Tema A Capitolo 11 L elettricità e il magnetismo

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1 1. Le forze elettriche 2. La corrente elettrica e i circuiti 3. La resistenza elettrica e le leggi di Ohm 4. Le forze magnetiche 5. L elettromagnetismo 1

2 Le forze elettriche Fate a pezzettini un foglio di carta. Poi strofinate un oggetto di plastica o di vetro su un maglione di lana. Se ora avvicinate l oggetto strofinato ai pezzetti di carta, che cosa succederà? L oggetto strofinato attira la carta ed è in grado di sollevarla. Questo pettine è stato elettrizzato per strofinio e ora esercita una forza elettrica sulla carta. 2

3 Le forze elettriche La forza elettrica agisce a distanza. Infatti basta che l oggetto elettrizzato si avvicini ai pezzettini di carta, senza toccarli, perché essi sentano la forza di attrazione. Ogni oggetto elettrizzato crea intorno a sé un invisibile campo di forza: il campo elettrico. 3

4 Le forze elettriche Le forze elettriche possono essere attrattive oppure repulsive la plastica e il vetro elettrizzati si attraggono elettricità positiva: è quella acquistata per strofinio dalle sostanze come il vetro due fogli di plastica elettrizzata si respingono elettricità negativa: è quella acquistata per strofinio dalle sostanze come la plastica Gli oggetti elettricamente carichi si respingono se la loro elettricità è dello stesso tipo, ma si attraggono se la loro elettricità è di tipo opposto. 4

5 Le forze elettriche: da dove hanno origine? elettrone bottiglia di vetro strofinata penna di plastica strofinata Quando si strofina contro la lana un oggetto di plastica, alcuni elettroni degli atomi della lana si trasferiscono sulla plastica. Così la plastica si carica negativamente. Quando si strofina contro la lana un oggetto di vetro, alcuni elettroni degli atomi del vetro si trasferiscono sulla lana. Così il vetro si carica positivamente. 5

6 I conduttori e gli isolanti isolanti conduttori isolanti elettrici = sostanze in cui le cariche in eccesso si muovono con difficoltà conduttori elettrici = sostanze in cui le cariche in eccesso si spostano facilmente 6

7 L elettrizzazione per induzione Ma perché la carta che è neutra, cioè non elettrizzata, risente dell attrazione elettrica della plastica e del vetro? 7

8 L elettrizzazione per induzione bottiglia di vetro strofinata penna di plastica strofinata L oggetto strofinato genera intorno a sé un campo elettrico. Quando la carta si trova nel campo elettrico, le cariche elettriche dentro la carta si ridistribuiscono. Il campo elettrico induce la separazione delle cariche, perciò si parla di induzione elettrica. Nei due casi le cariche sono opposte, ma il risultato finale è lo stesso: l oggetto e la carta si attraggono. 8

9 La corrente elettrica Che cosa tiene accesa questa lampada? La corrente elettrica! È un flusso di elettroni degli atomi nel filo conduttore. Gli elettroni migrano tutti nella stessa direzione. 9

10 Un circuito idraulico per aiutare a capire la corrente elettrica pompa pressione maggiore flusso del liquido pressione minore La pompa trasferisce liquido da destra a sinistra, mantenendo il dislivello tra i recipienti. Così nel tubo in basso il liquido continua a scorrere. Per l elettricità l equivalente del livello del liquido è il potenziale elettrico. Un oggetto carico ha un potenziale elettrico tanto maggiore quanto più grande è il numero delle cariche elettriche in esso accumulate. 10

11 La corrente elettrica potenziale elettrico minore potenziale elettrico maggiore conduttore corrente elettrica Tra i due oggetti c è una differenza di potenziale elettrico, chiamata anche tensione elettrica. Quando gli oggetti sono collegati da un conduttore, gli elettroni del conduttore si spostano per annullare la differenza di potenziale: si ha allora una corrente elettrica. 11

12 I generatori di tensione pompa Per mantenere il dislivello tra i recipienti, e quindi il flusso del liquido nel tubo in basso, occorre una pompa. pressione maggiore flusso del liquido pressione minore potenziale elettrico minore conduttore corrente elettrica potenziale elettrico maggiore Per mantenere la differenza di potenziale, e quindi la corrente elettrica nel conduttore, occorrerà un generatore di tensione. 12

13 I generatori di tensione Per mantenere una corrente elettrica occorre un generatore di tensione. elettrodo positivo (anodo) zinco rame panno con soluzione acida elettrodo negativo (catodo) la pila di Volta Il primo generatore di tensione è stato la pila costruita a Pavia da Alessandro Volta a inizio Ottocento. Tra ogni coppia di dischetti si forma una piccola differenza di potenziale. I contributi di tutte le coppie si sommano, così agli elettrodi della pila si ha una tensione più consistente. 13

14 I circuiti elettrici Se si dispone di un generatore di tensione, si può creare un circuito elettrico. generatore di tensione nel circuito passa corrente circuito chiuso utilizzatori interruttore la lampadina si accende In un circuito la corrente di elettroni si muove dall elettrodo negativo verso quello positivo. 14

15 Costruire un generatore di tensione «vegetale» 15

16 La resistenza elettrica e l effetto Joule Ogni conduttore oppone una resistenza al passaggio della corrente elettrica al proprio interno. La resistenza elettrica è dovuta all attrito tra gli elettroni e gli atomi del reticolo cristallino del conduttore. Come ogni forma di attrito, anche la resistenza elettrica libera calore e perciò riscalda il conduttore. Questo è l effetto Joule su cui si basa il funzionamento delle lampadine a filamento. 16

