La corrente elettrica La resistenza elettrica La seconda legge di Ohm Resistività e temperatura L effetto termico della corrente

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1 Unità G16 - La corrente elettrica continua La corrente elettrica La resistenza elettrica La seconda legge di Ohm Resistività e temperatura L effetto termico della corrente 1

2 Lezione 1 - La corrente elettrica La corrente elettrica è un flusso ordinato di cariche all interno di un circuito chiuso; responsabile della corrente è il generatore di differenza di potenziale 2

3 Lezione 1 - La corrente elettrica Un circuito elettrico è composto da un generatore, un utilizzatore e dei cavi di collegamento Quando il circuito viene chiuso, in esso circola una corrente elettrica. In un conduttore metallico la corrente è un flusso ordinato di elettroni liberi (elettroni di conduzione). Per convenzione, la corrente circola dal polo positivo al polo negativo, in verso opposto rispetto al moto degli elettroni 3

4 Lezione 1 - La corrente elettrica Tra i due poli della pila c è una d.d.p.: il terminale a potenziale più alto è il polo positivo. Il generatore compie lavoro per spostare gli elettroni al suo interno dal polo positivo al polo negativo: gli elettroni acquistano energia, che poi, circolando nel circuito, cedono all utilizzatore. 4

5 Lezione 5 - I condensatori Intensità di corrente : rapporto fra la quantita di carica che passa attraverso la sezione del conduttore e l intervallo di tempo in cui passa. Unità di misura SI: ampere (A) Corrente continua: intensità costante nel tempo. 5

6 Lezione 1 - La corrente elettrica Amperometro: misura l intensità di corrente L amperometro viene inserito nel circuito in serie; è attraversato dalla stessa corrente che attraversa l utilizzatore. Voltmetro: misura la differenza di potenziale È inserito nel circuito in parallelo: ai suoi capi c è la stessa d.d.p. presente ai capi dell utilizzatore. 6

7 Lezione 1 - La corrente elettrica Utilizzatore: d.d.p. ai capi = ΔV; intensità di corrente = i Quantità di carica che attraversa l utilizzatore nel tempo Δt: Energia ceduta all utilizzatore: Potenza assorbita dall utilizzatore Nota la potenza assorbita, l energia è il prodotto della potenza per il tempo; si può misurare in kwh: 7

8 Lezione 2 - La resistenza elettrica L intensità di corrente che passa in un conduttore è proporzionale alla d.d.p. applicata ai suoi estremi; maggiore è la d.d.p. più grande è l intensità di corrente

9 Lezione 2 - La resistenza elettrica Se si applica una d.d.p. a un conduttore si ha un passaggio di corrente La resistenza elettrica di un conduttore è il rapporto tra la d.d.p. applicata e l intensità di corrente circolante. Nel SI la resistenza elettrica si misura in ohm (Ω): La curva caratteristica rappresenta l andamento dell intensità di corrente in funzione della d.d.p. Non in tutti i casi la relazione tra i e ΔV è lineare 9

10 Lezione 2 - La resistenza elettrica Prima legge di Ohm In un conduttore metallico, mantenuto a temperatura costante, l intensità di corrente circolante i e la d.d.p. applicata ΔV sono direttamente proporzionali. La resistenza elettrica R è costante. La curva caratteristica è una semiretta 10

11 Lezione 2 - La resistenza elettrica Conduttore ohmico o resistore: conduttore per cui vale la legge di Ohm. Misura della resistenza elettrica di un resistore: misura diretta con un ohmetro, oppure misura indiretta con il metodo volt-amperometrico. Vengono misurate l intensità di corrente circolante i e la d.d.p. ai capi del resistore; la resistenza R è calcolata mediante la prima legge di Ohm 11

12 Lezione 2 - La resistenza elettrica Alcuni tipi di resistori in commercio sono contrassegnati da un codice a bande colorate che specifica il valore della resistenza Prima banda: prima cifra del valore Seconda banda: seconda cifra del valore Terza banda: numero di zeri dopo le cifre Quarta banda: tolleranza (oro: ± 5%, argento: ± 10%, nessuna banda ± 20%) 12

13 Lezione 2 - La resistenza elettrica Potenza elettrica su un conduttore ohmico Potenza assorbita da un utilizzatore: Prima legge di Ohm: La potenza assorbita da un conduttore ohmico è: La potenza non dipende dal segno di i. 13

14 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm La resistenza di un conduttore dipende dall area della sezione, dalla lunghezza e dal tipo di materiale 14

15 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm Seconda legge di Ohm: la resistenza di un conduttore ohmico - è direttamente proporzionale alla lunghezza l del conduttore - è inversamente proporzionale all area della sezione A - dipende dalla natura del conduttore (il coefficiente ρ) 15

