Post on 17-Feb-2019
La corrente elettrica
L'intensità della corrente elettrica
Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di caricheelettriche
In un filo metallico (come il filamento di una lampadina) lecariche in moto sono gli elettroni, negativi
L'intensità della corrente elettrica
Un moto di cariche è simile al moto di un liquido.
L'intensità di corrente
L'intensità di corrente elettrica è il rapporto tra la carica cheattraversa una sezione S di un conduttore nell'intervallo ditempo t, e l'intervallo di tempo stesso.
Q è la somma delle cariche positive e di quelle negative che attraversano S.
L'intensità di corrente
Per esempio: se in t = 0,10 s passa una carica Q = 0,050 C,l'intensità di corrente i è:
L'unità di misura nel S.I. è l'ampere (A):
una corrente di 1 A trasporta 1 C al secondo.
Strumenti di misura: amperometro analogico e digitale
Il verso della corrente
Per convenzione, il verso della corrente elettrica è quello incui si muovono le cariche positive:
la corrente si muove da punti a potenziale maggiore versopunti a potenziale minore;
il moto degli elettroni in un metallo avviene nel versoopposto a quello fissato per la corrente convenzionale.
La corrente continua
Una corrente si dice continua quando la sua intensità ècostante nel tempo.
Su alimentatori a corrente continua o altri dispositivi (es.pila stilo) compare l'indicazione “DC” (direct current).
Dalla definizione di i si ha:
In corrente continua, la carica Qe il tempo t sono direttamente proporzionali.
I generatori di tensione e i circuiti elettrici
Un dislivello in un fluido determina una corrente di liquido checontinua finché la differenza di livello non si annulla.
I generatori di tensione e i circuiti elettrici
Un dislivello di liquido provoca una corrente;
in modo simile, la differenza di potenziale V causa una correnteelettrica: essa fluisce finché V = 0;
la pompa idraulica ristabilisce il dislivello portando il liquido dallivello più basso a quello più alto;
analogamente, un generatore di tensione mantiene ai suoi capiun V costante nel tempo.
I generatori di tensione e i circuiti elettrici
Si chiama generatore ideale di tensione continua undispositivo che mantiene ai suoi capi un V costante, per untempo indeterminato, indipendentemente dalla correnteche fluisce.
Il suo funzionamento è analogo a quello della pompa idraulica: preleva le cariche positive (convenzionali) dai punti a potenziale più basso (-) per riportarle ai punti a potenziale maggiore (+).
I circuiti elettrici
Un circuito elettrico è un insieme di conduttori connessi inmodo continuo e collegati a un generatore.
I circuiti elettrici
Ciascun elemento di un circuito è rappresentato da un simbolo.
Se il circuito è chiuso (senza interruzioni) c'è passaggio di corrente; seè aperto non vi fluisce corrente.
Collegamento in serie
Più conduttori sono connessi in serie se sono posti insuccessione tra loro. In essi fluisce la stessa correnteelettrica.
Collegamento in parallelo
Più conduttori sono connessi in parallelo se hanno sia leprime che le seconde estremità connesse tra loro. Ai lorocapi c'è la stessa differenza di potenziale.
Collegamento in serie e parallelo
Le lampadine dell'albero di Natale sono connesse in serie:se una si rompe, il circuito si apre, non passa più corrente etutte si spengono;
gli elettrodomestici dell'impianto di casa sono connessi inparallelo: sono tutti indipendenti.
La prima legge di Ohm
Vediamo sperimentalmente come varia l'intensità dicorrente in un conduttore, quando varia V ai suoi capi.
La prima legge di Ohm
Otteniamo la curva caratteristica del conduttore riportandoi dati in un grafico V-i.
I conduttori hanno comportamenti molto vari:
G.S. Ohm scoprì che permolti conduttori, tra cui imetalli e le soluzioni diacidi, basi e sali, la curvacaratteristica è una rettache passa per l'origine: taliconduttori sono dettiohmici.
La prima legge di Ohm
La retta passante per l'origine rappresenta la
Prima legge di Ohm: nei conduttori ohmici l'intensità dicorrente è direttamente proporzionale alla differenza dipotenziale applicata ai loro capi.
La resistenza elettrica R si misura in ohm ():
R misura la DIFFICOLTA’ da parte del conduttore a far
passare I
I resistori
Un conduttore ha la resistenza di 1 ohm quando
viene attraversato dalla corrente di 1 A, se
sottoposto alla differenza di potenziale di 1 V.
I componenti elettrici che seguono la prima
legge di Ohm sono chiamati resistori;
negli schemi elettrici, un resistore viene
rappresentato dal simbolo in figura:
INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA DI R
Microscopicamente una carica è ostacolata nel suo moto nel conduttore
1) Dalle altre cariche
2) Dai protoni dei nuclei
URTI dei portatori di
corrente contro il
reticolo cristallino
del conduttore
DA COSA DIPENDE TALE DIFFICOLTA’
1) Caratteristiche fisiche del conduttore (tipo e
disposizione dei legami, dislocazione dei nuclei)
2) Lunghezza l del conduttore (l , R )
3) Sezione S del conduttore (S , R)
misurata da R?
