velocità della corrente
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velocità della corrente
E' possibile calcolare la velocità della corrente in un circuito ? c'è differenza tra corrente continua e alternata ? nel caso di distorsione della corrente, le armoniche viaggiano tutte alla stessa velocità ?
Secondo un vecchio testo di elettrotecnica studiato in altra epoca, in un conduttore la corrente si propaga alla velocità di 300.000 Km/s.
La diversità dei materiali influenzerebbe soltanto l'intensità di corrente, a parità di lunghezza e sezione di un conduttore.
Fra corrente continua ed alternata ritengo non vi siano differenze circa la velocità della corrente, mentre vi sono differenze di percorso, nel senso che la corrente alternata, quanto più alta è la frequenza, tende a disporsi sempre più verso l'esterno del conduttore.
Per quanto riguarda i segnali non sinusoidali, ritengo che le armoniche più alte incontrino più difficoltà nella propagazione, nel senso che vengono attenuate di più a causa dell'induttanza del conduttore, nel caso di lunghe distanze, ma da quanto ho capito, correnti di alta o bassa intensità si propagano alla stessa velocità: quindi quello che può verificarsi è l'ulteriore distorsione del segnale.
Questo è quanto ricordo sugli studi effettuati molti anni fa su questi argomenti e sinceramente non so se le conoscenze attuali siano diverse, per cui passo la palla agli ingegneri di Base5.
La diversità dei materiali influenzerebbe soltanto l'intensità di corrente, a parità di lunghezza e sezione di un conduttore.
Fra corrente continua ed alternata ritengo non vi siano differenze circa la velocità della corrente, mentre vi sono differenze di percorso, nel senso che la corrente alternata, quanto più alta è la frequenza, tende a disporsi sempre più verso l'esterno del conduttore.
Per quanto riguarda i segnali non sinusoidali, ritengo che le armoniche più alte incontrino più difficoltà nella propagazione, nel senso che vengono attenuate di più a causa dell'induttanza del conduttore, nel caso di lunghe distanze, ma da quanto ho capito, correnti di alta o bassa intensità si propagano alla stessa velocità: quindi quello che può verificarsi è l'ulteriore distorsione del segnale.
Questo è quanto ricordo sugli studi effettuati molti anni fa su questi argomenti e sinceramente non so se le conoscenze attuali siano diverse, per cui passo la palla agli ingegneri di Base5.
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ZioGiò
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Pur non essendo (ancora) ingegnere mi pare che le considerazioni di Pas siano corrette. Ovviamente il termine "velocità di corrente" è un'astrazione gigantesca...
D'altra parte dopo Max Born direi che parlare di velocità di elettrone è anche peggio... Non sappiamo che pesci pigliare, ma i satelliti funzionano, i cellulari pure e (a molti) va bene così... Non è poco comunque
A proposito di ingegneri, bisognerebbe fare un sondaggione, sempre che non sia già stato fatto e me lo sia perso, per scoprire come sono distribuiti i titoli accademici in base5! Pronostico: 50% matematici, 20% fisici, 10% medici, 10% ingegneri, 10% altri...
Sciocchezze per sciocchezze ($sciocchezze^2$):
Alle menti più dotate del mondo venne posta la seguente domanda: "quanto fa 2 x 2?"
L'ingegnere tirò fuori il suo regolo calcolatore, lo fece scorrere avanti e indietro per un po', poi annunciò: "3.99".
Il fisico consultò alcuni manuali tecnici, impostò la domanda sul suo computer, poi affermò: "E' compreso fra 3.98 e 4.02."
Il matematico ci pensò su per un po', ignaro del resto del mondo, poi dichiarò: "Non so qual è la risposta, ma posso dimostrare che esiste."
Il filosofo disse meditabondo: "Ma, cosa intendete esattamente con "2 x 2"?"
Il commerci alista chiuse tutte le porte e le finestre, si guardò intorno con circospezione e chiese, a bassa voce: "Cerchiamo di metterci d'accordo. Quanto volete che faccia?"
