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CORRENTE ELETTRICA (Un moto di cariche è simile al moto di un liquido…
CORRENTE ELETTRICA
L'intensità di corrente elettrica è il rapporto tra la carica che attraversa una sezione S di un conduttore nell'intervallo di tempo Δt, e l'intervallo di tempo stesso
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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
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- Un dislivello in un fluido determina una corrente che continua finchè la differenza di livello non si annulla;
in modo analogo la differenza di potenziale ΔV causa una corrente elettrica finchè ΔV=0
CIRCUITI ELETTRICI
Un circuito elettrico è un insieme di conduttori connessi in modo continuo e collegati a un generatore.
LEGGI DI OHM
I LEGGE
Ohm scoprì che per molti conduttori, tra cui i metalli e le soluzioni di acidi, basi e sali, la curva caratteristica di come varia l'intensità di corrente in un conduttore, quando varia ΔV ai suoi capi è una retta che passa per l'origine: tali conduttori sono detti ohmici.
I componenti elettrici che seguono la prima legge di Ohm sono chiamati resistori (spesso detti impropriamente resistenze); negli schemi elettrici, un resistore viene rappresentato dal simbolo in figura:
Se chiamiamo ieq la corrente assorbita, si ha:
La resistenza equivalente Req di una rete di resistori è quella di un singolo resistore che, sottoposto alla stessa ΔV, assorbe dal generatore la stessa i.
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 uguale alla somma delle resistenze dei singoli resistori:
RESISTORI IN PARALLELO
Possiamo dimostrare che:l'inverso della resistenza equivalente di più resistori posti in parallelo è uguale alla somma degli inversi delle resistenze dei singoli resistori:
LEGGI DI KIRCHHOFF
Valgono per tutti i circuiti ohmici e servono per risolvere i circuiti, ossia per stabilire i valori di i e ΔV relativi a ciascun resistore. Definiamo:
- nodo: punto in cui convergono più conduttori
- maglia: tratto chiuso di circuito
- una maglia è fatta di più rami che connettono vari nodi.
Prima legge di Kirchhoff o legge dei nodi:
la somma delle intensità di corrente entranti in un nodo è uguale alla somma di quelle uscenti.
Seconda legge di Kirchhoff o legge delle maglie:
la somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano percorrendo una maglia è uguale a zero.
II LEGGE
La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza l e inversamente proporzionale alla sua sezione A.
La costante ρ è detta resistività e dipende dal materiale e dalla sua temperatura.
L'unità di misura è l'ohm (Ω)
L'andamento sperimentale della resistività in funzione della temperatura in molti metalli è descritto dal grafico;
EFFETTO JOULE
In un metallo gli atomi, divenuti ioni positivi, sono disposti regolarmente nel reticolo cristallino;
- gli elettroni più esterni sono liberi di spostarsi nel reticolo: sono gli elettroni di conduzione;
- sia gli ioni che gli elettroni sono soggetti al moto di agitazione termica, disordinato;
- quando il metallo è sottoposto a una differenza di potenziale, all'agitazione termica si sovrappone un moto lento ma ordinato degli elettroni liberi verso i punti a potenziale maggiore.
Questo modello della conduzione elettrica spiega il riscaldamento del metallo per effetto Joule: quando passa corrente, il campo elettrico accelera gli elettroni, che spesso perdono molta della loro energia cinetica urtando contro gli ioni del reticolo; in questo modo aumenta il moto di agitazione termica degli ioni: il metallo si scalda perché gli ioni assorbono l'energia cinetica.
Joule fece un importante esperimento: Fece passare una corrente i in un resistore immerso in acqua per un tempo Δt;misurò l'aumento di temperatura ΔT dell'acqua.
Joule verificò sperimentalmente che
l'energia elettrica dissipata nel resistore:
è uguale all'energia assorbita dall'acqua:
Anche per i fenomeni elettrici vale il principio di conservazione dell'energia totale.
Si chiama generatore ideale di tensione
continua un dispositivo che mantiene ai suoi capi un ΔV costante, per un tempo indeterminato, indipendentemente dalla corrente che 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 (+).
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Collegamento in serie: più conduttori sono connessi in serie se sono posti in successione tra loro. In essi fluisce la stessa corrente elettrica.
Collegamento in parallelo: più conduttori sono connessi in parallelo se hanno sia le prime che le seconde estremità connesse tra loro. Ai loro capi c'è la stessa differenza di potenziale.
Infatti al crescere di T aumenta il moto di agitazione termica degli ioni del reticolo, che ostacola il moto degli elettroni di conduzione.In un ampio intervallo di T, la variazione di ρ è ben rappresentata da una retta, la cui equazione sperimentale è:
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Al diminuire di T, il comportamento di ρ nei metalli può avere due andamenti diversi:
Per i metalli del secondo tipo, una volta raggiunto il valore ρ = 0 alla temperatura critica Tc, la resistività resta nulla fino allo zero assoluto.
Il fenomeno è detto superconduttività e fu scoperto da H.K. Onnes nel 1911.
Negli ultimi anni sono stati scoperti alcuni materiali che diventano superconduttori a temperature molto al di sopra dello zero assoluto (circa 138 K nel 2008), ottenibili con tecnologie più semplici;in un superconduttore R = 0 . Quindi non c'è effetto Joule. Una volta messi in moto gli elettroni, la corrente può circolare per un tempo indeterminato senza bisogno di un generatore.
nei conduttori ohmici l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi
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Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche
In un filo metallico (come il filamento di una lampadina) le cariche in moto sono gli elettroni, negativi, ma in altri casi ci possono essere anche portatori di carica positivi.
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1) Per convenzione, il verso della corrente elettrica è quello in cui si muovono le cariche positive;
2) la corrente si muove da punti a potenziale
maggiore verso punti a potenziale minore;
3) il moto degli elettroni in un metallo avviene nel
verso opposto a quello fissato per la corrente convenzionale
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- la pompa idraulica ristabilisce il dislivello portando il liquido dal livello più basso a quello più alto;
analogamente un generatore di tensione mantiene ΔV costante nel tempo
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l'energia potenziale elettrica si trasforma in energia cinetica delle molecole del conduttore. La temperatura aumenta, l'energia elettrica diventa calore. La trasformazione di energia elettrica in calore si chiama Effetto Joule.
Potenza dissipata dal resistore, P: è la rapidità con cui l'energia elettrica è trasformata in energia interna del resistore. Vale la legge:
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