Effetto Volta

 


Effetto Volta

 

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Effetto Volta

 

La differenza di potenziale indispensabile per produrre corrente elettrica può essere ottenuta anche senza generatore elettrico, ma usando due metalli differenti in modo opportuno. Vediamo come.

Potenziale intrinseco

Il potenziale è il lavoro per unità di carica e si esprime in Volt.
Il potenziale intrinseco Vintrinseco di un metallo è il lavoro necessario per estrarre un elettrone da un metallo ed è numericamente uguale al lavoro di estrazione espresso in eV (non in Joule)
Platino                         L=6,0 eV         V = 6,0 V
Rame               L=4,4 eV         V = 4,4 V
Zinco               L=3,4  eV        V = 3,4  V
Ferro               L=3,2 eV        V = 3,2 V
Sodio               L=2,7 eV         V = 2,7 V

 

L’effetto Volta

fra due metalli

  • chimicamente diversi
  • isotermi, cioè alla stessa temperatura
  • posti  a contatto diretto

si stabilisce sempre una d.d.p. ΔV che fa  nascere una corrente elettrica attraverso la giunzione fra i due metalli.
La ΔV

  • è uguale alla differenza fra i potenziali intrinseci dei due metalli giuntati
  • è sempre inferiore alla decina di Volt
  • non dipende dalla forma o dalla dimensione della giunzione fra i due metalli coinvolti
  • dipende dalla temperatura
  • vale zero se si pongono a contatto due metalli uguali (Cu e Cu, Zn e Zn…)

La ΔV che si crea fra i due metalli è dovuta allo spostamento degli  elettroni di conduzione da un metallo all’altro. Questa migrazione è dovuta al fatto che nei diversi metalli si hanno diverse forze che tengono uniti gli elettroni ai rispettivi nuclei e gli elettroni tendono a fluire dal metallo con meno potenziale intrinseco a quello più elevato.
Ad esempio nel contatto fra rame e zinco, i nuclei di Cu hanno un potenziale intrinseco maggiore rispetto a quelli dello Zn ed il rame attira gli elettroni con una forza maggiore, sottraendoli allo zinco;

ΔVCu-Zn = V intrinseco, Cu - V intrinseco, Zn = (4,4 – 3,4) V = 1 V

Catena aperta di conduttori (prima legge effetto Volta)

Una catena aperta è una successione di tre o più conduttori i cui metalli estremi non si toccano e sono di natura diversa.
Per effetto Volta si osserva che i metalli posti all’interno della catena non influenzano la differenza di potenziale e la corrente che vi circola; infatti la ΔV che si stabilisce fra i due metalli estremi è la stessa che si stabilirebbe se fossero a contatto diretto.
Si consideri la seguente catena aperta di metalli, ai cui estremi si trovano sodio e rame
Na – Fe – Zn -Cu

ΔVCatena = (VFe – VNa) + (VZn – V Fe) + ( VCu – VZn ) = VFe – VNa + VZn – V Fe + VCu – VZn = (4,4 – 2,7) V = 1,7 V

Catena chiusa di conduttori (seconda legge effetto Volta)

Una catena chiusa è una successione di tre o più conduttori i cui metalli estremi si toccano.
Una catena chiusa isoterma o una catena aperta con  agli estremi lo stesso metallo hanno lo stesso comportamento elettrico: non si crea nessuna differenza di potenziale e non si genera nessuna corrente elettrica attraverso la giunzione.
La seguente successione di metalli
Na – Fe  – Na
può essere vista sia come una catena aperta ai cui estremi si trovi sempre sodio, o come una catena chiusa nella quale sodio e sodio si toccano.
ΔVCatena  =  0

Catena mista di conduttori metallici ed elettrolitici.

Se fra i metalli di una catena chiusa isoterma  o di una catena aperta con gli estremi uguali si interpone un batuffolo di soluzione acquosa di un acido, di una base o di un sale (conduttori elettrolitici) nasce comunque una d.d.p ΔVCatena
L’effetto Seebeck
L’effetto Seebeck riguarda il comportamento di un conduttore isolato (non collegato ad un generatore elettrico) i cui estremi sono a temperature differenti.
In un conduttore metallico, le cui estremità sono a temperatura differenti, si genera una differenza di potenziale detta forza elettromotrice Seebeck, che causa una corrente elettrica, molto piccola, dell’ordine dei microAmpère, che circola dalla temperatura inferiore a quella superiore.