D'altra parte dopo Max Born direi che parlare di velocità di elettrone è anche peggio... Non sappiamo che pesci pigliare, ma i satelliti funzionano, i cellulari pure e (a molti) va bene così... Non è poco comunque
A proposito di ingegneri, bisognerebbe fare un sondaggione, sempre che non sia già stato fatto e me lo sia perso, per scoprire come sono distribuiti i titoli accademici in base5! Pronostico: 50% matematici, 20% fisici, 10% medici, 10% ingegneri, 10% altri...
Sciocchezze per sciocchezze ($sciocchezze^2$):
Alle menti più dotate del mondo venne posta la seguente domanda: "quanto fa 2 x 2?"
L'ingegnere tirò fuori il suo regolo calcolatore, lo fece scorrere avanti e indietro per un po', poi annunciò: "3.99".
Il fisico consultò alcuni manuali tecnici, impostò la domanda sul suo computer, poi affermò: "E' compreso fra 3.98 e 4.02."
Il matematico ci pensò su per un po', ignaro del resto del mondo, poi dichiarò: "Non so qual è la risposta, ma posso dimostrare che esiste."
Il filosofo disse meditabondo: "Ma, cosa intendete esattamente con "2 x 2"?"
Il commerci alista chiuse tutte le porte e le finestre, si guardò intorno con circospezione e chiese, a bassa voce: "Cerchiamo di metterci d'accordo. Quanto volete che faccia?"
Non mi pare assolutamente sia 300.000 km per secondo (parliamo di elettroni che si muovono in un conduttore !).
Ricordo che esiste una formula basata sul campo elettrico e vincolata alle caratteristiche dei conduttori.
In quanto alla barzelletta, una vecchia (sentita ben 22 anni fa !) era di questo tono :
C'è un matematico, un fisico e un ingegnere. La sfida è una corsa sui 100 metri, al traguardo come premio c'era (all'epoca) Sofia Loren (oggi diciamo Monica Bellucci).
Lo stater spara dando il via.
Partono il fisico e l'ingegnere, il matematico resta fermo. Il fisico dopo un po' si ferma anche lui
Lo stater lo avvicina e dice: fermi tutti, la partenza non è valida. Poi al matematico: perchè non sei partito ? questi risponde: so bene per le considerazioni di Zenone che non potrò mai arrivare precisamente al traguardo, posso solo superarlo.
Bene! dice lo starter e va dal fisico: e tu? non ti sei ricordato di Zenone ? il fisico risponde: sì appunto me ne sono ricordato do po un po' e mi sono fermato.
Lo starter va dall'ingegnere: e tu? perchè correvi sempre ? ma sì, lo conosco Zenone, ma a me per agguantare Sofia, mi bastano 20 cm di tolleranza........
Ricordo che esiste una formula basata sul campo elettrico e vincolata alle caratteristiche dei conduttori.
In quanto alla barzelletta, una vecchia (sentita ben 22 anni fa !) era di questo tono :
C'è un matematico, un fisico e un ingegnere. La sfida è una corsa sui 100 metri, al traguardo come premio c'era (all'epoca) Sofia Loren (oggi diciamo Monica Bellucci).
Lo stater spara dando il via.
Partono il fisico e l'ingegnere, il matematico resta fermo. Il fisico dopo un po' si ferma anche lui
Lo stater lo avvicina e dice: fermi tutti, la partenza non è valida. Poi al matematico: perchè non sei partito ? questi risponde: so bene per le considerazioni di Zenone che non potrò mai arrivare precisamente al traguardo, posso solo superarlo.
Bene! dice lo starter e va dal fisico: e tu? non ti sei ricordato di Zenone ? il fisico risponde: sì appunto me ne sono ricordato do po un po' e mi sono fermato.
Lo starter va dall'ingegnere: e tu? perchè correvi sempre ? ma sì, lo conosco Zenone, ma a me per agguantare Sofia, mi bastano 20 cm di tolleranza........
Non entro in contesti filosofici ma mi pare che, dato che la corrente è il numero di elettroni che attraversano una sezione nell'unità di tempo, parlare di "velocità della corrente" sia improprio...
