ORIGINE DELL ELETTRICITÀ

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2 ORIGINE DELL ELETTRICITÀ L origine dei fenomeni elettrici è da ricercare nella struttura dell atomo Ogni atomo è costituito da: PROTONI (carica positiva) NEUTRONI (privi di carica) ELETTRONI (carica negativa) Protoni e neutroni sono contenuti nel nucleo, mentre gli elettroni si muovono intorno ad esso

3 ORIGINE DELL ELETTRICITÀ L atomo è normalmente neutro in quanto il numero di protoni è uguale al numero di elettroni CATIONI: atomi che perdono elettroni e risultano elettricamente positivi ANIONI: atomi che acquistano elettroni e risultano elettricamente negativi

4 LA FORZA ELETTRICA La FORZA ELETTRICA è definita come l attrazione o la repulsione che si esercita tra le cariche elettriche Cariche elettriche dello stesso segno si respingono mentre cariche elettriche di segno opposto si attraggono

5 LA FORZA ELETTRICA La forza che si esercita tra due cariche q 1 e q 2 si chiama forza elettrostatica ed è definita dalla LEGGE DI COULOMB: è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche è inversamente proporzionale al quadrato della distanza delle cariche è attrattiva se le cariche sono di segno opposto è repulsiva se le cariche hanno segno uguale

6 ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO In condizioni normali qualsiasi corpo risulta neutro. Quando un corpo acquista elettroni si carica di elettricità negativa Quando un corpo perde cariche negative si carica di elettricità positiva Un corpo risulta ELETTRIZZATO quando non c è equilibrio tra le cariche positive e quelle negative

7 ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO Strofinando con un panno di lana il vetro si manifesta elettricità positiva: gli elettroni si trasferiscono dal vetro alla lana Strofinando con un panno di lana l ebanite (ambra, plastica) si manifesta elettricità negativa: gli elettroni si trasferiscono dalla lana all ebanite

8 ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO Si verifica quando un corpo si elettrizza perché entra a contatto con un altro corpo carico Toccando con una bacchetta di vetro elettrizzata una pallina di polistirolo, le cariche positive si trasferiscono alla pallina che si allontana dalla bacchetta

9 ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE Si verifica quando un corpo si elettrizza perché viene avvicinato ad un altro corpo carico Avvicinando una bacchetta carica a pezzetti di carta o altro conduttore si genera un movimento delle cariche libere del conduttore: si creano due zone cariche di segno opposto. Se il conduttore è molto leggero può essere attratto dal corpo carico

10 ELETTROSCOPIO L elettroscopio è uno strumento che rileva la presenza di cariche elettriche. Fu ideato dal fisico inglese Abraham Bennet nel 1786 e successivamente perfezionato da Alessandro Volta con il nome di Elettrometro. È costituito da un asta verticale alla cui base è appesa una sottilissima lamina (d oro o di alluminio). Il tutto è racchiuso da un contenitore di vetro per evitare che l aria faccia muovere le foglioline metalliche. Il vetro del contenitore è contrassegnato con delle tacchette per rilevare lo spostamento delle foglioline.

11 ELETTROSCOPIO È possibile costruire un elettroscopio «domestico» utilizzando un contenitore di vetro (o di plastica) ed applicando sul tappo un foro in cui far passare un asta di metallo (una graffetta). Alla base è possibile sospendere una piccola strisciolina di alluminio Passando un pettine ripetutamente su capelli e avvicinandolo poi alla graffetta si può osservare il sollevamento delle alette di alluminio

12 CONDUTTORI E ISOLANTI I materiali conduttori si lasciano facilmente attraversare dalle cariche elettriche. In essi le cariche si muovono con estrema facilità, neutralizzandosi velocemente. Sono conduttori i metalli (soprattutto rame e argento), la grafite, le leghe, l acqua non pura, le soluzioni acide, le basi, i sali, il nostro corpo, la terra

13 CONDUTTORI E ISOLANTI I materiali isolanti non si lasciano facilmente attraversare dalle cariche elettriche. In essi le cariche si muovono con estrema fatica, neutralizzandosi lentamente. Sono isolanti l ambra, il vetro, la ceramica, il legno, le resine, la seta

14 LA CORRENTE ELETTRICA La corrente elettrica è il movimento generato da un flusso di elettroni che si muovono in modo ordinato attraverso un conduttore Analogamente a quanto avviene per i liquidi in base al principio dei vasi comunicanti, affinché il flusso sia mantenuto è necessario che ai due poli del conduttore sia mantenuta costante una differenza di «livello» di carica elettrica. Questo livello è definito POTENZIALE ELETTRICO e la differenza di livello elettrico tra i due poli è detto DIFFERENZA DI POTENZIALE ELETTRICO o TENSIONE

