Post on 23-Oct-2020
Elettricità 4 Dummies
Davide Cesare
davide.cesare.84@gmail.com
Nerd Open Workshop - Firenze 15/12/2012
Introduzione: «l’energia potenziale nella meccanica»
L’energia potenziale 𝑈 è la differenza tra l’energia posseduta da un oggetto in una data posizione 𝑈𝑎 e quella posseduta dallo stesso in una posizione di riferimento 𝑈0.
Esempio: Il sasso viene attratto dal campo gravitazionale terrestre ed ha energia
𝑬 = 𝒎𝒈𝒉
𝑬 ∝ 𝒉 l’energia è proporzionale all’altezza!
Analogia idraulica #1: «flusso acqua = corrente elettrica»
Prendiamo 2 cisterne collegate da una condotta
Appena il dislivello si azzera la corrente cessa immediatamente
Se c’è un dislivello tra le due cisterne
si crea una corrente di acqua nella condotta
h
Analogia idraulica #1: «flusso acqua = corrente elettrica»
Acqua attraverso la condotta nell’unità di tempo:
(portata)
𝑞 =𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡à 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑎
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜
Elettroni attraverso il filo nell’unità di tempo:
(corrente)
𝑖 =𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡à 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑜𝑛𝑖
𝑡𝑒𝑚𝑝𝑜
Analogia idraulica #2: «differenza di livello = tensione elettrica»
Differenza Corrente di livello di acqua
Differenza Corrente di tensione elettrica
Differenti quantità di carica tra i due poli
Differenti quantità di acqua tra le due cisterne
Analogia idraulica #2: «differenza di livello = tensione elettrica»
- La carica elettrica non si genera dal nulla ma è sempre frutto di un lavoro. E’ necessario che qualche forza «strappi via» elettroni agli atomi che li possedevano
causa esempi
ossido-riduzione batterie
induzione magnetica dinamo, generatori
induzione elettrostatica
temporali, generatori di Van de Graaff
luce celle fotovoltaiche
calore termocoppie
deformazione meccanica
cristalli piezoelettrici
http://it.wikipedia.org/wiki/Ossido-riduzionehttp://it.wikipedia.org/wiki/Ossido-riduzionehttp://it.wikipedia.org/wiki/Ossido-riduzionehttp://it.wikipedia.org/wiki/Batteria_(chimica)http://it.wikipedia.org/wiki/Induzione_magneticahttp://it.wikipedia.org/wiki/Dinamohttp://it.wikipedia.org/wiki/Generatore_elettricohttp://it.wikipedia.org/wiki/Induzione_elettrostaticahttp://it.wikipedia.org/wiki/Induzione_elettrostaticahttp://it.wikipedia.org/wiki/Temporalehttp://it.wikipedia.org/wiki/Generatore_di_Van_de_Graaffhttp://it.wikipedia.org/wiki/Generatore_di_Van_de_Graaffhttp://it.wikipedia.org/wiki/Generatore_di_Van_de_Graaffhttp://it.wikipedia.org/wiki/Lucehttp://it.wikipedia.org/wiki/Modulo_fotovoltaicohttp://it.wikipedia.org/wiki/Calorehttp://it.wikipedia.org/wiki/Termocoppiahttp://it.wikipedia.org/wiki/Deformazionehttp://it.wikipedia.org/wiki/Deformazionehttp://it.wikipedia.org/wiki/Piezoelettricit%C3%A0
Analogia idraulica #3: «diametro condotta = resistenza elettrica»
Scorre un flusso «x»
Il flusso diminuisce
Il flusso aumenta
E questa? ? 𝑅 =
8η𝑙
π𝑟2
Analogia idraulica #3: «diametro condotta = resistenza elettrica»
La corrente di elettroni deve passare attraverso la struttura cristallina del conduttore (modello di Drude).
