Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ELETTROMAGNETISMO

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1 ELETTROMAGNETISMO

2 Seconda legge di Ohm Seconda legge di Ohm La resistenza elettrica di un conduttore di sezione S e lunghezza l si calcola come: Unità di misura: R = resistenza elettrica in Ω l = lunghezza del conduttore in m S = sezione del conduttore (in m² - unità pratica mm²) ρ = resistività del conduttore (in Ω m - unità pratica Ω cm) S l resistività: - caratteristica del materiale - dipende dalla temperatura

3 ESERCIZIO Una fibra nervosa puo essere approssimata come un lungo cilindro. Se il suo diametro e 10-5 m e la sua resistivita e 2 Ω m, qual e la resistenza di una fibra lunga 0.3 m?

4 CORRENTE CONTINUA e ALTERNATA Se il verso della corrente e costante nel tempo la corrente si dice continua. Le leggi studiate fin ad ora valgono per la corrente continua Se il verso della corrente si inverte periodicamente la corrente si dice alternata. Per generare una corrente alternata occorre una differenza di potenziale alternata. La differenza di potenziale tra i due poli di una comune presa di corrente e alternata (in Europa f=50 Hz)

5 CORRENTE ALTERNATA Se colleghiamo una resistenza R ad una differenza di potenziale alternata, la potenza media dissipata nella resistenza e uguale a quella che si avrebbe se alla resistenza fosse applicata una differenza di potenziale costate di 220 V P = I ΔV = I 220V R = ΔV /I = 220V / I

6 CONDUZIONE ELETTRICA NEL CORPO UMANO Il corpo umano è un buon conduttore elettrico perché nei suoi liquidi vi è un elevata concentrazione di ioni. La resistenza offerta al passaggio di corrente dipende dai punti tra cui è applicata la tensione e dalle condizioni: la pelle secca è isolante (R=2kW), se bagnata conduce (R=2W) Il passaggio di corrente può sviluppare calore, soprattutto nei punti in cui la corrente esce ed entra dal corpo, e causare scottature e ustioni Se la corrente attraversa la regione cardiaca possono prodursi eccitazioni che interferiscono con l attività di cuore e polmoni Tempi di esposizione alla corrente brevi (< 1s) non sono in genere pericolosi

7 Conduzione elettrica nel corpo umano Tempi di esposizione lunghi ad una corrente alternata con frequenza 50Hz possono dar luogo a: I ~ 1 ma ok 10 ma tetanizzazione dei muscoli 70 ma difficoltà di respirazione ma fibrillazione > 200 ma ustioni e blocco cardiorespiratorio Se assumiamo per il corpo umano una R=2kW (pelle asciutta) il contatto accidentale con la tensione alternata presente nelle nostre case darebbe luogo ad una corrente: Potenzialmente mortale Per questo nelle case ci sono dispositivi di messa a terra e un interruttore salvavita che controlla la corrente che circola nell impianto e interrompe il circuito in pochi ms se riscontra anomalie

8 Esercizio Una persona con le mani bagnate possiede una resistenza elettrica di 1200 Ω. Quale differenza di potenziale e necessaria per produrre una corrente di 10 ma? Quale differenza di potenziale produrrebbe una corrente di 100 ma?

9 MAGNETISMO Il magnetismo è una delle proprietà fondamentali della materia Alcune pietre (calamite naturali o magneti) si attraggono a vicenda ed attraggono materiali come il ferro o l acciaio Un pezzo di acciaio temperato in presenza di un magnete acquista proprietà magnetiche che non perde neppure quando lo si separa dal magnete: diventa una calamita permanente

10 LA TERRA E UNA GRANDE CALAMITA Un ago calamitato libero di girare intorno al suo centro (bussola) assume rispetto alla terra una posizione definita, orientandosi lungo la direzione nord-sud. L estremità dell ago che si orienta verso Nord si chiama Polo Nord del magnete. Analogamente è chiamata Polo Sud l estremità che si rivolge a Sud Anche la Terra si comporta come una grande calamita

11 POLI MAGNETICI Qualunque magnete presenta un Polo Nord e un Polo Sud. Se si spezza in due un magnete si ottengono 2 magneti, ciascuno con un Polo Sud e un Polo Nord. Fino ad oggi non si è ancora riusciti ad individuare un oggetto magnetico costituito da un unico polo Il polo Nord di una calamita respinge il polo Nord di un altra calamita, mentre attrae il suo Polo Sud Poli uguali si respingono Poli opposti si attraggono repulsione attrazione

12 CAMPO MAGNETICO Un magnete perturba lo spazio circostante generando intorno a se un campo magnetico (B). >>> Unita di misura nel S.I.

