Prima legge
L’effetto volta è un particolare fenomeno che si nota quando due metalli vengono messi a contatto; il fenomeno prende questo nome dal nome del fisico italiano Alessandro Volta che notò per primo questi effetti agli inizi dell’ottocento.
Quando due metalli vengono messi in contatto tra loro, si instaura tra essi una differenza di potenziale che è numericamente pari alla differenza tra i rispettivi lavori di estrazione, cambiata di segno.
Questa affermazione rappresenta anche la prima delle tre leggi di Volta; va notato che i metalli in questione devono avere la stessa temperatura, e che la differenza di potenziale che si instaura dipende dalla natura dei metalli e dalle loro caratteristiche fisiche; esso è invece indipendente dall’area della superficie che viene messa in contatto e dalla sua forma.
Esempio
Vediamo un esempio pratico; consideriamo un conduttore come il rame, e rappresentiamo la situazione che si crea all’interno del metallo. Come sappiamo, la posizione delle cariche positive è praticamente fissa, mentre gli elettroni sono liberi di muoversi nello spazio. Gli elettroni, quindi, possono venire a trovarsi sulla superficie del metallo e, in un certo istante di tempo, possono formare una barriera negativa.
Ipotizziamo, ora, di mettere a contatto con il rame un altro conduttore in cui si presenta la stessa situazione; consideriamo ad esempio lo zinco.
Le due barriere di cariche negative, quindi, si trovano a contatto l’una con l’altra.
Poiché il rame è più elettronegativo dello zinco, esso tende ad attirare a sé gli elettroni che formano la barriera dello zinco, cosicché gli elettroni di quest’ultimo vengono strappati e ceduti all’altro. Il risultato è che lo zinco si carica positivamente, mentre il rame si carica negativamente.
Possiamo descrivere il fenomeno anche da un altro punto di vista, considerando il potenziale di estrazione dei due metalli. In questo caso, il potenziale di estrazione del rame è maggiore del potenziale di estrazione dello zinco; ciò significa che gli elettroni che si trovano nel primo metallo sono più legati e meno liberi di muoversi di quelli del secondo.
Vi è, quindi, il passaggio di elettroni dallo zinco al rame finché non si instaura una differenza di potenziale che tenderebbe a far muovere gli elettroni in senso inverso, cioè dal rame allo zinco.
Seconda legge
La seconda legge di Volta riguarda conduttori che sono uniti tra loro a formare una catena (aperta); in questo caso è stato provato che la differenza di potenziale tra i due metalli più estremi è la stesa che si avrebbe se questi fossero uniti tra loro.
Tale legge prende anche il nome di legge dei contatti successivi.
Da notare che la catena di conduttori deve essere aperta, cioè il primo conduttore deve essere diverso dall’ultimo; altrimenti, se la catena fosse chiusa, il primo conduttore sarebbe uguale all’ultimo, e così la differenza di potenziale agli estremi della catena sarebbe nulla.
Sulla base di questa legge fu possibile realizzare la cosiddetta “pila di volta”, costituita da una serie di conduttori di prima e seconda specie collegati tra loro; la differenza di potenziale ai capi della pila crea una corrente elettrica tale che il flusso delle cariche è costante e controllato.
Questo apparecchio costituì il primo generatore di tensione che fornisce una corrente elettrica uniforme
Terza legge
La terza legge di Volta si basa sulla distinzione tra due classi di conduttori, che vengono definiti di prima e seconda specie.
I conduttori di prima specie quelli per cui è valida la legge dei contatti successivi, come ad esempio i metalli; i conduttori di seconda specie, invece, sono gli altri, come ad esempio delle soluzioni saline diluite.
La terza legge, quindi, afferma che, anche se in una catena chiusa la differenza di potenziale agli estremi è nulla, è possibile intervenire affinché si crei una differenza di potenziale diversa da zero; questo è possibile aggiungendo, all’interno della catena, un conduttore di seconda specie.
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