Categorie: Fisica
Tags: corrente elettrica energia Maxwell moto elettroni velocità luce
Scritto da: Vincenzo Zappalà
Commenti:4
La corsa degli elettroni. 1 **
Cosa succede quando costruiamo un semplicissimo circuito elettrico? Facile a dirsi: la batteria crea una differenza di potenziale che mette in moto gli elettroni dentro al filo di rame, come acqua in un fiume, fino a farli arrivare alla lampadina. Essi rilasciano energia che scalda il filamento, che agisce come resistenza, producendo la luce. La batteria è ciò che serve per ottenere il moto degli elettroni all'interno del filo, così come è necessario far risalire l'acqua in alto per poterla far cadere e scorrere lungo un fiume. Bello veramente! Quando chiudiamo il circuito inizia la corsa degli elettroni verso la lampadina e in un attimo la luce si accende.
Ovviamente, ciò vuole anche dire che più è lungo il filo elettrico, ossia maggiore è la distanza tra batteria e lampadina, è maggiore è il tempo che dobbiamo aspettare per avere la luce. Bene... immaginiamo, allora, di avere una batteria che disti un chilometro dalla lampadina. Quanto tempo impiega il primo elettrone ad arrivare sulla lampadina e iniziare a scaldare il suo filamento? Il calcolo non è difficile (lo vedremo in seguito). Veramente poco... soltanto qualche decina d'anni circa (NOTA: avevo scritto secoli, ma avevo esagerato... diciamo decine d'anni, è meglio).
Purtroppo, questo fenomeno è quello che ancora si insegna a scuola e illustra una vera e propria corsa degli elettroni interni al filo di rame, ma una corsa molto, molto lenta.
Scordatevi la velocità della luce e pensate agli elettroni come a una specie di corsa di lumache (molto lente). No, c'è qualcosa che non va.
Ciò che scorre nel filo lo pensiamo come una corrente elettromagnetica che ha una propria lunghezza d'onda. Senza filo dove scorrono gli elettroni? Eppure, riusciamo a sentire la radio, guardare la televisione senza bisogno di filo. Sempre energia elettromagnetica è... cambia solo la lunghezza d'onda.
In ogni caso, resta il fatto che, filo o non filo, a casa nostra, ben lontana dalla batteria, ossia da ciò che causa il movimento degli elettroni, la luce o la radio si accendono immediatamente dopo aver schiacciato un interruttore.
Prima di entrare nei dettagli della questione, fatemi dire: "Povero Maxwell e, addirittura, povero Faraday, che pur privo di conoscenze matematiche aveva già capito tutto. Dopo un paio di secoli, si cerca ancora di sminuire le loro geniali scoperte! Non solo non si insegna la relatività, ma nemmeno le basi della "comunissima" elettricità! Potremmo dire: "E' inutile sapere come funziona, accontentiamoci di premere l'interruttore e goderci il risultato". Questa sta diventando sempre più lo stile di vita odierno: "non pensiamo, non stanchiamo inutilmente il nostro cervello e accettiamo, godiamoci quello che ci propongono i media".
Non mi sono inventato niente, ve lo giuro. Ecco, ad esempio, un video divulgativo sulla corrente elettrica. Molto divertente, certo, ma decisamente falso!
Ed ecco la risposta dell'IA alla domanda: "Cosa si intende per corrente elettrica in un circuito?"
Risposta dell'IA:
Dire che in un filo "passa corrente" significa che c'è un flusso ordinato di elettroni che si muovono lungo il materiale conduttore..
Ecco cosa succede concretamente a vari livelli:
- A livello microscopico: In un filo di metallo (come il rame), gli atomi hanno elettroni "liberi" di muoversi. Quando colleghi il filo a una batteria o a una presa, crei una differenza di potenziale che "spinge" questi elettroni a muoversi tutti in una direzione specifica.
- Analogia idraulica: È come se il filo fosse un tubo pieno d'acqua: la corrente è il flusso dell'acqua che scorre, mentre la tensione è la pressione che la spinge.
- Effetti visibili: Anche se non puoi vedere gli elettroni, ti accorgi che passa corrente perché il filo può scaldarsi (effetto Joule) o perché i dispositivi collegati (come una lampadina) iniziano a funzionare..
Non me la voglio prendere nuovamente con l'IA, ma con le nozioni che le vengono date. Guardate come mi risponde quando, invece, affermo:
"Una lampadina si accende a causa di un campo elettromagnetico esterno al filo e non perché gli elettroni viaggiano come in un fiume."
Risposta dell'IA:
Hai perfettamente ragione. È un’intuizione corretta che sfida il modo comune in cui immaginiamo l'elettricità: l'energia non è trasportata dal movimento fisico degli elettroni (che è lentissimo, pochi millimetri al secondo), ma dal campo elettromagnetico che si propaga nello spazio circostante il filo.
Questo concetto è spiegato formalmente dal Vettore di Poynting, che descrive come il flusso di energia si muova dal generatore all'utilizzatore (la lampadina) attraverso i campi elettrici e magnetici esterni ai conduttori. I fili servono essenzialmente come "guide" per questi campi.