16 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm Il coefficiente ρ è la resistività (o resistenza specifica) del materiale. ρ e R sono legate dalla relazione. Nel SI ρ si misura in Ω m Fissata la geometria del conduttore, la resistenza è direttamente proporzionale alla resistività 16

17 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm Fissato il materiale (cioè la resistività ρ), l andamento della resistenza è: 17

18 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm Reostato: resistenza a lunghezza variabile Variando la posizione del contatto mobile C, variano anche la lunghezza del filo inserito nel circuito, e quindi la resistenza 18

19 Lezione 3 - La seconda legge di Ohm Reostato utilizzato come potenziometro (o partitore di tensione) La d.d.p. tra i punti B e A (ΔV i ) è fissa; la d.d.p tra i punti C e A (ΔV u ) è variabile. Si ha 0 x l e 0 ΔV u ΔV i 19

20 Lezione 4 - Resistività e temperatura La resistività di un conduttore dipende dal materiale e dalla temperatura; in genere la resistività aumenta con l aumentare della temperatura 20

21 Lezione 4 - Resistività e temperatura La resistività di un materiale varia con la temperatura in modo lineare: T 0 è una temperatura di riferimento (generalmente 20 C o 0 C) e ρ 0 è la resistività alla temperatura di riferimento Il coefficiente di temperatura α dipende dal materiale: è positivo per i metalli (ρ cresce con la temperatura), è negativo per alcuni semiconduttori 21

22 Lezione 4 - Resistività e temperatura La resistenza di un conduttore, per la seconda legge di Ohm, è A temperatura T 0 : A temperatura T: In effetti, lunghezza l e sezione A aumentano con la temperatura a causa della dilatazione: supponiamo quindi che i due aumenti si compensino e il rapporto l/a resti costante al variare di T La resistenza di un conduttore varia quindi, con buona approssimazione, linearmente con la temperatura 22

23 Lezione 4 - Resistività e temperatura Il filamento di una lampadina, quando è attraversato da corrente, si riscalda in modo crescente con la corrente stessa. La resistenza R del filamento aumenta con la corrente i, e la relazione tra i e ΔV non è più di tipo lineare 23

24 Lezione 4 - Resistività e temperatura Termometri a resistenza: misurando la resistenza alla temperatura T e conoscendo T 0, R 0 e α, si determina T Materiali superconduttori (alcuni metalli, leghe metalliche o ceramiche): temperatura critica T c (variabile tra 1 K e oltre 100 K) Per T < T c, ρ = 0, e quindi R = 0. Per T < T c un superconduttore non oppone resistenza al passaggio della corrente. 24

25 Lezione 5 - L effetto termico della corrente Il passaggio di corrente in un conduttore produce tanto più calore quanto maggiore è l intensità di corrente 25

26 Lezione 5 - L effetto termico della corrente La corrente che passa in un conduttore cede energia al conduttore stesso L energia elettrica viene trasformata in energia di altro tipo, a seconda del dispositivo utilizzatore 26

27 Lezione 5 - L effetto termico della corrente Effetto Joule: trasformazione di energia elettrica in calore. Nei conduttori ohmici la potenza elettrica assorbita è tutta l energia elettrica assorbita si trasforma in calore dissipato La quantità di calore dissipato da un conduttore ohmico in un intervallo di tempo Δt è data da (legge di Joule):, e 27

28 Lezione 5 - L effetto termico della corrente In alcuni casi si sfrutta l effetto joule per scaldare corpi solidi o fluidi. In altri casi, l effetto Joule è una perdita di energia indesiderata, e si cerca di ridurlo al minimo. 28

29 Lezione 5 - L effetto termico della corrente Se un bollitore elettrico funziona per un tempo Δt, la quantità di calore disipata è: Se la temperatura dell acqua cresce di ΔT, la quantità di calore assorbita dall acqua è: In assenza di dispersioni: 29

30 Lezione 5 - L effetto termico della corrente Altri effetti prodotti dal passaggio di corrente elettrica: Effetto magnetico: la corrente che circola in un filo produce una deviazione di un ago magnetico Effetto chimico: il passaggio di corrente in una soluzione elettrolitica provoca un movimento di cariche (ioni) nella soluzione, e una serie di reazioni chimiche 30

31 Unità G16 - La corrente elettrica continua Intensità di corrente Differenza di potenziale Potenza in un conduttore Prima legge di Ohm Resistenza Effetto Joule Trasformazione dell energia elettrica Seconda legge di Ohm Resistività e temperatura Resistività 31

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