La corrente elettrica

Prof. Roberto CaponeLiceo Classico “F. De Sanctis “

Lacedonia (AV)

Intensità della corrente elettrica

Che cosa succede dentro questa lampadina accesa?

Nel filamento di tungsteno di una lampadina accesa un gran numero di elettroni si sposta in modo ordinato. Si dice allora che circola corrente elettrica.

Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche

Quali sono le condizioni affinché la corrente elettrica attraversi un materiale?

Analogia tra fluidi e corrente elettrica

Per capirlo consideriamo un sistema di vasi comunicanti Per fare scorrere l’acqua in

una conduttura occorre che il liquido si trovi a livelli diversi in modo che un volumetto d’acqua posto ai due livelli abbia una differenza di energia potenziale. Per far muovere le cariche è necessaria una differenza di potenziale elettrico: le cariche positive seguono la «discesa di potenziale» mentre quelle negative la risalgono.

Intensità di corrente

t

Qi

Se consideriamo una sezione trasversale del filo, aspettiamo un tempo ΔT. Il rapporto tra la carica passata e il tempo trascorso si chiama intensità di corrente elettrica.

Nel sistema internazionale la sua unità di misura è l’Ampere

Intensità di corrente elettrica (A)

Carica elettrica(C)

Carica elettrica(C)

Intervallo di tempo(s)

Intervallo di tempo(s)

Il verso della corrente

Anche se la corrente elettrica è una grandezza scalare, convenzionalmente le si attribuisce un verso che è quello che vede le cariche positive muoversi verso il polo negativo

Questa convenzione si applica anche ai conduttori metallici nei quali la corrente è dovuta soltanto al movimento degli elettroni

Dal punto di vista matematica la corrente di cariche positive è equivalente alla corrente di cariche negative dunque per i conduttori metallici si può ragionare in termini di cariche positive ipotetiche che si muovono nel verso della corrente convenzionale

I generatori di tensione e i circuiti elettrici

Quando il liquido si trova allo stesso livello, la corrente non fluisce più

Per mantenere la corrente del liquido occorre ricreare il dislivello con una pompa

La pompa toglie l’acqua dove il livello è basso e la trasporta dove il livello è alto, ricreando così il dislivello che causa la corrente di liquido

In modo simile, la differenza di potenziale genera una corrente elettrica

I generatori di tensione e i circuiti elettriciQuesta corrente, man mano che fluisce. tende

ad annullare la differenza di potenziale. Per mantenere la corrente, occorre ricreare il dislivello di potenziale con una pila o con un altro generatore di tensione.

Si chiama generatore ideale di tensione continua un dispositivo capace di mantenere ai suoi capi una differenza di potenziale costante, per un tempo indeterminato e qualunque sia la corrente da cui è attraversato

I generatori di tensione e i circuiti elettrici Un generatore di tensione

continua, come la pila, ha la stessa funzione della pompa: preleva le cariche positive (convenzionali) dove il potenziale è basso (—) e le trasporta dove il potenziale è allo (+). Poi. quando si trovano a potenziale più alto, le cariche scendono naturalmente lungo il dislivello elettrico, creando una corrente.

Il generatore ideale di tensione è (come il punto materiale o il gas perfetto) un modello semplificato del comportamento dei dispositivi reali, utile per analizzare in prima approssimazione il comportamento dei sistemi fisici.

I circuiti

Colleghiamo i capi di una lampadina ai poli di una pila con due fili di rame: vediamo che la lampadina si illumina. Ciò che abbiamo realizzato è un circuito elettrico.

• Se la catena dei conduttori non è interrotta, il circuito si dice chiuso e in esso fluisce una corrente elettrica.

Se è interrotta, il circuito si dice aperto e in esso non c’è corrente.

Il circuito è formato da una pila e da tre

conduttori: una lampadina e due

fili di rame

I Simboli di un circuito

Collegamento in serie

Più conduttori sono collegati in serie se sono posti in successione tra loro. In essi passa la stessa corrente elettrica.

Di solito sono poste in serie le lampadine dell’albero di Natale. Quando una lampadina brucia, il circuito si apre, la corrente smette di circolare e tutte le da uno altre si spengono.

