Re: R: R: Fisica nei conduttori elettrici!

From: Franco <inewd_at_hotmail.com>
Date: 1999/10/08

Maurizio Bonfanti wrote:

Faccio un po' di snip qua e la` e provo a rispondere a
qualche punto.

SNIP

> Mi riferisco ai casi dell'arco elettrico, sia di bassa
> tensione ad alta temperatura, sia d'alta tensione e lungo percorso,

Lo studio degli archi deve essere fatto con la
magnetoidrodinamica, in quando gli ioni sono liberi di
muoversi. Inoltre non so se ti riferisci ad archi ad alta
frequenza, in cui c'e' la minizzazione dell'energia
immagazzinata dal campo magnetico, o ad archi in continua o
a bassa frequenza, dove l'induttanza non conta molto.
Probabilmente stiamo parlando di effetto pelle entrambi, ma
intendendo cose molto diverse, che anche altre persone che
hanno risposto non chiamano effetto pelle. Servirebbe una
explicatio terminorum :-)

> 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);

Non so bene che cosa intenda per cavitazione. Nel caso di
elettroni che viaggiano paralleli nel vuoto, la cosa va
studiata con la teoria della relativita`, non per nulla
Einstein inizio` a pensare alla relativita` per risolvere
esattamente il problema di corpi carichi in movimento (non
ricordo il titolo preciso dell'articolo deve essere qualcosa
del tipo di Zur Bewegung elktrischer Koerper...).


> 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.

Diffrazione in presenza di ostacoli? non ho capito. Usi il
dualismo onda particella? direi di no, e quindi che cosa e`
la diffrazione? Archi in DC o a RF?

> Perci� 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 � l'
> aspetto empirico a dominare e non quello teorico.

Se i casi che hai citato prima (archi, elettroni nel vuoto)
li vuoi spiegare con l'effetto pelle, allora hai ragione, il
modello non spiega nulla, ma perche' il fenomeno 'effetto
pelle' non c'entra nulla con gli archi e gli elettroni nel
vuoto. L'effetto pelle e` una derivazione del comportamenteo
di un'onda piana che incontra un conduttore semiinfinito!
Nei casi reali questa approssimazione della realta` funziona
bene.

> Peraltro il modello non mi
> spiega perch� la velocit� di propagazione del segnale, se in un conduttore
> nudo gi� non raggiunge quella della luce, diminuisca di circa il 15% se si
> aggiunge un velo di isolante sullo stesso conduttore; eppure,

Se parli del modello dell'effetto pelle mi pare di
concordare che non spieghi questo fenomeno, perche' non
c'entra nulla. la velocita` di trascinamento delle cariche
in un conduttore di rame e` dell'ordine di un metro l'ORA.

La velocita` del segnale dipende dal dielettrico (e dalle
sue proprieta` magnetiche). Questo perche' un segnale che
viaggi su una linea e` solo 'guidato' dalla linea, ma in
realta` viaggia sotto forma di onda elettromagnetica FUORI
dal conduttore. Se dove c'e' l'onda em gli metti un terreno
accidentato, questa rallenta.

> se il
> conduttore � alimentato con un generatore di corrente, quindi a tensione
> bassissima,

Il tipo di generatore non ha nessuna influenza sul
comportamento. Se lo alimentassi in tensione ti basterebbe
una tensione bassissima per ottenere la stessa corrente, e
il conduttore non saprebbe se e` alimentato da un generatore
di V o di I (vedi leggi di ohm ed equivalenti circuitali,
nonche' teorema della sostituzione).

> il campo elettrico circostante � trascurabile (almeno da un lato
> della connessione),

Quello che e` trascurabile e` il campo elettrico
longitudinale, quello trasversale invece e` vivo e vegeto
(ed e` quello che porta energia), sempre ammesso che
parliamo dello stesso circuito.

> mentre la permeabilit� magnetica del sistema non �
> mutata, e nessuna carica in moto, naturalmente, va a interessare l'isolante.

Ripeto e` l'onda elettromagnetica che porta l'energia fuori
dal conduttore, non il movimento degli elettroni che e`
intrinsecamente caotico e dovuto all'agitazione termica.

> Un altro fenomeno che mi lascia perplesso � il fatto che le correnti
> cosiddette di elettrocuzione, che percorrono cio� un organismo, che �
> conduttore, sembrano rispettare piuttosto male, paradossalmente, l'"effetto
> pelle", in particolare proprio quelle dovute a fulminazione,

Se per fulminazione intendi lasciarci le penne, allora le
correnti pericolose sono quelle a bassa frequenza (es 50 Hz
della rete).

> le cui
> componenti sono ad altissima frequenza e dovrebbero al pi� bruciare i peli
> del parafulmine biologico.

?? Gli elettrobisturi non hanno mai ucciso nessuno (a meno
che il chirurgo non si impegni:-)) per elettrocuzione. Tieni
presente la conducibilita` del corpo e vedi la profondita`
di penetrazione del corpo umano (vedi formula del mio pest
precedente). Un problema divertente e` quello della
richiusura delle correnti di un elettrobisturi usato in un
endoscopio.

> Ulteriore motivo di perplessit� � il fatto che l'
> anima dei cavi d'energia, in materiale non trascurabilmente magnetico (l'
> acciaio), non modifica sensibilmente la profondit� di penetrazione; eppure
> la configurazione delle riluttanze del sistema � radicalmente mutata.

Sempre perche' l'onda elettromagnetica e` FUORI del cavo, e
prima che arrivi all'acciaio e` gia` notevolemte attenuata
dal rame. In realta` se si va a vedere la distribuzione di
campo dentro al cavo si vede che l'anima di acciaio ha un
effetto (non molto grande ma c'e').

SNIP

> 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 pu� dire solo che
> "mediamente" il conduttore non � elettricamente carico;

Certamente, non ho usato l'avverbio mediamente! Ci devono
essere dei portatori liberi che sono nello stesso numero
delle cariche fisse (ioni positivi)

> 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 � sufficiente, perch� il conduttore � dotato di
> resistenza, quindi il suo potenziale varia andando da un estremo all'altro),

mettere un generatore di I o di V che faccia scorrere la
stessa corrente per il conduttore e` esattamente lo stesso.
I conduttori sono miopi, non vedono che cosa fa passare la
corrente.

> perci� il conduttore, anche in piccola misura, quando � percorso da
> corrente, "�" carico; il suo potenziale medio non � nullo.

Credo che il potenziale abbia poco a che vedere con il
numero di cariche libere, a meno che non voglia considerare
la capacita` propria del cavo rispetto al resto
dell'unviverso.

In questo discorso non si capisce se stai pensando in DC o
in AC. In AC le cose sono piu` complicate perche' bisogna
tirare in ballo anche la corrente di spostamento, ma per il
momento la lascerei in pace :-)

SNIP

> Franco infine mi chiede "e i cavi coassiali dove li metti?". Se non � 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),

Direi di no. Se rimangono in modo TEM hanno un comportamento
abbastanza 'unforme' (ovviamente cambiano le perdite con la
frequenza). Siamo noi che guardiamo un aspetto o un altro,
ma le equazioni della trasmissione sono sempre le stesse.

> forse portarli come esempio sarebbe stato ancora
> meno pertinente. In ogni caso non sono certamente immuni dall'effetto pelle.

Ci mancherebbe! Le correnti superficiali guidano il campo
nel dielettrico!

SNIP


Franco
Received on Fri Oct 08 1999 - 00:00:00 CEST