SECONDA LEGGE DI OHM
= RESISTIVITA’del materiale (rende conto della dipendenza di R
dal materiale e dalla sua T temperatura) dipende da T
S
lR
= 0(1+T)
I resistori in serie e in parallelo
La resistenza equivalente Req di una rete di resistori è quella di un singoloresistore che, sottoposto alla stessa V, assorbe dal generatore la stessa i.
Se chiamiamo ieq la corrente assorbita, si ha:
Resistori in serie
L'intensità della corrente in entrambi i conduttori è uguale:
Resistori in serie
Invece il V totale è la somma delle singole differenze dipotenziale ai capi di R1 e R2:
Poiché è e , si ha:
, dunque:
Resistori in serie
Nel caso di due resistori in serie, è:Req= R1 + R2.
Generalizzando al caso di n resistori in serie, si ottiene che
la resistenza equivalente di più resistori posti in serie è ugualealla somma delle resistenze dei singoli resistori:
Ogni resistore aggiunto aumenta la resistenza totale, perchéè un ulteriore ostacolo al passaggio della corrente elettrica.
Resistori in parallelo
La corrente erogata dal generatore è uguale alla somma dellecorrenti nei due resistori:
Resistori in parallelo
Possiamo dimostrare che:
l'inverso della resistenza equivalente di più resistori posti inparallelo è uguale alla somma degli inversi delle resistenze deisingoli resistori:
Ogni resistore aggiunto diminuisce la resistenza totale, perché offre una possibilità in più al passaggio della corrente elettrica
Le leggi di Kirchhoff
Valgono per tutti i circuiti ohmici e servono per risolvere icircuiti, ossia per stabilire i valori di i e V relativi a ciascunresistore. Definiamo:
nodo: punto in cui convergono più conduttori;
maglia: tratto chiuso di circuito;
una maglia è fatta di più ramiche connettono vari nodi.
nodo
maglia
La legge dei nodi
Prima legge di Kirchhoff o legge dei nodi:
la somma delle intensità di corrente entranti in un nodo èuguale alla somma di quelle uscenti.
Considerando positive le correnti entranti e negative quelleuscenti, si ha:
dove la sommatoria è su tutte le correnti del nodo.
La legge segue dal principio di conservazione della caricaelettrica.
La legge delle maglie
Seconda legge di Kirchhoff o legge delle maglie:
la somma algebrica delle differenze di potenziale che siincontrano percorrendo una maglia è uguale a zero.
Infatti, camminando su un percorso chiuso, si ritorna allo stessopotenziale di partenza.
La trasformazione dell'energia elettrica
Alcuni elettrodomestici contengono un resistore che si scaldaquando è attraversato da corrente.
La trasformazione dell'energia elettrica
Effetto Joule: è il fenomeno per cui un conduttore percorsoda corrente elettrica si riscalda.
L’energia potenziale elettrica si trasforma in energia cineticadelle molecole del conduttore. La temperatura aumenta,l'energia elettrica diventa calore (energia termica).
Potenza dissipata dal resistore, P: è la rapidità con cuil'energia elettrica è trasformata in energia interna delresistore. Vale la legge:
Ricordiamo che l'unità di misura della potenza nel S.I. è il watt (W):1 W = 1 J / 1 s
La forza elettromotrice
All'interno di un generatore vi sono forze che lavoranocontro il campo elettrico, per riportare le cariche positiveverso il polo “+” e gli elettroni verso il polo “–”.
La forza elettromotrice fem di un generatore è il rapportotra il lavoro W compiuto per spostare una carica q al suointerno e la carica stessa:
Esempio: una pila da 9 V compie un lavoro di9 J per spostare al suo interno 1 C di carica positiva dal polo – alpolo +.
La forza elettromotrice di un generatore ideale di tensione è ladifferenza di potenziale che esso mantiene ai suoi estremi; La forzaelettromotrice è effettivamente la tensione che si ha ai poli delgeneratore, non si disperde nulla.
Per un generatore reale la forza elettromotrice è uguale allamassima tensione che si può avere tra i suoi poli.
Quando circola correntein un generatore reale,parte dell'energia fornita(della forza elettromotrice)serve a vincere laresistenza al moto dellecariche nel suo interno.
La forza elettromotrice: generatore ideale e reale
Il generatore reale di tensione
Per descrivere questo calo di tensione associamo ad ognigeneratore reale una resistenza interna r:
r misura l'impedimento al moto delle cariche all'interno delgeneratore;
ogni generatore reale può essere modellizzato come ungeneratore ideale collegato in serie ad una opportunaresistenza interna r.
Nel caso reale r 0, è dunque V < fem;si ha V = fem solo se r = 0 o se R(circuito aperto).