17 La prima legge di Ohm prima legge di Ohm: i = V R collegando in serie due pile, la tensione raddoppia e la lampadina emette più luce L intensità della corrente i in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione elettrica V e inversamente proporzionale alla resistenza R del conduttore. Se si misura la corrente e si conosce la resistenza, allora la tensione è data da: V = R x i 17

18 La seconda legge di Ohm filo di rame filo di rame filo lungo di rame filo spesso di rame un filo conduttore più lungo, a parità di sezione, ha resistenza maggiore un filo conduttore più spesso, a parità di lunghezza, ha resistenza minore seconda legge di Ohm: R = r L s La resistenza R di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza L e inversamente proporzionale alla sua sezione s. 18

19 La seconda legge di Ohm seconda legge di Ohm: R = r L s Il coefficiente r è chiamato resistività; dipende dal materiale di cui è fatto il conduttore. filo di rame filo di ferro La resistività del rame è minore di quella del ferro. Perciò il rame è un conduttore elettrico migliore rispetto al ferro. 19

20 Le unità di misura delle grandezze elettriche 20

21 L elettrolisi Se i due elettrodi sono immersi in acqua distillata, cioè pura H 2 O, il circuito rimane aperto: non circola corrente. catodo anodo Invece se nel recipiente si mette acqua salata, il circuito si chiude e passa corrente. Come mai? 21

22 L elettrolisi Nell acqua il cloruro di sodio (NaCl) si dissocia in ioni positivi (Na+) e ioni negativi (Cl ). catodo anodo Gli ioni Na+ sono attratti dal catodo, che è l elettrodo negativo. Gli ioni Cl sono attratti dall anodo, che è l elettrodo positivo. Si ha così l elettrolisi: nel circuito passa corrente elettrica. Sul catodo si forma una patina di sodio, mentre all anodo si libera cloro gassoso. 22

23 La corrente elettrica nei gas che cosa provoca i fulmini? Durante i temporali le nubi si caricano di elettricità e si crea una tensione elettrica tra nubi e terreno. All improvviso l aria diventa conduttrice: le sue molecole si ionizzano e un intensa corrente elettrica attraversa l aria, producendo il fulmine. 23

24 Le forze magnetiche La forza magnetica di una calamita agisce anche attraverso il vetro. La calamita attrae soltanto gli oggetti che contengono certi metalli: ferro, nichel o cobalto. 24

25 Le forze magnetiche Ogni calamita ha due poli chiamati nord (N) e sud (S). N S S N i poli dello stesso tipo si respingono S N S N i poli di tipo opposto si attraggono 25

26 Le forze magnetiche I due poli di una calamita sono inseparabili. N S N S N S N S N S N S N S Se si spezza un magnete si formano altri magneti, ciascuno con due poli opposti. 26

27 Le forze magnetiche L ago magnetico di una bussola si orienta sempre nella direzione nord-sud. polo nord magnetico polo nord geografico polo sud geografico polo sud magnetico 27

28 Le forze magnetiche Se si avvicina un magnete a una bussola, l ago devia. Il campo magnetico della calamita predomina su quello terrestre. 28

29 Le forze magnetiche Strofinate un grosso ago di ferro su una calamita, poi fissatelo a un oggetto che galleggia sull acqua. Avrete una bussola fatta in casa: l ago farà ruotare il galleggiante per orientarsi nella direzione nord-sud. 29

30 Visualizzare il campo magnetico Mettete una calamita sotto un foglio di cartoncino su cui avete sparso un po di limatura di ferro. I minuscoli pezzi di ferro si orienteranno visualizzando la struttura del campo magnetico della calamita. 30

31 L elettromagnetismo circuito aperto a circuito aperto l ago della bussola è orientato nella direzione nord-sud 31

32 L elettromagnetismo circuito chiuso a circuito chiuso l ago della bussola ruota e diventa perpendicolare al filo in cui passa la corrente Questa esperienza dimostra che la corrente elettrica genera un campo magnetico. Le cariche elettriche in movimento generano sempre un campo magnetico. 32

33 Tre modi per magnetizzare oggetti metallici che contengono ferro per strofinio per contatto per induzione 33

34 L elettromagnetismo Le due estremità di un solenoide sono collegate a un amperometro. Il magnete è fermo; l amperometro indica che nel circuito non passa corrente. 34

35 L elettromagnetismo Le due estremità di un solenoide sono collegate a un amperometro. Se si fa muovere rapidamente il magnete dentro il solenoide, l amperometro mostra che nel circuito passa corrente. Induzione elettromagnetica: un magnete in movimento genera sempre un campo elettrico e può indurre perciò una corrente elettrica in un circuito. 35

36 L elettromagnetismo magnete che ruota La dinamo della bicicletta funziona grazie al fenomeno dell induzione elettromagnetica. solenoide corrente ai fari 36

37 Le onde elettromagnetiche L elettromagnetismo è fondamentale per le telecomunicazioni. onde elettromagnetiche Facendo variare il flusso degli elettroni, si produce un oscillazione simultanea del campo elettrico e del campo magnetico. Così l antenna emette onde elettromagnetiche che possono trasportare informazioni a distanza. elettroni che oscillano su e giù 37

38 Lo spettro delle onde elettromagnetiche energia crescente lunghezza d onda crescente luce raggi gamma raggi X ultravioletto visibile infrarosso microonde onde radio esplosione di supernova radiografia lampada UV lampadina foto all IR cottura a microonde telecomunicazioni Tutte le onde elettromagnetiche dello spettro: sono prodotte dai campi elettrico e magnetico che oscillano insieme si propagano anche nel vuoto viaggiano alla velocità della luce 38

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