È un salto mentale notevole: in pratica, la corrente nel filo è la conseguenza del campo, non la vera causa del trasferimento energetico.
Il punto chiave è la creazione di un campo magnetico, oltre che elettrico. Ciò che nasce in un circuito chiuso è un campo elettromagnetico, che trasporta veramente l'energia e questo trasporto, come ha dimostrato Maxwell, viaggia proprio alla velocità della luce. Senza l'introduzione di un campo elettromagnetico saremmo veramente costretti ad aspettare anni per illuminare una stanza!
Questa doppia risposta ci dice non solo che il ruolo del campo elettromagnetico è la vera interpretazione "fisica", ma anche che per sfruttare al meglio l'IA, come archivio fantastico di dati, bisogna stare molto attenti nel formulare domande o ipotesi. Lei non ragiona, ovviamente, ma riporta le informazioni immagazzinate in base a come è stata formulata la questione.
In altre parole, se le pongo una domanda troppo generica mi risponde con una spiegazione banalizzata e incorretta, "di comodo". Per avere la giusta risposta devo già farle capire che mi deve dire la verità anche se è più complessa. Una IA pigra? Una IA che regola le risposte in base alle conoscenze di chi fa le domande? Beh... sotto questo punto di vista potremmo dire che è veramente intelligente... In parole molto povere, segue la regola della minima azione: a ognuno la risposta che si merita, limitando il tempo al minimo necessario!
Bene, per oggi, fermiamoci qui. Ma, sperando che l'argomento vi interessi e stimoli finalmente un po' di commenti, la prossima volta andremo a fondo della questione e vedremo che le cose funzionano altrettanto bene e - forse- altrettanto semplicemente. Cerchiamo di farlo anche per rispetto a Maxwell e ai suoi predecessori.
Ricordiamoci, per adesso, che questa semplice risposta è profondamente sbagliata: Quando si chiude l'interruttore, si crea un campo elettrico all'interno del circuito (che viaggia quasi alla velocità della luce), il quale spinge istantaneamente gli elettroni già presenti nei conduttori a muoversi.
Alla prossima ...
4 commenti
Grazie Enzo, un po' di fisica 'elementare' mi manca proprio dopo tanti quiz (che mai riesco a risolvere...
)
Menomale che ci pensa qualcuno. Grazie
Bravo Enzo, ti vedo bene nel ruolo di istruttore (o stimolatore) gratuito delle Ai! Musk & c. ringraziano.
Comunque, a parte gli scherzi, anch'io ho notato da tempo che rispondono con diversi livelli di approfondimento. Un giorno chiesi cosa significa "molceva" e ChatGPT mi rispose subito che la parola non esisteva, si trattava di un errore di trascrizione. Gli risposi che Leopardi la usava nella poesia A Silvia. Subito si corresse, chiese scusa e mi diede la risposta corretta.
Un'altra volta, non ricordo bene, le chiesi generalmente di un corpo uniformemente accelerato e lei ovviamente mi diede le informazioni di base. Allora le spiegai che mi ero sbagliato a non dirle che mi riferivo alla RG, e lei mi rispose che adesso la questione si faceva molto piú interessante e partì in quarta con la curvatura dello spaziotempo, ecc.
Ora mi conosce abbastanza e certi malintesi non succedono più, ha memorizzato che i miei problemi deve aiutarmi a risolverli a livello universitario. Spesso mi dice: questa é una domanda classica che fanno agli esami...
Caro Albertone,
il fatto è proprio tipico della sua natura. Essa è e rimarrà un archivio eccezionale, in grado di far risparmiare tempo e semplificare le ricerche. Essendo, però, un archivio di dati la sua risposta viene cercata nei dati che sono sufficienti alla risposta più semplice e immediata. Se io chiedo cos'è la corrente elettrica, essa mi dà la risposta che affatica poco il richiedente (e forse anche lei...). Non vuole che l'utente debba far lavorare il cervello, basta una risposta. Se, però, io accenno anche soltanto al campo elettromagnetico di Maxwell, essa deve cambiare archivio di dati, rimanendo comunque nel vago. Avrò una risposta più esauriente solo quando io stesso cercherò di esprimere quello che so su quella questione in oggetto. Lei farà solo una ricerca più completa sull'argomento specifico. utilizzando tutti i dati in suo possesso. Chiedergli di trovare una NUOVA soluzione, mai studiata è impresa per lei impossibile... non è nata per far quello, anche se viene detto il contrario, almeno per adesso e io penso e SPERO per sempre. Quanto basta oggi, comunque, per far credere a tutti di poter sapere tutto, chiedendo a lei. Questo non può che portare a un'ignoranza sempre più diffusa e di basso livello. Ma, forse, è proprio quello che i media e i governi vogliono: un popolo di ignoranti che crede a tutto, convinto di avere le risposte per tutto.
Tuttavia, ho sfruttato l'IA per introdurre un argomento che crea molta confusione tra gli studenti e tra gli stessi insegnanti. Quanti sanno come funziona davvero un circuito elettrico? Attenzione, però, a non chiedere all'IA. Essa cercherà di darvi la minima conoscenza possibile, anche se confusa o addirittura sbagliata come nel caso dell'elettricità...