Elettricità e circuiti

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1 Elettrctà e crcut Generator d forza elettromotrce Intenstà d corrente Legg d Ohm esstenza e resstvtà Effetto termco della corrente esstenze n sere e n parallelo Legg d Krchoff P. Maestro Elettrctà e crcut pag.

2 Generator d f.e.m. ple,battere, celle elettrochmche trasformano energa chmca n energa elettrca generator elettrc trasformano energa meccanca n energa elettrca celle a combustone trasformano energa termca d combustone n energa elettrca celle solar convertono drettamente l energa della luce del sole n energa elettrca P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 2

3 Corrente elettrca ntenstà d corrente quanttà d carca ntervallo d tempo Q Δt ΔQ/Δt A C/s ampère Analoga tra l moto d: carche elettrche nt.corrente flud portata L ampère (coulomb/sec) è la 5 a grandezza fondamentale MKS. Il coulomb (ampère sec) dventa una grandezza dervata. Quant elettron scorrono n A d corrente? A C/s (Ne) C/s N ( ) C/s N /( ) elettron. P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 3 Es.

4 Moto delle carche elettrche Normalmente la matera è elettrcamente neutra: le carche + (proton) e (elettron) stanno legate dall attrazone negl atom. Se c è campo elettrco, s nduce una separazone tra carche + e -. Se gl elettron sono lber d muovers nella struttura atomca/molecolare (es. metall), s crea una corrente elettrca. Condzone necessara al moto d carche: dfferenza d potenzale Drezone della corrente elettrca: moto carche postve (come campo elettrco: da potenzale maggore a potenzale mnore) Moto reale della corrente: carche negatve (elettron) n verso opposto (t) costante (moto stazonaro) (t) varable (perodca) P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 4 A S S E +q B Analoga flud: dff. pressone corrente contnua corrente alternata

5 Legg d Ohm In un crcuto elettrco a cu e applcata una d.d.p.: a legge d Ohm: ΔV V A -V B 2 a legge d Ohm: ρl/s V A S E +q l V B La corrente elettrca n un crcuto è drettamente proporzonale alla d.d.p. applcata a cap del crcuto. La resstenza a tale moto dpende dal tpo d sostanza, dalla geometra del crcuto (lunghezza e sezone), dalla temperatura. Analoga con flud ( legge d Poseulle): UGUALE! La portata n un condotto è drettamente proporzonale alla dfferenza d pressone applcata a cap del condotto. La resstenza a tale moto dpende dal tpo d sostanza (vscostà), dalla geometra del crcuto (lunghezza e sezone), dalla temperatura. P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 5

6 esstenza e resstvtà resstenza elettrca Dpende da: geometra del crcuto tpo d sostanza temperatura dfferenza d potenzale ntensta d corrente ΔV/ Ω V/A ρl/s ρ S/l ohm ρ resstvta elettrca Ω m 2 /m Ω m -3 - dpende dalla temperatura ρ ρ0[ + α( T T0 )] α 5 0 K per conduttor P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 6

7 Conduttor e solant A parta d d.d.p., ΔV passa una corrente maggore ρl/s quando la resstenza e mnore. A parta d crcuto,la resstenza e drettamente proporzonale alla resstvta. Conduttor: bassa ρ metall: argento, rame,... ρ 0-8 Ω m conduttor elettroltc: lq.nterstzale ρ Ω m Isolant: alta ρ acqua dstllata ρ 0 3 Ω m membrana assone ρ 0 7 Ω m vetro ρ 0 Ω m Semconduttor slco ρ 2500 Ω m germano ρ 0.45 Ω m P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 7

8 Effetto termco della corrente Effetto Joule: gl elettron n moto (corrente) cedono energa cnetca agl on del retcolo molecolare del conduttore. La perdta d energa cnetca (ΔTL) dventa calore. Potenza dsspata: W L/Δt (qδv)/δt ΔV q/δt ΔV Watt Volt Ampere... o, sosttuendo dalla a legge d Ohm: W ΔV 2 / 2 Calore prodotto: Q L W Δt (joule) W Δt/4.8 (kcal) P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 8

9 Crcuto elementare V a + ε r V ε + r Un generatore d forza elettromotrce (ε) compe lavoro sulle carche per mantenere una dfferenza d potenzale (ΔV ab ) a suo termnal. Generatore deale r0; reale r>0. ΔV ab ε solo se non passa corrente nel generatore. a P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 9

10 Collegament d resstenze Ne crcut elettrc: resstenze n sere + 2 A 2 B ΔV ΔV 2 resstenze n parallelo A B P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 0

11 Crcut a pù magle S assegna corrente a ogn ramo del crcuto (bad:, bd: 3, bcd: 2 ) Legge de nod ( legge d Krchoff): la somma delle corrent entrant n un nodo deve essere uguale alla somma delle corrent uscent (conservazone della carca elettrca) Nod: b, d P. Maestro Elettrctà e crcut pag.

12 Crcut a pù magle (2) S scegle arbtraramente un verso d percorrenza della magla; egola della resstenza: caduta d potenzale se s percorre magla nel verso della corrente; egola della f.e.m.: se s attraversa generatore da polo a + la varazone d potenzale è +ε (vceversa se s va da + a -) Legge delle magle (2 legge d Krchoff): la somma algebrca delle dfferenze d potenzale su d un crcuto chuso è nulla (conservazone dell energa). ε ε Magla d snstra Magla d destra Sstema d 3 equazon n 3 ncognte (corrent) P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 2

13 Amperometr e voltmetr L amperometro s nsersce n sere nel tratto d crcuto d cu s vuole msurare la corrente. Per non alterare sgnfcatvamente l valore della corrente, la resstenza dell amperometro A << e 2 Il voltmetro s nsersce n parallelo tra due punt d cu s vuole msurare la d.d.p. Per non modfcare sgnfcatvamente la d.d.p. a causa dell nsermento dello strumento, deve essere V >> e 2 P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 3

14 Eserczo: l ponte d Wheatstone Msura d x, varando s fnché s ottene V a V b (coè non passa corrente nell amperometro A) A s x s x x s dvdendo membro a membro le prme 2 equazon 2 P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 4 x s

15 Eserczo: soluzone d un crcuto applcando le legg d Krchoff P. Maestro Elettrctà e crcut pag. 5