la corrente elettrica nei liquidi e nei gas · le soluzioni elettrolitiche • la debolissima...
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Unità 7
La corrente elettrica nei liquidi e nei gas
1. Le soluzioni elettrolitiche
• M. Faraday scoprì che una soluzione di acqua (di per sé isolante) con un sale, una base o un acido è conduttrice di elettricità;
• l'esperimento si realizza mediante una cella elettrolitica, che è un recipiente contenente la soluzione e due elettrodi metallici, collegati ad un generatore.
Se il liquido è conduttore, l'amperometro segna passaggio di corrente.
Le soluzioni elettrolitiche
• La debolissima conduzione dell'acqua distillata aumenta notevolmente aggiungendo quantità anche piccole di sali, basi o acidi.
• Qualsiasi sostanza che, disciolta nell'acqua, la rende conduttrice si chiama elettrolita;
• le sostanze organiche sono non-elettroliti. • Gli esperimenti mostrano che per le soluzioni
elettrolitiche vale la prima legge di Ohm, finché la temperatura è lontana da quella di ebollizione.
La dissociazione elettrolitica
• Il comportamento delle soluzioni elettrolitiche si spiega con la struttura chimica degli elettroliti:
• ad esempio il sale da cucina è formato da un reticolo cristallino in cui si alternano ioni sodio (Na+) e ioni cloro (Cl–);
• questi ioni si sono formati in seguito al trasferimento di un elettrone dal Na al Cl.
La dissociazione elettrolitica
• Tra gli ioni di segno opposto agisce il legame ionico, dovuto all'attrazione elettrostatica.
• Il legame ionico mantiene coeso il reticolo; quando però il sale è sciolto in acqua il legame si indebolisce e gli ioni si liberano dal cristallo.
• Questo accade perché la molecola dell'acqua è polare: all'interno la carica è
• distribuita in modo asimmetrico.
La dissociazione elettrolitica
• La molecola d'acqua si comporta come un dipolo elettrico.
La dissociazione elettrolitica
• Gli ioni disciolti possono • muoversi liberamente nell'acqua; • il fenomeno di dissoluzione delle • sostanze ioniche in acqua si chiama • dissociazione elettrolitica • o ionica.
• Le sostanze organiche, come lo zucchero, hanno struttura molecolare formata da forti legami covalenti: l'acqua può sciogliere i deboli legami tra molecole, che però sono neutre e quindi incapaci di condurre corrente.
5. La conducibilità nei gas
• In un gas isolato non vi sono portatori di carica: per sua natura, il gas è un isolante perfetto;
• tuttavia un gas può diventare conduttore se un agente esterno ionizza alcune delle sue molecole.
• Gli agenti ionizzanti sono radiazioni elettromagnetiche (u.v., X, gamma) oppure particelle veloci (elettroni, protoni);
• in un gas ionizzato sono presenti: ioni positivi, elettroni liberi e ioni negativi (che si formano se una molecola cattura un elettrone libero).
La conducibilità nei gas
• Per esempio:
• Un gas è sempre soggetto all'azione di agenti ionizzanti (raggi solari e cosmici, radioattività...).
Le scariche elettriche nei gas
• Per osservare la scarica elettrica in un gas lo si rinchiude in un tubo trasparente, ai cui estremi vi sono due elettrodi.
• Variando il valore di R, • si osserva che ∆V e i • non sono direttamente • proporzionali:
• per i gas non vale la prima legge di Ohm.
6. I raggi catodici
• Quando la pressione del gas nel tubo è di 10-1-10-2 Pa, sulla parete di fronte al catodo compare una macchia fluorescente.
• La fluorescenza è stata • scoperta nell'Ottocento ed è • dovuta ai raggi catodici: • sono gli elettroni emessi • dal catodo, in seguito al • bombardamento di ioni • positivi .
I raggi catodici
• Gli ioni positivi sono accelerati dal catodo e vi giungono, urtandolo ed estraendone elettroni;
• gli elettroni emessi, detti raggi catodici, sono a loro volta attratti verso l'anodo, che è cavo: a causa della loro forte velocità v, lo superano ed urtano sulla parete di vetro del tubo (se ∆V = 104 V, v ≅ 100 000 km/s);
• le molecole del vetro assorbono l'energia cinetica e la riemettono sotto forma di fluorescenza luminosa.
Il tubo a raggi catodici
• È utilizzato negli schermi di televisori e computer: è un tubo di vetro a forma di imbuto, in cui è stato fatto il vuoto.
• Gli elettroni, in questo caso, • vengono emessi dal catodo • per effetto termoionico • ad alta temperatura;
• sono accelerati verso l'anodo • e alcuni di essi passano attraverso il suo foro.
Il tubo a raggi catodici
• Gli elettroni del fascio hanno praticamente tutti la stessa energia e sono diretti verso il centro dello schermo fluorescente opposto al catodo;
• il fascio si direziona usando forze elettriche o magnetiche: nell'oscilloscopio il puntino luminoso generato dal fascio viene fatto muovere da due campi elettrici dovuti a due condensatori.
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