5.1 Un po' di storia

Fin dall'antichità si era notato che oggetti di ambra, strofinati con un panno di lana, tendevano poi ad esercitare quella che oggi definiamo "elettricità statica". Tuttavia, le conoscenze del tempo non consentivano di capire la dinamica del fenomeno. Oggi sappiamo che la lana, strofinanodosi sull'ambra, perde alcuni elettroni che vanno a caricare l'oggetto, che assume quindi una carica negativa. Ma all'epoca, benchè alcune teorie filosofiche presupponessero una materia fatta di corpi piccolissimi (si pensi alle teorie del filosofo Democrito), non era possibile trarre alcuna ipotesi in merito. Si dovrà aspettare l'Illuminismo per poter incominciare ad avere un approccio scientifico e razionale al problema: Charles A. Coulomb (1726-1806), ingegnere e fisico francese, pubblicò le leggi dell'elettrostatica in sette memorie all'Accademia Francese delle Scienze tra il 1785 ed il 1791. In Italia, Alessandro Volta (1745-1827), fisico italiano, inventò la pila elettrica e da lui discende il nome dell'unità di potenziale elettrico (volt). Hans Christian Oersted (1777-1851), fisico danese, scoprì il legame tra l'elettricità ed il magnetismo, nel 1820 (ed oggi le unità della forza di un campo magnetico discendono dal suo nome). Andre Marie Ampère (1775-1836), matematico, chimico e fisico francese, quantificò sperimentalmente la relazione tra il campo elettrico ed il campo magnetico, e da lui prende oggi il nome dell'unità di corrente. Georg Simon Ohm (1789-1854), matematico tedesco, si interessò della relazione tra tensione e corrente e quantificò il fenomeno della resistenza. I suoi primi risultati furono pubblicati nel 1827. Il suo nome è legato all'unità di resistenza.
    Quelli fin qui visti sono solo alcuni degli studiosi che si dedicarono alla materia. Una lista più ricca, per quanto incompleta, la si può trovare nel corso di Fondamenti di Elettrotecnica in questo stesso sito, a cui rimandiamo per ulteriori dettagli.

5.2 La carica elettrica

Oggi sappiamo che la materia è costituita da atomi, a loro volta formati da una quantità variabile di particelle, tra cui spiccano elettroni, protoni e neutroni. Senza entrare nello specifico della fisica della materia, che ci porterebbe lontano, possiamo semplificare dicendo che dal punto di vista della conduzione elettrica, le particelle fondamentali sono gli elettroni. La corrente è infatti costituita da un flusso ordinato di elettroni all'interno di un materiale che ne consente il flusso stesso, ed è perciò definito materiale conduttore.
    L'unità fondamentale, pertanto, con cui noi abbiamo a che fare è la carica elettrica, e la più piccola quantità di carica esistente è appunto la carica dell'elettrone, pari a q_e= -1.602 * 10^-19 coulomb. Come si può constatare, la quantità di carica associata ad un elettrone è piuttosto piccola; questo è dovuto naturalmente alla grandezza dell'unità che noi utilizziamo per misurare la carica, cioè il coulomb (C), così chiamata in onore di Charles A. Coulomb. Tuttavia, la definizione del coulomb porta ad un'appropriata unità quando noi andiamo a definire la corrente elettrica, giacché la corrente consiste nel flusso di una quantità molto grande di cariche. L'altra particella portatrice di carica, il protone, ha carica uguale in modulo ed opposta in segno a quella dell'elettrone, cioè q_p= +1.602 * 10^-19 coulomb. Spesso elettroni e protoni sono anche detti cariche elementari.
    La corrente elettrica è definita in termini fisico-matematici come la quantità di carica Δq che transita attraverso un'area predeterminata A nell'intervallo di tempo Δt. Tipicamente, l'area considerata è la sezione trasversale di un filo metallico (materiale conduttore), tuttavia vi sono casi in cui il materiale che porta la corrente non è un filo conduttore. In figura 2.1 è mostrato un flusso macroscopico di cariche in un filo, dove si immagina che si abbiano Δq fluenti attraverso la sezione trasversale A nell'intervallo Δt di tempo. La corrente risultante, Δi, è data da:

	Δi = Δq / Δt      (F2.1)
Figura 5.1 Flusso di corrente in un conduttore elettrico

Se di fatto si considera il flusso di un enorme numero di cariche elementari, si può scrivere questa relazione in termini differenziali:

i = dq / dt

L'unità di misura della corrente secondo il Sistema Internazionale è l'ampère (A), e si ha: 1 ampere = 1 coulomb / 1 secondo. Il nome dell'unità di misura è, come anticipato, in onore dello scienziato francese André Marie Ampère. Ne consegue che il coulomb è una unità derivata, e sarà pertanto: 1 C = 1 A × 1 s
    Per convenzione si assume come verso positivo del flusso di corrente quello delle cariche positive (cioè il verso contrario a quello del moto degli elettroni). Nei conduttori metallici, tuttavia, la corrente è portata dalle cariche negative: queste cariche sono gli elettroni liberi nella banda di conduzione degli atomi (di cui è fatta la materia), i quali sono solo debolmente legati alla struttura atomica negli elementi metallici, e sono perciò facilmente messi in movimento in presenza di un campo elettrico.