Io ho questa "visione"
$I \/ = \/ n \/ e \/ S \/ v$
dove
I = intensità di corrente
n = numero degli elettroni
e = carica dell'elettrone
S = sezione del conduttore
v = velocità degli elettroni
Gli elettroni si "muovono" nelle bande di conduzione all'interno del reticolo del conduttore accelerati dal campo elettrico e frenati dalle interazioni tra elettrone e elettrone e tra elettrone e reticolo (l'energia dissipata prende il nome di effetto Joule): questa accelerazione da parte del campo elettrico si fa sentire lungo tutto il conduttore e gli elettroni che sono "più avanti" fanno posto a quelli che "entrano" nel conduttore stesso. Chiaramente, per un elettrone che entra nella sezione di conduttore considerata, un'altro esce nello stesso momento (siamo in uno stato stazionario). La questione è diversa quando al conduttore viene inviato un impulso: l'impulso viaggia ad una velocità sicuramente inferiore a quella della luce nel mezzo in questione.
Quando la corrente è alternata, gli elettroni oscillano avanti e indietro nel conduttore seguendo le oscillazioni del campo elettrico.
La velocità degli elettroni dipende dal materiale ma anche dalla temperatura (si veda la superconduzione)
P.S.: sono ignorante, magari sono solo sciocchezze...
Io ho questa "visione"
$I \/ = \/ n \/ e \/ S \/ v$
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I = intensità di corrente
n = numero degli elettroni
e = carica dell'elettrone
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v = velocità degli elettroni
Gli elettroni si "muovono" nelle bande di conduzione all'interno del reticolo del conduttore accelerati dal campo elettrico e frenati dalle interazioni tra elettrone e elettrone e tra elettrone e reticolo (l'energia dissipata prende il nome di effetto Joule): questa accelerazione da parte del campo elettrico si fa sentire lungo tutto il conduttore e gli elettroni che sono "più avanti" fanno posto a quelli che "entrano" nel conduttore stesso. Chiaramente, per un elettrone che entra nella sezione di conduttore considerata, un'altro esce nello stesso momento (siamo in uno stato stazionario). La questione è diversa quando al conduttore viene inviato un impulso: l'impulso viaggia ad una velocità sicuramente inferiore a quella della luce nel mezzo in questione.
Quando la corrente è alternata, gli elettroni oscillano avanti e indietro nel conduttore seguendo le oscillazioni del campo elettrico.
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il panurgo
Principio di Relatività: $\mathbb{m} \not \to \mathbb{M} \, \Longleftrightarrow \, \mathbb{M} \not \to \mathbb{m}$
"Se la montagna non va a Maometto, Maometto NON va alla montagna"
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Mi accodo alla lista delle risposte da "incompetente" andando a rovistare negli angoli della memoria.
Parlare di velocità della corrente è un'astrazione non da poco.
I 300000 km/s sono la velocità con la quale (scusatemi in anticipo per i termini assolutamente impropri) si trasmette nel conduttore l'informazione dell'avvenuta applicazione di un campo elettrico e quindi gli elettroni devono mettersi in movimento.
Per semplificare: se una batteria è collegata ad una lampadina tramite un interruttore ed un cavo lungo 300000 km, ci vorrà un secondo prima che la lampadina si accenda dopo che l'interruttore è stato chiuso.
Ciò non significa che gli elettroni (anche pensati sotto forma di particelle) si muovano con quella velocità!
La velocità degli elettroni (e anche in questo caso valgono tutte le considerazioni di ZioGiò) dipende dalla differenza di potenziale applicata, dalla sezione del conduttore, dalla resistività del materiale (influenzata dalla temperatura) e probabilmente anche da altro.
Ricordo che il mio professore di Fisica 2 parlava di velocità dell'ordine dei cm/s ma non ho nulla per supportare questa asserzione.
ciao
Parlare di velocità della corrente è un'astrazione non da poco.
I 300000 km/s sono la velocità con la quale (scusatemi in anticipo per i termini assolutamente impropri) si trasmette nel conduttore l'informazione dell'avvenuta applicazione di un campo elettrico e quindi gli elettroni devono mettersi in movimento.
Per semplificare: se una batteria è collegata ad una lampadina tramite un interruttore ed un cavo lungo 300000 km, ci vorrà un secondo prima che la lampadina si accenda dopo che l'interruttore è stato chiuso.
Ciò non significa che gli elettroni (anche pensati sotto forma di particelle) si muovano con quella velocità!
