Cariche in movimento.corrente elettrica.

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1 Carche n movmento.corrente elettrca. Corrent elettrche: carche che s muovono n un mezzo conduttore quando n esso vene mantenuto un campo Elettrco per esempo se vene connesso tra pol d una battera. Corrent contnue cc: vengono prodotte da battere o generator che fornscono una ddp undrezonale costante tra pol e convertono energa chmca, meccanca o d altro tpo n energa elettrca Corrent alternate ca: vengono prodotte da generator che hanno tra pol una ddp che camba segno ad una frequenza caratterstca (50Hz) Corrente Elettrca: Flusso d carca attraverso una superfce l I = dq/dt: corrente elettrca stantanea Grandezza fsca scalare I = "q "t Corrente meda [ I] = C s = untà fondamentale SI 1

2 Punto d vsta mcroscopco l I = "Q "t = nel l /v d = nev d n: numero d carche e per unta d volume ΔQ : carca totale moble nel tratto l del conduttore ΔQ=nel Δt: tempo necessaro a ΔQ per attraversare la sezone Δt=l/v d v d : velocta` meda con cu s muovono portator d carca sotto l effetto del campo elettrco v d :quanto vale?? v d =I/ne per un flo d rame n=8.5x elettron/m 3 d dametro d=2mm per una corrente I=10 Confrontare l rsultato con la velocta` meda termca a temp. ambente v t 10 5 m/s 2

3 Esempo Una cella elettrochmca è costtuta da due elettrod d argento post n una soluzone acquosa d ntrato d argento. Una corrente costante I=0.5 passa attraverso la cella per un ora. Calcolare: a) La carca totale che attraversa la cella n C e n multpl d carca elettronca Cascun elettrone che raggunge la cella neutralzza uno one d argento carco postvamente che qund s deposta come argento metallco sull elettrodo negatvo (catodo). Calcolare: b) La massa totale dell argento depostato. (massa atomca dell g 107.9amu) 3

4 Generator d tensone Per mantenere una corrente serve un generatore: strumento che mantene una d.d.p. (tensone) costante a suo cap (f.e.m.) + ΔV=V -V B = - B Crcuto aperto: separa carche postve e negatve. Compe lavoro contro l campo elettrco fnché ddp=fem B Qu c vuole un carco Crcuto chuso: le carche portate da B ad sono rportate da a B dal campo elettrco. Il generatore compe lavoro, fnché non abba esaurto la sua rserva d energa. Potenza erogata da un generatore (lavoro computo/tempo): dw = dq "V =#dq P = dw dt =# Il verso convenzonale della corrente è quello nel quale s muoverebbero le carche postve 4

5 Corrente elettrca Per molt conduttor (es. conduttor metallc) vale la Legge d Ohm V = ΔV=V -V B [ ] = = = 2 3 B ddp o caduta d tensone a cap d un resstore. V kg m s 2 appresentazone schematca d un resstore d resstenza 123 ΔV= La resstenza dpende dal materale e dalla geometra. Per un flo d lunghezza l e sezone S: = l S ρ resstvtà: dpende solo dal materale (e dalla temperatura) [" ] = m 5

6 Effetto Joule Il crcuto pù semplce: Generatore deale = V = Da a B l campo elettrco compe un lavoro -qδv >0. La veloctà d derva non camba (legge d Ohm): dsspazone d energa. Ltot = "q#v + Ld = #K = 0 Ld = q#v Generatore reale La ddp a cap d un generatore con crcuto aperto (detta anche f.e.m), è dversa (maggore) dalla ddp con crcuto chuso. Cò è dovuto alla resstenza nterna del generatore: B P DISS = V = " = 2 = V 2 B r " V = # r r è responsable del rscaldamento del generatore 6

7 Crcut elettrc Smbologa condensatore resstore generatore deale d tensone generatore d tensone reale nodo Legge d Krchoff de nod: magla (ma non solo) k k = 0 # # + k k Legge d Krchoff delle magle: V k = " k k k # = 0 m 7

8 Sere e parallelo d resstenze 1 2 V = V1 + V 2 = ( ) V = eq eq = EQ = k esstenze n sere k V k = k k = V = k " k 1 eq = k 1 k 2 esstenze n parallelo 8

9 Crcuto C C Inzo: = 0 Q = 0 V C = 0 U = 0 C Fne: = 0 V C = " Q = C U = 1 2 C2 C s è carcato: è passata corrente. C possede energa potenzale: è stato computo lavoro. Q = " 0 (t)dt W G U = = 1 2 Q Q Dov è fnta l energa mancante? Studo del regme transtoro 9

10 Crcuto C con Q " + C Q( 0) = 0 C (0) = L. Krchoff magle: " $ = + Q C # $ = dq % dt d dt = dervando... =? = exp( t / C) = exp( t / ) C " 0 C =" [ 1 exp( t C) ] Q ( t) C / C: tempo caratterstco e C t 10

11 Crcuto C C Carca d un condensatore Q C t t V VC Q Dsspazone per effetto Joule t " 2 dt = 1 2 C # 0 W G = U C + W J 11

12 Crcuto C Scarca d un condensatore C # 0 = + Q C " # = dq $ dt con Q ( 0) = Q 0 Q0 ( 0) = = C V 0 Q t t 12

13 lcun Esemp: L Electrophorus:un pesce che vve ne fum dell merca del Sud ha un potente generatore fsologco d fem. Uccde pesc d cu s nutre con potent scarche d corrente fno a 1. Produce nfatt una ddp d parecche centnaa d Volts lungo la sua lunghezza, la corrente passa dalla sua testa alla coda attraverso l acqua. Shock elettrco: una corrente elettrca che attraversa l corpo produce dvers effett a seconda dell ntensta`. La corrente dpende dalla ΔV e dalla resstenza che attraversa. Possamo dstnguere seguent cas: Corrente Elettrca (1 sec d contatto) 1m m m Effetto Fsologco Sogla d percezone Senzazone d formcolo Sostenute contrazon muscolar Corrente che mpedsce l dstacco Fbrllazone ventrcolare, può essere fatale se prolungata nel tempo 13

14 Perche` gl uccelln possono appoggars su fl dell alta tensone senza danno? Se nseramo le dta nelle prese d casa 220V s possono evtare ser dann se abbamo scarpe con suola solante che mpedsce qund alla corrente d attraversare l nostro corpo con bassa resstenza Infatt: Se l nostro corpo oppone una resstenza d 100kΩ allora saremmo attraversat da una corrente I=220V/100kΩ = 2.2m che produce solo una senzazone d formcolo Ma se samo sudat e a ped scalz la nostra resstenza verso massa potrebbe essere d sol 1000Ω che sgnfca I=220V/1000Ω= 220m che produce fbrllazone ventrcolare e può essere fatale 14

15 Corrente (1 secondo d contatto) Effett Fsologc Voltaggo rchesto per produrre la corrente con una resstenza corporea d: 100kΩ 1kΩ 1m Sogla d percezone 100V 1V Senzazone d formcolo 5m Corrente massma che non produce dolore 500V 5V 10-20m Inzo d sostenute contrazon muscolar ( can t let go current) 1kV 10V m Fbrllazone ventrcolare, fatale se contnuata nel tempo. La funzone respratora contnua 10kV 100V 6 Sostenuta contrazone ventrcolare seguta da un normale rtmo cardaco (defbrllazone). Temporanea parals respratora e possbl brucature 600kV 6kV 15