Collegamento in parallelo

Più conduttori sono collegati in parallelo se hanno le prime estremità connesse tra loro e anche i secondi estremi connessi tra loro. Essi sono sottoposti alla stessa differenza di potenziale. Nell’esempio, la differenza di potenziale ai capi di ciascuna lampadina è quella fornita dalla pila e quindi è la stessa.

Perché gli elettrodomestici sono in parallelo?

Leggi di Ohm

Come varia la corrente elettrica che circola in un conduttore quando cambiamo la differenza di potenziale ai suoi capi?

Per capirlo prendiamo un circuito elettrico che ci consenta di misurare entrambe le grandezze.

Colleghiamo un amperometro in serie con il conduttore e un voltmetro in parallelo con il conduttore.

Chiudiamo l’interruttore e riportiamo i valori misurati dai due strumenti in un diagramma corrente/tensione

La legge dei nodi

Per la conservazione della carica elettrica, la somma delle intensità di corrente che entrano in un nodo è sempre uguale alla somma di quelle che escono.

Come si misura la corrente che attraversa un conduttore?

Come si misura la differenza di potenziale ai capi di un conduttore?

I conduttori ohmici

Ripetiamo la misurazione utilizzando valori diversi della tensione e della corrente e riportiamo sul grafico i punti cosi ottenuti.

Quella che troviamo è chiamata curva caratteristica del conduttore

In generale la natura di questa curva dipende dal conduttore ma vi sono particolari conduttori per cui la curva è una retta passante per l’origine degli assi: i conduttori ohmici

La prima legge di Ohm (2)

La I legge di Ohm

Nei conduttori ohmici l’intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai capi del conduttore stesso

Si chiama resistore un componente elettrico che segue la prima legge di Ohm.

R

Vi

A

V

1

11

Intensità di corrente Elettrica (A)

Resistenza elettrica (V/A)

Differenza di potenziale(V)

Resistori in serie

neq RRRR .....21

Consideriamo un circuito con due resistenze disposte in serie. Esso è attraversato da una sola corrente elettrica

La corrente che attraversa il circuito è la stessa che si avrebbe se in serie al generatore ci fosse un’unica resistenza equivalente di valore pari alla somma delle resistenze presenti nel circuito

Dimostrazione

neq RRRR .....21

Per la prima legge di Ohm applicata ai capi dei resistori abbiamo

∆V1 = R1i e ∆V2 = R2i.

Poiché

∆V=∆V1+∆V2, si ha

∆ V = R1i + R2i = (R1 + R2)i

Che dimostra la legge nel caso di due resistenze

La legge per le resistenze in serie mostra che ogni resistore aggiunto in serie aumenta la resistenza totale del circuito; ciò è dovuto al fatto che ogni resistore in più aggiunge un nuovo ostacolo al fluire della corrente.

Resistenze in parallelo neq RRRR

1...

111

21

Quando i resistori sono collegati in parallelo la differenza di potenziale rimane la stessa. In questo caso la resistenza equivalente è data dalla seguente formula

Chi riscalda l’aria del phon?

La potenza dissipata

Si chiama potenza dissipata dal resistore la rapidità con cui l’energia elettrica è trasformata in calore.

Il kilowattora

1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 106 J

La soluzione elettrolitica

La corrente elettrica nei liquidi

La cella a combustibile

Di che cosa sono fatti i fulmini?

I fulmini si generano quando tra le nuvole e la terra si stabiliscono tensioni di molti milioni di volt. Sono correntielettriche (chiamate correnti di scarica) che attraversano l’aria.

La scarica elettrica

La corrente elettrica di scarica è dovuta sia a cariche negative, sia a cariche positive.

Nelle correnti di scarica si ha la ionizzazione degli atomi contro cui urtano gli elettroni: gli atomi perdono un elettrone e diventano ioni positivi. Queste cariche, appena formate, sono accelerate dal campo elettrico e urtano altri atomi, ionizzandoli a loro volta.

Il tubo al neon (1)

Un tubo al neon contiene un gas a bassa pressione, che emette luce quando è attraversato da una corrente elettrica.

Il tubo al neon (2)

Il colore della luce dipende dalle caratteristiche dell’atomo di cui è fatto il gas. Per esempio, il gas neon emette luce rossa, mentre l’argon emette luce violetta.