La velocità degli elettroni (e anche in questo caso valgono tutte le considerazioni di ZioGiò) dipende dalla differenza di potenziale applicata, dalla sezione del conduttore, dalla resistività del materiale (influenzata dalla temperatura) e probabilmente anche da altro.
Ricordo che il mio professore di Fisica 2 parlava di velocità dell'ordine dei cm/s ma non ho nulla per supportare questa asserzione.
ciao
Franco
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noun. (en-juh-neer)
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Pasquale ha scritto:Secondo un vecchio testo di elettrotecnica studiato in altra epoca, in un conduttore la corrente si propaga alla velocità di 300.000 Km/s.
Io resto della mia idea: $\leq \/ c_{\script *}$franco ha scritto:I 300000 km/s sono la velocità con la quale (scusatemi in anticipo per i termini assolutamente impropri) si trasmette nel conduttore l'informazione dell'avvenuta applicazione di un campo elettrico e quindi gli elettroni devono mettersi in movimento.
Per semplificare: se una batteria è collegata ad una lampadina tramite un interruttore ed un cavo lungo 300000 km, ci vorrà un secondo prima che la lampadina si accenda dopo che l'interruttore è stato chiuso.
panurgo ha scritto: l'impulso viaggia ad una velocità sicuramente inferiore a quella della luce nel mezzo in questione.
[...]
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il panurgo
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ZioGiò
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Questo era quello che volevo indicare con "astrazione gigantesca". In effetti il problema suona malposto. Per rispondere con correttezza alla domanda "E' possibile calcolare la velocità della corrente in un circuito?" è necessario conoscere:Non mi pare assolutamente sia 300.000 km per secondo (parliamo di elettroni che si muovono in un conduttore !). Ricordo che esiste una formula basata sul campo elettrico e vincolata alle caratteristiche dei conduttori.
dato che la corrente è il numero di elettroni che attraversano una sezione nell'unità di tempo, parlare di "velocità della corrente" sia improprio...
La velocità degli elettroni dipende dal materiale ma anche dalla temperatura
Ciò non significa che gli elettroni (anche pensati sotto forma di particelle) si muovano con quella velocità!
1) Cosa si intende per velocità della corrente. Corrente di deriva? Corrente di diffusione?
2) Come è fatto il circuito (da che materiali è composto e relative specifiche). Così facendo si concretizza il concetto astratto di circuito ideale tipico dell'elettrotecnica e si aggiungono nuovi aspetti al problema.
3) A che temperatura si trova il circuito (come dice Pan)
Avevo dato alla "velocità di corrente" il significato di "Velocità massima (teorica) di informazione" (campo elettromagnetico) e quindi c. Da quanto leggo non era questo che si voleva sapere... Ovviamente, avendo gli elettroni massa, anche secondo le più fantasiose teorie fisiche, questi non potrebbero muoversi alla velocità della luce.
Saluti!
Z.
"Voi mi considerate un uomo sanza lettere, ma siete degli stolti perché le mie cose sono date dall'esperienza non dalle parole."
Leonardo Da Vinci
Leonardo Da Vinci
Sono andato a spigolare su internet per vedere se trovavo qualcosa a sostegno dei miei ricordi.
In questa pagina http://www.provincia.venezia.it/mfosc/f ... eletr.html si parla di velocità della corrente (intesa come impulso elettrico) in maniera piuttosto semplice. (E' un po' avanti nel testo, al 5° paragrafo)
In quest'altra http://ishtar.df.unibo.it/em/elet/microhm.html invece si parla di velocità degli elettroni.
Il tutto conferma i miei ricordi risalenti a oltre un quarto di secolo fa!
(e pensare che mia moglie dice che sono uno smemorato!)
A pensarci bene però il quesito iniziale di Gengo non era relativo al valore della velocità bensì a come fare a calcolarla! Boh?
In questa pagina http://www.provincia.venezia.it/mfosc/f ... eletr.html si parla di velocità della corrente (intesa come impulso elettrico) in maniera piuttosto semplice. (E' un po' avanti nel testo, al 5° paragrafo)
In quest'altra http://ishtar.df.unibo.it/em/elet/microhm.html invece si parla di velocità degli elettroni.
Il tutto conferma i miei ricordi risalenti a oltre un quarto di secolo fa!
(e pensare che mia moglie dice che sono uno smemorato!)
