Re: velocità degli elettroni in un conduttore

From: Michele Falzone <falzonemichele_at_libero.it>
Date: Fri, 24 Oct 2003 14:37:34 +0200

Elio Fabri ha scritto:

> Michele Falzone ha scritto:
> > Quello che volevo dire io � che � molto diverso analizzare un
> > transitorio o osservare un regime stazionario, quando si parla di
> > velocit� di trasmissione si parla di regime, quando si parla di
> > accendere una lampada o vedere quella data cosa con l'oscilloscopio �
> > completamente un'altra cosa, in quanto si parla di transitorio, per
> > dirla papale papale nel regime una qualche cosa viaggia con una
> > velocit� costante, nel transitorio la stessa cosa la vedi accelerare e
> > vedi con quale tempo di ritardo arriva a regime, spero questa volta di
> > essere stato pi� chiaro.
> Chiaro si', ma quanto ad accettare quello che dici...
> Bisognerebbe anzitutto chiarire che cosa sgnifica "regime stazionario".
> Assumo (voglio sperare) che significhi, nel caso in discussione, che
> sulla linea si propaga un segnale sinusoidale.
> Benissimo: in questo caso misureremo una velocita', che coincide con
> la velocita' di fase per quella frequenza.

> Ma quanto al transitorio, non sono d'accordo.
> Intanto non c'e' proprio niente che accelera: se io all'ingresso della
> linea chiudo un interruttore, vedro' propagarsi sulla linea *a
> velocita' costante* un gradino di tensione.

  Cerchiamo di ragionare, il generico elettrone che prima del gradino ha
una velocit� media zero, dopo il gradino ha una velocit� media, piccola
quanto vuoi, ma avr� una determinata velocit� V lungo la direzione del
filo, non puoi assolutamente dire che l'effetto sia istantaneo.

Quello che dici tu in parte � corretto, ma quello che io contesto �
l'eccessiva superficialit� come spesso di passa da un modello ad un altro,
da una MQ a una fisica classica per poi fare ridiventare l'elettrone
un'onda, se andiamo con ordine si stava parlando di velocit� di elettroni
in un conduttore e se adoperiamo questo modello, l'elettrone in questione
per passare da una velocit� ad un'altra deve accelerare per un certo tempo.
Ma il punto � proprio questo, molto probabilmente la corrente elettrica
non � assolutamente flusso di elettroni ed in questa ottica, che del resto
porto avanti da tempo in questo gruppo si innestava la mia risposta a
Franco, e come risposta ho avuto rimbeccato che non capisco i concetti
elementari della conduzione nei conduttori assieme a Cat, ma ti posso
assicurare che allora siamo in molti a non credere a questo modello, forse
se parli di corrente intesa come orientamento, possiamo cominciare a
discutere serenamente e alla faccia della fisica sperimentale non riesci a
mettere un fiocchetto azzurro ad un elettrone per poi misurarne la
velocit�, pertanto come vedi parliamo solo di modelli matematici non
sperimentabili direttamente, mentre la realt� sicuramente � completamente
diversa di come la vediamo, ma parlare di queste cose in questo gruppo non
credo sia il caso.

> Se la linea non e' dissipativa non c'e' dispersione: il gradino rimane
> inalterato in ogni punto.

 La dissipazione implica solo un'attenuazione del segnale, nella realt�
non esiste nulla di ideale, ma in ogni caso stavamo parlando di un
possibile elettrone che passa da una velocit� media zero ad una velocit�
media diversa da zero e questo non pu� avvenire istantaneamente, tenendo
per buono il modello che illustra la corrente elettrica come un flusso
ordinato di cariche elementare con velocit� di pochi centimetri all'ora.
Bada ancora spiego la corrente in questa maniera a scuola, addirittura
postando l'esempio di una persona che vuole spostarsi in mezzo alla folla
e uso lo stesso modello per fare capire il concetto dell'agitazione
termica che fa aumentare la resistenza con la temperatura, ma perdiamine
sono solo ragazzi di scuola superiore, ma qui si parla di fisica.

> In questo caso la velocita' e' ancora la stessa.
> Se invece c'e' dispersione (e attenuazione) il gradino si abbassera' e
> si smussera', piu' o meno rapidamente. Diventera' piu' difficile
> definire una velocita', ma in qualche modo lo si puo' sempre fare.

   Qualche modo come? Cerchiamo di essere meno generici con quale
riferimento visto che il segnale si modifica lungo la linea!