15 LA CORRENTE ELETTRICA Il polo in cui la concentrazione di cariche elettriche (elettroni) è maggiore si chiama CATODO o POLO NEGATIVO. Il polo con minore concentrazione di elettroni si chiama ANODO o POLO POSITIVO. Fra il polo negativo e quello positivo si genera quindi un flusso di elettroni (corrente elettrica) che per convenzione si dice vada dal polo positivo a quello negativo

16 GENERATORI DI CORRENTE Il generatore di corrente elettrica serve a mantenere la differenza di potenziale elettrico tra i due poli elettrici Il primo generatore fu ideato agli inizi dell ottocento da Alessandro Volta: era costituito da una «pila» di dischi di rame e dischi di zinco, separati da un disco di panno imbevuto di una soluzione di acido solforico. Collegando con un filo di rame il disco di zinco posto all estremità superiore con il disco di rame posto a quella inferiore, ottenne un passaggio di corrente elettrica dal polo positivo (il rame) a quello negativo (lo zinco), per ritornare al polo positivo dopo aver attraversato l interno della pila

17 GENERATORI DI CORRENTE Nelle pile moderne (dette a secco o di Leclanché) la soluzione acida è stata sostituita da biossido di manganese impregnato di cloruro di ammonio. Lo zinco rappresenta l involucro della pila e costituisce il polo negativo. Il rame è stato sostituito da un bastoncino di carbone che funge da polo positivo.

18 CIRCUITI ELETTRICI Il circuito elettrico è un qualsiasi dispositivo formato da un generatore di corrente (pila), un filo conduttore (filo di rame), un interruttore e un apparecchio utilizzatore (lampadina) Quando l interruttore è chiuso la corrente elettrica è libera di passare e la lampadina si accende. Viceversa se si apre l interruttore il passaggio si interrompe e la lampadina si spegne

19 CIRCUITI ELETTRICI A volte è necessario inserire nel circuito più utilizzatori: questo può avvenire può avvenire in due modi Nei circuiti in serie l accensione è contemporanea per tutte le lampadine (luci dell albero di Natale). Nei circuiti domestici si utilizza la disposizione in parallelo per evitare che il guasto di un solo utilizzatore comprometta il funzionamento dell intero impianto

20 GRANDEZZE ELETTRICHE L intensità esprime dunque il NUMERO DI ELETTRONI che attraversa la sezione di un conduttore in un certo tempo L unità di misura dell intensità elettrica è l AMPERE e lo strumento di misurazione è L AMPEROMETRO

21 GRANDEZZE ELETTRICHE La quantità di CARICA ELETTRICA si misura in coulomb (C), in onore del fisico francese Charles A. de Coulomb ( ) ì q = i x t 1 Coulomb corrisponde alla carica elettrica di 6,25 miliardi di miliardi di elettroni (6,25 x )

22 GRANDEZZE ELETTRICHE la TENSIONE o differenza di potenziale elettrico che esiste tra gli estremi del filo conduttore rappresenta la forza con cui gli elettroni vengono spinti attraverso il conduttore Le pile hanno voltaggi (o tensioni) che variano dagli 1,5 ai 9 Volt. La tensione che si genera nei fili degli impianti domestici è invece di 220 volt ed è in grado di uccidere un uomo

23 GRANDEZZE ELETTRICHE la RESISTENZA ELETTRICA (R) è una grandezza che esprime la facilità con cui un conduttore si lascia attraversare da un flusso di elettroni. L unità di misura è l ohm (Ω) che è definita come la resistenza incontrata dalla corrente di q ampere in un conduttore ai cui estremi viene applicata la tensione di 1 volt

24 LEGGI DI OHM

25 LEGGI DI OHM

26 EFFETTO JOULE L effetto Joule o effetto termico consiste nel fatto che il passaggio di corrente elettrica in un conduttore determina la liberazione di calore Questa particolare proprietà della corrente trova numerose applicazioni in tutti gli apparecchi che devono produrre calore: dalla stufetta al forno elettrico, dal ferro da stiro al fon Essi hanno al loro interno una resistenza che al passaggio della corrente elettrica si scalda

27 EFFETTO CHIMICO Il passaggio della corrente elettrica in una soluzione acida, basica o salina, produce la dissociazione nei suoi componenti chimici della sostanza disciolta in acqua Questo fenomeno prende il nome di ELETTROLISI e viene sfruttato per: ricoprire oggetti di metallo con uno strato di un metallo diverso (es. oro o argento) per deposizione elettrolitica mediante un processo detto galvanostegia, per estrarre i metalli da determinati materiali attraverso l elettrometallurgia per costruire gli accumulatori di corrente elettrica (batterie)

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