Catena chiusa e differenza di temperatura

Lo zinco ed il rame della figura costituiscono una catena chiusa, in quanto sono saldati da due giunzioni. Secondo l’effetto Volta, se le giunzioni si trovano alla stessa temperatura non si ha differenza di potenziale né corrente.
Se si percorre la catena in senso orario, come in figura:

  • giunzione superiore: ΔV superiore = V Cu – VZn  = (4,4-3,4) V = 1 V
  • giunzione inferiore : ΔV inferiore = V Zn – VCu  = (3,4 – 4,4) V = - 1 V

ΔVtotale = ΔV superiore + ΔV inferiore = 0
Sperimentalmente si è osservato che, se le due giunzioni sono mantenute a temperatura diversa, si ha passaggio di corrente elettrica. Le d.d.p. che si producono nelle due giunzioni non sono uguali, perché i potenziali di estrazione dipendono dalla temperatura. Gli elettroni di conduzione che attraversano la giunzione a temperatura maggiore ricevono un input di energia sufficiente per compensare la perdita dovuta ad effetto Joule.
La corrente attraversa la giunzione a temperatura maggiore nel verso che va dal rame allo zinco e quella a temperatura inferiore nel verso dallo zinco al rame. Finche le giunzioni sono a temperatura diversa, si ha differenza di potenziale e corrente. Quando le giunzioni raggiungono l’equilibrio termico non si ha più differenza di potenziale e corrente.

L’effetto Peltier

L’effetto Peltier è ”l’opposto” dell’effetto Seebeck.Il passaggio di corrente attraverso le saldature di due metalli differenti produce una differenza di temperatura. Il riscaldamento prodotto per effetto Peltier si somma a quello, più intenso, prodotto dall’effetto Joule.
L’effetto termoionico o termoelettronico.
L’effetto termoionico consiste nell’emissione di particelle cariche (elettroni e/o ioni) da un metallo riscaldato ad un’opportuna e definita temperatura. Gli elettroni sono “termoemessi” perché la loro energia cinetica aumenta e così possono vincere la forza che li lega al nucleo. La carica emessa tende a non allontanarsi dalla superficie che si caricherà di segno opposto ma uguale. Nel tubo a vuoto e nel tubo catodico gli elettroni sono emessi dal catodo ad alta temperatura.
L’effetto fotoelettrico.
L’effetto fotoelettrico consiste nell’emissione di elettroni (detti poi fotoelettroni) da un metallo  illuminato con radiazione di frequenza opportuna detta frequenza di soglia, al di sotto della quale non si ha fotoemissione. L’energia della radiazione  aumenta  l’energia cinetica degli elettroni e così possono vincere la forza che li lega al nucleo. Si utilizzano nelle cellule fotoelettriche.

 

Fonte: http://sorsidifisica.weebly.com/uploads/3/4/6/0/3460712/effetto_volta.doc

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L’effetto Volta e l’ effetto Seebeck


Mettendo a contatto due metalli alla stessa temperatura si stabilisce tra di essi una differenza di potenziale. Questo fenomeno passa sotto il nome di “effetto Volta” ed è regolato dalle seguenti leggi:
1 – al contatto fra due metalli diversi alla stessa temperatura si stabilisce una d.d.p. caratteristica della natura dei metalli e indipendente dall’ estensione del contatto.
2 – in una catena di conduttori metallici tutti alla stessa temperatura, la d.d.p. fra i due metalli estremi è la stessa che si avrebbe se essi fossero a contatto diretto.
3 – fra due metalli della stessa natura si produce una d.d.p. se essi sono agli estremi di una catena della quale fanno parte due metalli diversi a contatto con una soluzione elettrolitica.
L'effetto Seebeck è un effetto termoelettrico per cui in un circuito costituito da conduttori metallici o semiconduttori una differenza di temperatura genera elettricità.
La disputa Galvani- Volta
Galvani osservò che una rana subiva una contrazione quando accidentalmente si stabiliva un contatto metallico tra i muscoli delle gambe e i nervi lombari; interpretò questo fenomeno attribuendogli una propria natura elettrica biologica. Volta  si interessò di questo esperimento e nacque questa disputa, riassumibile in questa domanda: la rana si comporta come un elettrometro oppure è la sorgente del fluido elettrico?
La disputa ebbe termine quando Volta riuscì ad ideare un rivelatore di tensione dove dimostrò che i muscoli della rana non erano una sorgente bensì un rivelatore.

 

Fonte: http://unitiresistiamo.altervista.org/Fisica.zip

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