenuto che esistesse sia repulsione
coulombiana che attrazione elettromagnetica e che la prima prevalesse sulla
seconda dando luogo all'allargamento del fascio.
Io non riuscivo a capire come potesse esistere l'attrazione elettromagnetica
visto che il campo dovrebbe esistere nel riferimento del laboratorio ma non
in quello degli elettroni, fermi gli uni rispetto agli altri.
Spero che qualcuno sia in grado di chiarire.
Ciao, Mauro.

 aspetti. Solo illustrarli sarebbe lungo, figuriamoci interpretarli.
Devo confermarmi che allora non possiamo essere così certi che i
superconduttori
si comportano come conduttori normali alle alte frequenze? E che il modello
dell'effetto pelle applicabile ai casi da manuale (o ritenuti tali) non vi
trova una conferma così immediata? Se solo illustrare (figuriamoci
interpretare) la quantità di comportamenti diversi dei superconduttori è
così problematico, forse faccio bene a non buttare via i miei dubbi in
proposito. Sui superconduttori, per concludere, si lavora da almeno 40 anni;
il problema è che chi detiene le vere conoscenze su materie che toccano
interessi forti e che implicano costose ricerche ne pubblica solo la
copertina. Se confronto quello che ho visto in anni di ricerche sull'arco e
quello che è pubblicato, posso solo sorridere. Perciò ti ho chiesto lumi
quando ho visto la tua sicurezza nella risposta: ho pensato a una tua
implicazione più diretta e quindi a indicazioni (pur senza violare segreti)
per me più confortanti. Non ho interessi diretti nella materia, ma capire in
settori affini mi aiuta a capire nei miei.
Grazie per il tuo tempo e per i tuoi suggerimenti
Saluti
Maurizio

si comportano come conduttori normali alle alte frequenze?
Un dato di fatto sperimentale è che i superconduttori alle alte frequenze
presentano una resistività non trascurabile.
Questo fatto può essere interpretato anche utilizzando una delle teorie più
semplici sulla superconduttività: quella di London. Si assume che nei
superconduttori esistano due fluidi elettronici: uno ordinario che risponde
alla relazione J=sigma*E; l'altro, quello superconduttivo, è sottoposto solo
alla forza dovuta al campo elettrico. Per esso vale la relazione :     m*
(dv/dt)=-q*E.
Se passi al dominio della frequenza (anche se non lo fai ) ti rendi conto
che il primo è legato al campo da una relazione di tipo resistivo, il
secondo da una induttiva. Le cose vanno come se avessimo una resistenza e
una induttanza in parallelo. Ciò è sufficiente ad interpretare l'andamento
sperimentale della impedenza di un superconduttore al variare della
frequenza.
Da questo punto di vista, la risposta alla tua domanda è affermativa. In
realtà rimangono altre differenze tra superconduttori e conduttori che non
permettono di estendere ai primi i risultati sui secondi.
Saluti da
dAVIDE

 Si disperde o no? ...
Caro amico di tastiera e di dubbi, io mi sono limitato a porre una domanda
ai fisici e a rifiutare risposte generiche del tipo "c'entra la relatività".
Non sono in grado di affermare niente, purtroppo. Quindi anch'io resto in
attesa di lumi. Posso solo considerare che una simile espansione del fascio
non è osservabile né su un monitor né su un oscilloscopio, neppure con mezzi
ottici non banali (anche perché l'impatto sui fosfori altera la situazione):
l'azione di focalizzazione, piuttosto lontana dalla placca, negli
oscilloscopi risulta così efficace e precisa che si deve concludere che il
fascio può persino convergere e rimanere convergente nel percorso successivo
e divergere poi, passato il punto focale: almeno in apparenza sembra quindi
comportarsi esattamente come un raggio di luce. Per questa ragione si parla
di lenti elettrostatiche.
Elio Fabri ha risposto calcolando la velocità dell'elettrone per effetto di
una d.d.p. di 20 kV, ma mi ha sollevato più dubbi di quanti non ne avessi
prima, sia sul calcolo (ha tenuto conto della variazione di massa e di
carica, se siamo in odore di relatività?), sia perché, secondo il suo
calcolo, quella velocità si situa intorno a 0.27 c e potrebbe quindi davvero
cadere sotto l'occhio vigile di Einstein. Gli ho chiesto in che modo
eventualmente questo fatto autorizzi gli elettroni a comportarsi da ambigui
fotoni e a ignorare che sono portatori di cariche, le quali cadono sotto
l'occhio altrettanto vigile di Coulomb. Seguirò le sue risposte. Seguile
anche tu.
Il mio punto di partenza era una perplessità sulla giustificazione corrente
dell'effetto pelle, perplessità che qualcuno ha considerato quasi come
un'eresia contro i testi sacri, ma devo constatare che la mia eresia ha
sollevato dei problemi, se non risposte soddisfacenti, e questo è già un
risultato.
Ciao
Maurizio
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