A pensarci bene però il quesito iniziale di Gengo non era relativo al valore della velocità bensì a come fare a calcolarla! Boh?
Franco
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E anche in questo caso la pesca sulla rete è stata fruttuosa (la sorellina di una delle pagine citate in precedenza): http://ishtar.df.unibo.it/em/elet/campo.htmlA pensarci bene però il quesito iniziale di Gengo non era relativo al valore della velocità bensì a come fare a calcolarla! Boh?
Scorrendo il testo si trova il metodo per calcolare la velocità di deriva degli elettroni.
ciao
Franco
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In altro testo ho trovato un riferimento alla velocità di un elettrone sottoposto all'azione di un campo elettrico nel vuoto (Sante Malatesta - Elementi di elettronica e radiotecnica - Ed. Colombo Cursi - Pisa - 1967).
In breve:
$v = \sqrt{\frac {2eU}{m}} = 593\cdot 10^3 \sqrt{U}$ m/sec
dove:
$e=1,6 \cdot 10^{-19}$ coulomb è la carica elettrica di un elettrone
$m=9,1\cdot 10^{-31}$ kg è la massa di un elettrone
U la differenza di potenziale
Si deduce che la velocità dell'elettrone è funzione della differenza di potenziale e che con una differenza di potenziale di 100V si ottiene una velocità di circa 6000 km/s
Qui mi sorge un dubbio:
con una differenza di potenziale di 256.000 V, l'elettrone assumerebbe secondo la formula una velocità di circa 300.000 km/s e dunque a questi livelli la formula non sarebbe più valida....oppure?
In breve:
$v = \sqrt{\frac {2eU}{m}} = 593\cdot 10^3 \sqrt{U}$ m/sec
dove:
$e=1,6 \cdot 10^{-19}$ coulomb è la carica elettrica di un elettrone
$m=9,1\cdot 10^{-31}$ kg è la massa di un elettrone
U la differenza di potenziale
Si deduce che la velocità dell'elettrone è funzione della differenza di potenziale e che con una differenza di potenziale di 100V si ottiene una velocità di circa 6000 km/s
Qui mi sorge un dubbio:
con una differenza di potenziale di 256.000 V, l'elettrone assumerebbe secondo la formula una velocità di circa 300.000 km/s e dunque a questi livelli la formula non sarebbe più valida....oppure?
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E' la somma che fa il totale (Totò)
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Un elettrone nel vuoto soggetto ad un campo elettrico uniforme, dovrebbe muoversi secondo un moto uniformemente accelerato e non a velocità costante.
L'accelerazione è: a=E*e/m
dove E = campo elettrico (in V/m)
e = carica elettrica dell'elettrone (1,602*10e-19 C)
m = massa dell'elettrone (9,11*10e-31 kg)
Cosa succede quando la velocità comincia ad approssimarsi a quella della luce è al di là della mia comprensione.
Franco
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Si, ma il testo si riferisce ad un elettrone inizialmente a riposo, sul quale viene esercitata una forza F = eE newton, ove e è la carica dell'elettrone ed E è l'intensità del campo elettrico espresso in V/m.
Per la verità il testo fa anche delle citazioni sul moto rettilineo uniforme che muta in accelerato in presenza di una forza applicata, ma quando introduce la formula di cui al precedente post, fa riferimento ad un elettrone inizialmente a riposo.
D'altra parte, avevo riportato una formula "in breve" e bisogna considerare che il vuoto, o anche gas inerte, al quale si riferisce il testo è quello di una vecchia valvola, dove fra anodo e catodo corrono solo pochi millimetri.
Penso che l'autore abbia circoscritto il campo della trattazione, peraltro molto sintetica, allo scopo di pervenire ad una formula.
Adesso che ti dico? I miei ricordi di fisica sono labili, il testo ha compiuto 40 anni, ma era stato scritto da un Docente dell'Università di Pisa e salvo errori di stampa...boh!
Per la verità il testo fa anche delle citazioni sul moto rettilineo uniforme che muta in accelerato in presenza di una forza applicata, ma quando introduce la formula di cui al precedente post, fa riferimento ad un elettrone inizialmente a riposo.
D'altra parte, avevo riportato una formula "in breve" e bisogna considerare che il vuoto, o anche gas inerte, al quale si riferisce il testo è quello di una vecchia valvola, dove fra anodo e catodo corrono solo pochi millimetri.