Ma forse riacquista un perfetto significato non appena sostituiamo al
termine flusso di elettroni, il termine orientamento di elettroni, e in
questa ottica la conduttanza dimensionalmente ha il suo esatto significato
di densit� di carica superficiale, come fa notare Cannata in etere e
relativit� ed in questo modo crolla il paradosso di Catt in quanto il
fenomeno riacquista un perfetto significato fisico in quanto fa vedere che
l'orientamento si propaga giustamente con la velocit� della luce ma senza
nessun movimento reale di cariche elementari, quello che realmente passa
lo si dovr� vedere dopo, ma questa � lettura all'indice.

> > In genere un componente si deteriora non tanto per la tensione
> > applicata, ma per l'energia che � costretto ad assorbire, il
> > deteriorarsi � dovuto al conseguente innalzamento della temperatura,
> > ma il trasferimento di potenza a parit� di tensione di alimentazione �
> > massimo solo quando RL=Z0, per RL>>Z0 il trasferimento di potenza �
> > irrisorio, come vedi non pu� surriscaldarsi e pertanto non si pu�
> > deteriorare.
> A leggere quello che scrivi, si direbbe che tu non abbia mai lavorato
> in pratica con componenti elettronici...

  A quanto pare neppure alcuni colleghi ai quali ho chiesto un parere, di
cui uno � esperto in comunicazioni, ma siamo tutti ignoranti a quanto
pare, senza dire che io nasco come ingegnere elettronico, ma visto che nei
vecchi piani di studio oltre alle normali materie a Palermo si studiava ai
miei tempi impianti elettrici, misure elettriche e macchine elettriche
sono abilitato ed insegno elettrotecnica e pi� in specifico sistemi, come
vedi qualche cosa dovrei saperla anche in elettronica.

> Come la mettiamo ad es. con gli effetti elettrostatici?
> In quei casi una tensione ecessiva causa la perforazione di uno strato
> isolante o di una giunzione polarizzata inversamente.
> Il danno puo' essere microscopico, ma e' permanente, e non ha niente a
> che fare con un surriscaldamento.

    Cerchiamo di non fare confusione, il componente non collegato presenta
come ben sai un'elevatissima resistenza di ingresso in parallelo ad una
capacit� e praticamente non pu� scaricarsi, solo questo per un accumulo di
cariche sul condensatore crea la rottura, ma non appena si collega al suo
ingresso, trovando una impedenza di ingresso in parallelo a quella grande,
che generalmente � piccola non crea nessun problema, in quanto si
scaricher� con facilit�.

> Franco ha scritto:
> > ...
> > Dipende dalla lunghezza della linea e dal carico. I microprocessori
> > sono di solito ben protetti all'ingresso con diodi di clamp. I primi
> > che sono usciti avevano dei problemi in piu`. Alcuni dei vecchi
> > microprocessori o altri circuiti integrati andavano in latch-up solo a
> > guardarli (e il latch up e` determinato dalle sovratensioni su
> > ingressi e uscite).
> Ho controllato: nel mio caso si trattava di un 6502 (del 1979), e
> stando al data sheet non aveva diodi di clamp.
> La massima tensione inversa era data come -0.3 volt.

A questo punto devo puntualizzare una cosa, normalmente il costruttore da
l'esatto valore di tensione idonea a fare commutare il componente,
chiamala tensione consigliata e ti posso assicurare che la tensione di
rottura del componente � ben al di la del doppio della tensione
consigliata, certo che se come tensione di ingresso in partenza hai
adoperato una tensione di gran lunga superiore di quella consigliata dalla
casa costruttrice, � bastato quello che dici tu per rovinare il
componente, ma come vedi l'errore sta a monte, ovvero in un non corretto
uso del componente e non ad un disadattamento della linea di ingresso,
ancora scusa se insisto.

> Michele Falzone ha scritto:
> > Certamente un componente si pu� rompere per infiniti motivi, ma
> > sicuramente mai per un cattivo adattamento della linea sull'ingresso,
> > al pi� non funziona in quel particolare circuito.
> Opinione tua...

 E di alcuni miei colleghi, tutti ignoranti come me?

> > Ti prego non insistere, anche perch� il mio intervento mirava
> > principalmente a fare notare che si stava facendo non poca confusione
> > tra velocit� di propagazione di un'onda e tempo di salita ad una
> > risposta al gradino, cosa completamente diversa, ed in questo conteso
> > i microprocessori erano inopportuni.
> Sei proprio un bel tipo! Ora vorresti decidere tu di che cosa si parla?