13 ONDE ELETTROMAGNETICHE Si può verificare sperimentalmente che un campo elettrico variabile nel tempo produce un campo magnetico un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico Campo magnetico variabile genera campo elettrico questo campo elettrico è variabile e genererà un campo magnetico questo campo magnetico è variabile e genererà a sua volta un campo elettrico variabile Il Risultato è la produzione di un onda che si propaga nello spazio (onda elettromagnetica)

14 COS E UN ONDA? Un oscillazione ma... di che cosa? Oscillazione dei punti di un mezzo materiale ONDA ELASTICA (esempio: onde del mare, onde sonore, onde lungo una corda vibrante) Oscillazione dei vettori campo elettrico e magnetico ONDA ELETTROMAGNETICA si propaga anche nel vuoto Se l oscillazione si ripete ad intervalli regolari l onda è detta periodica

15 LUNGHEZZA D ONDA Immaginiamo di fotografare una corda in oscillazione otteniamo un istantanea a tempo fissato Lunghezza d onda: distanza tra due massimi successivi; si indica con λ ( lambda ) e si misura in metri

16 PERIODICITA NEL TEMPO Fissiamo un punto, per esempio A, e vediamo come varia la sua posizione nel tempo al passaggio dell onda A Grafico: - Asse x tempo - Asse y spostamento di un punto dalla sua posizione di equilibrio

17 PERIODO e FREQUENZA Periodo: distanza tra due massimi successivi; si indica con T e si misura in secondi Frequenza: l inverso del periodo, f = 1/T, si misura in secondi -1 Periodo (e frequenza) sono caratteristiche intrinseche dell onda

18 VELOCITA DI PROPAGAZIONE velocità = spazio/tempo velocità = lunghezza d onda/periodo v = λ/t In funzione della frequenza = numero oscillazioni/tempo = 1/T v = λ f

19 ONDE SONORE ONDE SONORE: compressione e rarefazione aria Se di frequenza compresa tra 20 Hz e Hz suono udibile dall orecchio umano Sotto i 20 Hz infrasuoni Sopra i ultrasuoni Gli ultrasuoni hanno numerose applicazioni mediche, per esempio flussimetria Doppler, ecografia e applicazioni fisioterapiche e frantumazione di calcoli renali. Il suono si propaga con velocita diversa a seconda del mezzo e della temperatura a cui questo si trova. In aria a 20 C v suono =344 m/s

20 ESERCIZIO Un pipistrello puo avvertire ultrasuoni fino alla frequenza di Hz. Calcolare la lunghezza d onda degli ultrasuoni in aria.

21 ESERCIZIO L eco della linea mediana del cervello viene rivelato dopo 10-4 s dall emissione dell impulso sorgente. Calcolare la distanza tra la linea mediana e la sorgente assumendo che il suono si muova nel tessuto cerebrale alla velocita di 1540 m/s

22 ONDE ELETTROMAGNETICHE Tutte le onde em nel vuoto si propagano con la stessa velocità, pari alla velocità della luce: c= m/s (massima velocita raggiungibile in natura) In un mezzo si propagano con v<c, dipendete dal mezzo.

23 SPETTRO ELETTROMAGNETICO All aumentare della frequenza aumenta anche l energia

24 SPETTRO ELETTROMAGNETICO Come vengono utilizzate le onde elettromagnetiche alle varie frequenze? Scintigrafia SPECT Radiologia TAC Radioterapia

25 UTILIZZO RAGGI X

26 TAC (radiologia) RIVELATORI DEI RAGGI X TUBO A RAGGI X FASCIO DI RAGGI X PAZIENTE ES.

27 UTILIZZO RAGGI GAMMA: SPECT (medicina nucleare) al paziente viene iniettato un radiofarmaco, ovvero un farmaco marcato con un isotopo radioattivo emettitore di raggi γ il paziente diventa una sorgente di raggi gamma, in particolare i tessuti che metabolizzano il farmaco informazioni morfologiche e funzionali SOLO RIVELATORI (no tubo a raggi X!!!) ES.

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