Elettrodinamica. 1. La corrente elettrica continua 2. I circuiti elettrici. Prof Giovanni Ianne

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1 Elettrodinamica 1. La corrente elettrica continua 2. I circuiti elettrici Prof. Giovanni Ianne 1

2 La corrente elettrica Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche. La lampada ad incandescenza si accende, perché la corrente che passa nel filamento le cede energia elettrica. In altre parole, l energia elettrica viene trasformata in calore + luce. 2

3 Il moto di un liquido Per fare scorrere l acqua in una conduttura occorre che il liquido si trovi a livelli diversi, in modo da avere tra essi una differenza di energia potenziale gravitazionale. 3

4 Il moto delle cariche Per far muovere le cariche nel filo conduttore è necessaria una differenza di potenziale elettrico: le cariche positive seguono la «discesa di potenziale»; le cariche negative risalgono la «discesa di potenziale». 4

5 L intensità di corrente elettrica Si chiama intensità di corrente elettrica il rapporto tra la quantità di carica che attraversa una sezione trasversale del conduttore e l intervallo di tempo impiegato ad attraversarlo. 5

6 Corrente elettrica continua: intensità costante nel tempo. In corrente continua il flusso di elettroni si muove nello stesso verso, mentre in corrente alternata il flusso si inverte periodicamente. 6

7 L ampere Nel Sistema Internazionale l intensità di corrente elettrica si misura in ampere (simbolo A). L ampere è la quantità di carica pari a 1 C che attraversa una sezione qualunque di un conduttore in un secondo. Lo strumento con il quale si misura l intensità di corrente elettrica e altre grandezze elettriche si chiama tester (che può essere di tipo analogico o digitale) 7

8 La corrente continua In una corrente continua, la carica che attraversa una sezione del filo e il tempo trascorso sono direttamente proporzionali. 8

9 Le cariche elettriche si muovono in un conduttore quando esiste una d.d.p. ai suoi capi. Il dispositivo che mantiene costante questa d.d.p. è il generatore di tensione (pila, batteria, ecc.). Si può paragonare il generatore di tensione ad una pompa idraulica che mantiene costante la d.d.l. tra i due serbatoi in modo tale che il flusso d acqua nella condotta di collegamento permanga finchè è in funzione la pompa. Quando il liquido si trova allo stesso livello, la corrente non fluisce più: 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. 9

10 Lampadina spenta Quando gli estremi del filo sono allo stesso potenziale, la corrente non fluisce e la lampadina rimane spenta. 10

11 Lampadina accesa Perché circoli corrente, occorre creare il dislivello elettrico inserendo una pila. 11

12 Il generatore di tensione continua Si chiama generatore di tensione continua un dispositivo capace di mantenere ai suoi capi una differenza di potenziale costante. Per convenzione, si indica come verso della corrente elettrica quello percorso da cariche positive, cioè dal polo positivo a quello negativo del generatore. 12

13 Gli elettroni Nei conduttori metallici le uniche cariche in movimento sono quelle degli elettroni. Pertanto, nei conduttori metallici la corrente è un flusso ordinato di elettroni liberi (elettroni di conduzione). Gli elettroni, essendo negativi, risalgono la «discesa di potenziale», spostandosi dal polo negativo al polo positivo e quindi si muovono nel verso opposto a quello convenzionale della corrente. 13

14 Circuito elettrico elementare Il circuito elettrico, nella sua forma più semplice, è costituito da almeno tre elementi fondamentali: il generatore di tensione, l utilizzatore e la linea La rappresentazione simbolica del circuito elettrico elementare è: Tra i due poli della pila c è una d.d.p.: il terminale a potenziale più alto è il polo positivo. 14

15 I simboli elettrici 15

16 Collegamento in serie Più utilizzatori sono collegati in serie se sono posti in successione tra loro. In essi passa la stessa intensità di corrente elettrica. 16

17 Collegamento in parallelo Più utilizzatori 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. 17

18 Gli elettrodomestici sono collegati in parallelo 18

19 La prima legge di Kirchhoff o 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. 19

20 Come si misura la corrente che attraversa un conduttore? Amperometro: misura l intensità di corrente L amperometro viene inserito nel circuito in serie; è attraversato 20 dalla stessa corrente che attraversa l utilizzatore.

21 Come si misura la differenza di potenziale ai capi di un conduttore? Voltmetro: misura la differenza di potenziale È inserito nel circuito in parallelo: ai suoi capi c è la stessa 21 d.d.p. presente ai capi dell utilizzatore.

22 La prima legge di Ohm Nei conduttori metallici l intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi; maggiore è la d.d.p. più grande è l intensità di corrente.. la d.d.p. più grande è l intensità di corrente R è la resistenza elettrica del conduttore. La prima legge sperimentale di Ohm può anche essere enunciata: La d.d.p. è direttamente proporzionale all intensità di corrente elettrica. i V R V R i 22

23 La prima legge di Ohm Andamento lineare della corrente in funzione della d.d.p. per un conduttore ohmico o resistore. La pendenza cambia da materiale a materiale. 23

24 La resistenza elettrica La costante di proporzionalità R si chiama resistenza elettrica e si misura in volt fratto ampere (V/A). Questa unità di misura è chiamata ohm (Ω). Un conduttore ha la resistenza di 1 Ω quando, sottoposto a una differenza di potenziale di 1 V, è percorso dalla corrente di 1 A. 24

25 I resistori 25

26 La seconda legge di Ohm La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area trasversale. La costante di proporzionalità ρ si chiama resistività, dipende dal particolare materiale con cui è fatto il filo e si misura in ohm per metro (Ω x m). 26

27 La resistività Per quale ragione i fili elettrici delle nostre case sono di rame piuttosto che porcellana? 27

28 Conduttori e isolanti 28

29 Resistori in serie Due o più resistenze sono collegate in serie quando sono attraversate dalla stessa intensità di corrente. R è detta resistenza equivalente delle due resistenze in serie perché, dal punto di vista della pila, non cambia niente se nel circuito ci sono le due resistenze originali o la sola resistenza R. Ogni resistore aggiunto in serie aumenta la resistenza totale del circuito, perché si aggiunge un nuovo ostacolo al fluire della 29 corrente.

30 Resistori in parallelo Due o più resistenze sono collegate in parallelo quando sono sottoposte alla stessa d.d.p. Se si hanno diversi resistori collegati in parallelo, l inverso della loro resistenza equivalente R è uguale alla somma degli inversi delle resistenze dei singoli resistori. 30

31 Due resistenze in parallelo 31

32 Lo studio dei circuiti elettrici 32

33 Lo studio dei circuiti elettrici 33

34 Un buon amperometro Un buon amperometro deve avere una resistenza interna molto piccola. 34

35 Un buon voltmetro Un buon voltmetro deve avere una resistenza interna molto grande. 35

36 La forza elettromotrice La forza elettromotrice f em = E di un generatore è il rapporto tra il lavoro W = L che esso compie per spostare una carica q al suo interno e la carica q stessa. 36

37 Chi riscalda l aria del phon? 37

38 La potenza dissipata Si chiama potenza dissipata dal resistore la rapidità con cui l energia elettrica è trasformata in calore. P P P iv poichè V Ri 2 i Ri Ri 2 V V iv V R R 38

39 Il kilowattora 1 kwh = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 10 6 J Un kilowattora è l energia assorbita in un ora da un dispositivo che assorbe la potenza di 1000 W. 39

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