  Assolutamente no, ma avendo avuto la sensazione che si stava facendo un
poco di confusione sui concetti elementari di conduzione elettrica, ho
reputato opportuno intervenire con i dovuti modi di gentilezza e cortesia,
a meno che sia vietato intervenire.

> La questione dell'adattamento l'ho tirata fuori io, per segnalare che
> inuna linea c'e' anche quel'effetto, oltre al ritardo.
> Quanto alla "risposta al gradino" ti ho risposto sopra. Per me e'
> chiaro che non hai capito di che cosa si stava parlando, oppure che
> non sei molto ferrato sulle linee di trasmissione.

Io partecipo a questo gruppo anche per capire meglio, ma proprio per
questo ho reputato intervenire, in quanto, come ho detto prima reputo
impossibile che il generico elettrone della linea possa istantaneamente
passare da una velocit� media zero ad una velocit� diversa da zero, sempre
se intendiamo la corrente elettrica come flusso ordinato di cariche
elettriche, anche se piccola, in ogni caso microonde � una materia che ho
sostenuto parecchi anni fa e anche se superata con trenta senza la lode
potrei avere fatto un poco di confusione, anche se credo che il mio
ragionamento non sia completamente sbagliato, in quanto un elettrone non
pu� assolutamente passare da una velocit� zero ad una velocit� finita
istantaneamente, ma questo ancora una volta per cercare di farti capire
che la corrente non � un flusso ordinato di cariche elettriche, ma forse
pi� semplicemente un orientamento.

> Piuttosto, non per te, ma per chiunque altro potesse essere
> interessato, aggiungo che il fenomeno che io ho descritto come una
> riflessione puo' anche essere interpretato diversamente.
> Nel caso concreto, con una linea al piu' di 30 cm, il tempo
> di propagazione sarebbe attorno al nanosecondo, e la mia elettronica
> era di gran lunga piu' lenta...

Ma il mio intervento voleva mettere in evidenza semplicemente che un
segnale sinusoidale � una cosa e un gradino � completamente un'altra cosa,
almeno su questo devi convenire?
In un'onda sinusoidale ha senso parlare di velocit� di propagazione, nel
gradino ha senso parlare di tempo di risposta in generale e non credo che
le due cose si possano o debbano confondere.

> Quello che io vedevo era un'oscillazione (un "ringing") su tempi
> attorno alle decine di ns. L'oscillazione si puo' interpretare in due modi:
> a) l'onda va avanti e indietro tra i due estremi, ai quali sono
> presenti reattanze non puramente resistive, che introducono sfasamenti
> adeguati per far si' che il periodo di oscillazione diventi cosi' lungo;

E questo � un modo corretto di vedere un gradino, ma il gradino e composto
da infinite onde sinusoidali.

> b) si abbandona lo schema a costanti distribuite, e ci si occupa solo
> delle induttanse e capacita' parassite, che formano un circuito
> risonante alla frequenza del ringing.

Ma nell'onda quadra che vedi, oltre al ritardo proprio della linea, esiste
anche un tempo di salita dovuto alla linea (( Chiamalo tempo di ritardo
dovuto alla variazione di velocit� che non pu� avvenire istantaneamente)),
oltre a quello proprio dell'oscilloscopio, confrontando due successivi
livelli di riferimento dopo almeno due riflessioni all'oscilloscopio trovi
il tempo di ritardo della linea, decurtati dai tempi di salita sia
dell'oscilloscopio che quello della linea, ma quello che volevo
sottolineare a Rosoni � che non ha nessun significato parlare di
accensione di una lampadina per vedere la velocit� di propagazione della
linea, in quanto in questo caso sei in presenza di un tempo di ritardo
dovuto alla propagazione vera e propria e a un tempo di salita come da me
specificato prima e non riesci a dividere i due effetti a meno di fare una
misura tra due riflessioni successive.
   Come vedi tutto � collegato in fisica, e tu meglio di me dovresti
saperlo, e questo ancora una volta significa semplicemente che non riesci
a fare una misura della velocit� della luce se non in un percorso chiuso <
Accensione di una lampadina>.
Il guaio � che spesso, come ho sottolineato prima, si passa da un modello
ad un altro con eccessiva superficialit� e questo posso accettarlo solo da
Rosoni.

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> Elio Fabri
> Dip. di Fisica - Univ. di Pisa
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Ciao Michele


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