Penso che l'autore abbia circoscritto il campo della trattazione, peraltro molto sintetica, allo scopo di pervenire ad una formula.
Adesso che ti dico? I miei ricordi di fisica sono labili, il testo ha compiuto 40 anni, ma era stato scritto da un Docente dell'Università di Pisa e salvo errori di stampa...boh!
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Velocemente cerco di integrare quello che avete detto (ma non avendo letto nessuno dei vostri link potrei dire ovvietà).
Parlando di “velocità degli elettroni” se ne possono intendere almeno tre ben diverse, sia per definizione, sia per ordine di grandezza:
- la velocità dell'informazione (quella con cui si propaga il segnale, e di cui si è già parlato, legata al tempo che ci mette la corrente ad arrivare ad attivare un eventuale dispositivo),
- la velocità “propria” degli elettroni,
- la velocità di deriva.
Per capire meglio che cosa sono si può fare un esempio “idrico” che mi pare davvero esplicativo:
pensiamo ad un lungo tubo di rame (poteva andare bene anche un tubo di gomma, ma l'esempio funziona meglio se il tubo è molto rigido) pieno di acqua collegato da una parte ad un rubinetto e dall'altra ad un dispositivo per innaffiare; allora se apro il rubinetto l'acqua si muove e si può parlare di velocità dell'acqua.
Anche in questo caso abbiamo tre velocità:
- la velocità dell'informazione (quella con cui si propaga il “segnale”, legata al tempo che ci mette l'acqua ad uscire dal dispositivo),
- la velocità “propria” delle molecole dell'acqua (dovuta all'agitazione termica),
- la velocità di deriva (la “vera” velocità macroscopica dell'acqua).
Per quanto riguarda la velocità della luce, non so niente di ufficiale, ma a me non sembra così strano che il segnale si propaghi a velocità confrontabile a quella della luce, senza che lo facciano gli elettroni (un po' come quando batto contro un estremo di un tondino di ferro molto lungo: il segnale del colpo (suono) si propaga con una velocità molto alta (velocità del suono nel ferro) e per uno spazio considerevolmente lungo (onda unidimensionale, che quindi si smorza solo per gli “attriti”, che possono essere minimi); e questo pur non dando assolutamente un'energia sufficiente a spostare nemmeno di un millimetro il tondino.
Parlando di “velocità degli elettroni” se ne possono intendere almeno tre ben diverse, sia per definizione, sia per ordine di grandezza:
- la velocità dell'informazione (quella con cui si propaga il segnale, e di cui si è già parlato, legata al tempo che ci mette la corrente ad arrivare ad attivare un eventuale dispositivo),
- la velocità “propria” degli elettroni,
- la velocità di deriva.
Per capire meglio che cosa sono si può fare un esempio “idrico” che mi pare davvero esplicativo:
pensiamo ad un lungo tubo di rame (poteva andare bene anche un tubo di gomma, ma l'esempio funziona meglio se il tubo è molto rigido) pieno di acqua collegato da una parte ad un rubinetto e dall'altra ad un dispositivo per innaffiare; allora se apro il rubinetto l'acqua si muove e si può parlare di velocità dell'acqua.
Anche in questo caso abbiamo tre velocità:
- la velocità dell'informazione (quella con cui si propaga il “segnale”, legata al tempo che ci mette l'acqua ad uscire dal dispositivo),
- la velocità “propria” delle molecole dell'acqua (dovuta all'agitazione termica),
- la velocità di deriva (la “vera” velocità macroscopica dell'acqua).
Per quanto riguarda la velocità della luce, non so niente di ufficiale, ma a me non sembra così strano che il segnale si propaghi a velocità confrontabile a quella della luce, senza che lo facciano gli elettroni (un po' come quando batto contro un estremo di un tondino di ferro molto lungo: il segnale del colpo (suono) si propaga con una velocità molto alta (velocità del suono nel ferro) e per uno spazio considerevolmente lungo (onda unidimensionale, che quindi si smorza solo per gli “attriti”, che possono essere minimi); e questo pur non dando assolutamente un'energia sufficiente a spostare nemmeno di un millimetro il tondino.