Lezione 16

Elettrodinamica

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Introduzione

Nei conduttori solidi qualche elettrone per atomo pu

diventare libero di muoversi passando da un atomo all'altro.

Applicando la teoria cinetica dei gas si trova che gli elettroni

di conduzione, per effetto dell'agitazione termica, hanno

una velocit media di circa 106 m/s.

Si tratta di un moto disordinato per via dei continui urti

contro gli ioni e/o le impurezze ed imperfezioni del reticolo.

Un moto disordinato non costituisce corrente elettrica:

infatti, per ogni elettrone che si muove in un verso ce ne

un altro che si muove nel verso opposto.

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Velocit di deriva

Se agli estremi del conduttore si applica una ddp, gli elettroni di

conduzione assumono -sovrapposto al moto di agitazione termica- un

moto ordinato in verso opposto al campo con una velocit detta di

deriva pari a circa 102 m/s, che molto minore dell'agitazione termica.

In tal caso il conduttore attraversato da una corrente elettrica.

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Corrente elettrica

Per corrente elettrica intendiamo un moto ordinato di

cariche in un conduttore sotto lazione di un campo

elettrico.

Precisamente si chiama intensit di corrente elettrica (i) la

quantit di carica ( q) che in un intervallo di tempo t

attraversa una sezione qualunque del conduttore:

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AmpereLe cariche in moto:

nei solidi sono elettroni

nei liquidi e nei gas sono in generale ioni.

Per convenzione, il verso della corrente quello di moto delle

cariche positive.

Applicando una ddp agli estremi di un conduttore, gli elettroni

si muovono dall'estremit dove il potenziale minore a quella

dove il potenziale maggiore. La corrente ha verso opposto.

Nel SI si misura in Ampere (simbolo A)

1 Ampere= 1 Coulomb/ 1 secondo

Una corrente la cui intensit non varia nel tempo si dice

continua.WWW.SLIDETUBE.IT

Prima legge di Ohm

La corrente elettrica che percorre un filo conduttore conseguenza

della ddp applicata ai suoi estremi; pertanto ovvio che la corrente

elettrica sia una funzione della ddp applicata.

La 1a legge di Ohm specifica il tipo di funzione:

i=V / R

dove V la ddp ed R una costante caratteristica del materiale (nelle

condizioni, ad esempio di temperatura, in cui esso si trova) di cui fatto

il filo che si dice resistenza elettrica.

Nel SI la resistenza si misura in Ohm (simbolo ):

1 Ohm= 1 Volt / (1 Ampere)

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Conduttore ohmico e non ohmico

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Resistivit vs temperatura

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Seconda legge di Ohm

Si pu misurare sperimentalmente la resistenza di fili conduttori della

stessa natura ma con lunghezza L e sezione S diverse, oppure quella

di fili aventi le stesse propriet geometriche ma natura diversa. I

risultati sperimentali sono riassunti dalla 2a legge di Ohm

R= L/S

ove la resistivit del materiale, ovvero una costante (ad una data

temperatura) che dipende dal tipo di materiale di cui fatto il filo.

Sperimentalmente si trova che essa aumenta con la temperatura

secondo la legge

20)[1+ (T-20)]

ove la resistivit alla temperatura T e 20) la resistivit alla

temperatura di 200c ed un coefficiente caratteristico del metallo

considerato.

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Perch la resistenza

L'esistenza della resistenza dovuta al fatto che il

movimento degli elettroni di conduzione ostacolato dalle

vibrazioni degli ioni del reticolo cristallino. All'aumentare

della temperatura le vibrazioni degli ioni del reticolo

aumentano e pertanto anche la resistenza aumenta.

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Semplici circuiti elettrici

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Collegamenti tra resistenze

Resistenze in serie:

Rtot=R1+R2+....

Resistenze in parallelo:

1/Rtot=1/R1+1/R2+....

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Resistenze in serie

Req=R1+R2

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Resistenze in parallelo

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Esercizio

Trovare la resistenza

equivalente del circuito di

figura.

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Esercizio

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Effetto Joule

Il riscaldamento di un conduttore metallico attraversato da corrente

elettrica noto come effetto Joule.

Si sfrutta nelle stufe elettriche, nelle cucine elettriche, nei ferri da stiro

etc.

Utilizzando la 1a legge di Ohm V=Ri, il lavoro per muovere una carica

elettrica tra due punti dello spazio la cui ddp sia V dato da:

L=qV=i t V =Ri2 t

e la potenza (dissipata) associata : P=Ri2.

Nei conduttori elettrici tutta l'energia potenziale perduta dalle cariche

dissipata in energia termica.

Detta Q la quantit di calore che si sviluppa in un filo conduttore di

resistenza R, percorso da una corrente i nel tempo t, si ha

Q=Ri2t (Joule)

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Conduzione nelle soluzioni

Nel caso della conduzione nelle soluzioni le cariche

elettriche sono legate a parti di molecole. Il movimento

delle cariche dunque accompagnato da movimento di

materia (gli ioni in cui si era scissa la molecola entrando in

soluzione).

Il meccanismo della conduzione diverso dal caso dei

solidi e pertanto non vale pi la legge di Ohm.

Per poter applicare ora una ddp (che determini moto di

cariche) occorre che il generatore venga a contatto con la

soluzione, ad esempio mediante elettrodi metallici immersi

nella soluzione stessa.

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Conduzione nelle soluzioni

La conduzione dunque affidata a ioni allinterno della

soluzione e ad elettroni nellelettrodo metallico.

Uno ione negativo cede il suo elettrone in pi allelettrodo positivo, dove prosegue la condizione.

Uno ione positivo cattura un elettrone dallelettrodo

negativo chiudendo il bilancio di carica.

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Elettrolisi

Agli elettrodi avvengono pertanto delle reazioni chimiche

(ossido-riduzioni) che trasformano gli ioni in particelle

materiali neutre.

Le parti neutralizzate a loro volta scompaiono e la molecola

originale non sar pi presente. Si rende possibile la

raccolta separata dei due frammenti di questa, nota con il

nome di elettrolisi.

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Effetti della corrente elettrica

Perch si verifichi un effetto fisiologico il corpo umano deve diventare

parte di un circuito elettrico chiuso. In tali condizioni si determina

passaggio di corrente elettrica che provoca:

1. Riscaldamento (effetto Joule)

2. Bruciature elettrochimiche (effetti elettrolitici)

3. Stimolazione di tessuti eccitabili

Gli effetti fisiologici variano in funzione dellintensit della corrente;

nellordine, superata la soglia di percezione, si ha:

Corrente di rilascio della presa (lieve contrazione muscolare,

scossa)

Paralisi respiratoria, affaticamento, dolore

Fibrillazione ventricolare

Contrazione miocardica sostenuta

Bruciature (fulminazione)

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