Maggiore sezione Passaggio più semplice
È come dover attraversare un aeroporto:
Aeroporto deserto Lo attraverso di
corsa in 1 minuto
Aeroporto nell’ora di punta
Lo attraverso a fatica in 20 minuti (facendo a spallate)
𝑅 = 𝜌𝑙
𝑆
Il circuito elettrico (mettiamo tutto insieme e vediamo che succede)
Batteria: genera una differenza di potenziale (a.k.a. tensione)
Interruttore: Apre e chiude il circuito
Resistenza: Si oppone al passaggio della corrente
Filo: In realtà anche il filo si oppone al passaggio della corrente ma solitamente la sua resistenza è trascurabile
Differenza di potenziale
in volt (V)
Il circuito elettrico La (prima) legge di Ohm
Georg Simon Ohm (1789 –1854)
I=?
𝑉 = 𝑅 ∗ 𝐼
1,5 Volt
0 Volt (riferimento)
R=1Ω
Resistenza in ohm (Ω)
Corrente in Ampère (A)
James Prescott Joule 1818 - 1889
Principio dimostrato da Joule (infatti il lavoro si misura in Joule [J])
Principio di conservazione dell’energia:
LAVORO (elettroni che si muovono)
CALORE (resistenza che scalda)
=
Il circuito elettrico (Lavoro ed effetto Joule)
Esperimento
R =1Ω
Lavoro (L) = trasferimento o sottrazione di energia cinetica compiuto da una forza su un corpo
L = 𝐹𝑜𝑟𝑧𝑎 𝑒𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑜𝑚𝑜𝑡𝑟𝑖𝑐𝑒 (𝑉) ∗ Carica Elettrica (Q)
Ho dimostrato il 1° principio della
termodinamica!
Il circuito elettrico (la potenza)
𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼
Ma anche
𝑃 = 𝑅 ∗ 𝐼2 e 𝑃 =𝑉2
𝑅
Potenza (P) = lavoro nell’unità di tempo [W]
1W =1 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒
1 𝑠𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑜
R =1Ω
1,5 Volt
0 Volt
Potenza dissipata dalla resistenza 𝟏, 𝟓𝑽 ∗ 𝟏, 𝟓𝑨 = 𝟐, 𝟐𝟓𝑾
Il circuito elettrico (polarizziamo un led)
Colore Tensione
di giunzione
infrarosso 1,3
rosso 1,8
giallo 1,9
verde 2,0
arancio 2,0
blu/bianco 3,0
Blu 3,5 V
Tipologia LED Assorbimento
(mA)
LED basso consumo
3 - 10
LED normali 10 - 15
LED flash 20 - 40
LED di potenza 100 - 20000
I LED, quando sono sottoposti ad una tensione diretta, emettono fotoni
il «+» è il piedino più lungo!
Il circuito elettrico (polarizziamo un led)
3 V
0 V
1,5V
1) Fissare un valore di corrente (es 10mA)
2) Calcolare la tensione in eccesso: 𝑉𝑒𝑐𝑐 = 𝑉 − 𝑉𝑙𝑒𝑑
Es. con led rosso: 𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝 = 3 − 1,8 = 1,2𝑉
3) Calcolare la resistenza adeguata per far scorrere la corrente desiderata:
𝑅 =𝑉𝑒𝑐𝑐
𝑖𝑑𝑒𝑠𝑖𝑑𝑒𝑟𝑎𝑡𝑎=
1,2
0,01= 120Ω
Carica delle batterie
Capacità Tipica: 3Ah
Capacità Tipica: 16Ah
Le batterie generano corrente elettrica grazie ad una reazione chimica; la capacità indica quanta corrente possono generare prima che la reazione si esaurisca. Durante lo scaricamento anche la tensione cala leggermente.
La capacità di misura in Ampèrora (Ah) ed indica «quanta corrente per quanto tempo» la batteria è in grado di erogare.
Quanto durerà la batteria?
𝐷𝑢𝑟𝑎𝑡𝑎 [ℎ] = 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡à [𝐴ℎ]
𝑎𝑠𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 [𝐴]
The end
gracias
puno vam hvala
salamat
dziękuję bardzo Ευχαριστω
Hvala
::ُشْكرًا Спасибо
Dhanyavaad
Dankeschön
Cảm ơn
teşekkür ederim
thank you
obrigada
grazie