Elettricità e magnetismo

Transcript

1 Elettricità e magnetismo

2 Cosa vedremo in questo capitolo? Elettricità e magnetismo Cosa vedremo in questo capitolo?

3 Le forze elettriche Strofinare con un panno di lana! Le forze elettriche La forza repulsiva o attrattiva esercita dai due corpi e detta forza elettrica e i corpi che la esercitano vengono chiamati corpi elettrizzati. Elettricità e magnetismo Lo strofinio fa perdere o acquistare elettroni agli atomi (che altrimenti sarebbero neutri!). Gli atomi che perdono elettroni saranno quindi carichi positivamente, mentre gli atomi che acquistano un elettrone saranno carichi negativamente. L insieme dei fenomeni che coinvolgono le cariche elettriche prende il nome di elettricità.

4 Le forze elettriche Le forze elettriche I corpi con cariche elettriche di segno opposto si attraggono, mentre i corpi con cariche elettriche di segno uguale si respingono. L unità di misura della carica elettrica si chiama Coulomb (C) in onore del fisico francese Charles Augustin de Coulomb ( ). 1 C = 6,24 x elettroni Elettricità e magnetismo In ogni fenomeno elettrico, gli elettroni non vengono né creati né distrutti ma solo spostati. Questo principio è conosciuto come Legge della conservazione della carica elettrica.

5 Elettrizzazione per contatto e per induzione Elettricità e magnetismo Elettrizzazione per contatto e per induzione I corpi elettrizzati possono a loro volta trasmettere cariche elettriche, elettrizzando altri corpi. 1) Elettrizzazione per contatto: Se tocco con un righello di plastica caricato negativamente una pallina di alluminio sospesa, questa si elettrizza. Se riavvicino il righello la pallina si allontanerà. Altro esempio: scossa sulla portiera dell auto, scarica su di me le cariche elettriche accumulate. 2) Elettrizzazione per induzione: Se avvicino una bacchetta di vetro ad una pallina di alluminio sospesa, questa si avvicina. Ne deduco che i due corpi hanno cariche opposte. Quando avvicino la baccheta carica + induco le cariche della pallina a spostarsi. Se sposto la bacchetta, torna tutto come prima. L elettrizzazione per induzione è temporanea.

6 Che cos è la corrente elettrica? Che cos è la corrente elettrica? La corrente elettrica è un flusso di cariche elettriche attraversi un conduttore. L unità di misura della corrente elettrica è l Ampere (A). Ampere indica la quantità di corrente elettrica, la sua intensità. Il flusso dicariche elettriche (elettroni) si sposta dal polonegativo a quello positivo di un pila. Elettricità e magnetismo Il nome dell unità di misura deriva dal nome del fisico francese André-Marue Ampère ( ). 1 A = 6250 milioni di miliardi di e - al secondo

7 Conduttori ed isolanti Conduttori ed isolanti Plastica e vetro, una volta elettrizzati, mantengono la carica acquisita o persa, quindi mantengono a lungo l elettrizzazione. Gli elettroni nel vetro o nella plastica si muovono molto lentamente e non si riescono quindi a scaricare. I metalli invece sono molto difficili da elettrizzare in quanto al loro interno gli elettroni si muovono molto rapidamente e così il corpo metallo si scarica. Elettricità e magnetismo Un conduttore è una sostanza nella quale gli elettroni si muovono facilmente. Un isolante è una sostanza nella quale gli elettroni si muovono con difficoltà.

8 Conduttore o isolante? Conduttore o isolante? Conduttori Elettricità e magnetismo Isolanti

9 Elettricità e magnetismo La tensione elettrica La tensione elettrica o differenza di potenziale Cosa indica la sigla 1,5V sulle pile che usiamo nel telecomando della TV di casa? All interno della pila avvengono reazioni chimiche che sottraggono elettroni al polo positivo portandoli verso il polo negativo. Tra i due poli si instaura quindi una differente quantità di carica elettrica (un differente numero di elettroni). Questa differenza prende il nome di differenza di potenziale. La misura della differenza di potenziale è il Volt (V da Alessandro Volta, , inventore della pila). Lo strumento per misurarla è il voltmetro.

10 Elettricità e magnetismo La potenza elettrica La potenza elettrica La corrente elettrica è in grado di compiere un lavoro, quindi sviluppa potenza. (RIPASSO NELLE PROSSIME 6 SLIDE) La potenza elettrica si dice venga assorbita da un dispositivo, che sia lampadina, televisore, forno o qualunque altro oggetto che utilizza corrente elettrica. Si calcola come: P: potenza V: differenza di potenziale espressa in volt, V i: la corrente elettrica espressa in ampere, A P = V * i

11 Energia e Lavoro Il lavoro Il lavoro Una forza compie un lavoro quando causa uno spostamento del corpo lungo la direttrice su cui agisce. Il lavoro di una forza si ottiene moltiplicando l intensità della forza per lo spostamento lungo la direttrice.

12 Il lavoro Il lavoro Una forza compie un lavoro quando causa uno spostamento del corpo lungo la direttrice su cui agisce. Il lavoro di una forza si ottiene moltiplicando l intensità della forza per lo spostamento lungo la direttrice. L = F x s Formule inverse: F = L / s s = L / F Energia e Lavoro L unità di misura del lavoro è il joule: 1 J = 1 N x 1 m

13 Energia e Lavoro La potenza La potenza Nel calcolo del lavoro non rientra il tempo impiegato. E ben intuibile che però lo stesso lavoro può essere compiuto in tempi differenti. Che cosa cambia?

14 Energia e Lavoro La potenza La potenza Nel calcolo del lavoro non rientra il tempo impiegato. E ben intuibile che però lo stesso lavoro può essere compiuto in tempi differenti. Che cosa cambia? Se un lavoro viene compiuto in un tempo più piccolo, la potenza sarà più alta. La potenza è quindi il rapporto tra il lavoro compiuto da una forza e il tempo impiegato a compierlo.

15 La potenza La potenza Nel calcolo del lavoro non rientra il tempo impiegato. E ben intuibile che però lo stesso lavoro può essere compiuto in tempi differenti. Che cosa cambia? Se un lavoro viene compiuto in un tempo più piccolo, la potenza sarà più alta. La potenza è quindi il rapporto tra il lavoro compiuto da una forza e il tempo impiegato a compierlo. Energia e Lavoro L unità di misura della potenza nel SI è il watt. 1 W = 1 J / 1s

16 La potenza La potenza L unità di misura della potenza nel SI è il watt. 1 W = 1 J / 1s Se Alice trasporta una valigia che pesa 200 N e impiega 120 secondi per fare 20 m in salita: Energia e Lavoro L = 200 N x 20 m = 4000 J P Alice = 4000 J / 120 s = 33,3 W P ascensore = 4000 J / 20 s = 200 W

17 La potenza elettrica Vediamo degli esempi di assorbimento: La potenza elettrica Lampadine a basso consumo da 5W a 25 W Elettricità e magnetismo Vecchie lampadine a filamento di tungsteno Anche W di assorbimento Tornando di moda?

18 La potenza elettrica Vediamo degli esempi di assorbimento: La potenza elettrica Lampadine a basso consumo da 5W a 25 W Elettricità e magnetismo Vecchie lampadine a filamento di tungsteno Anche W di assorbimento Tornando di moda?

19 Elettricità e magnetismo La potenza elettrica Vediamo degli esempi di assorbimento: La potenza elettrica Motore della lavatrice: circa 2000 W Resistenza della lavatrice: dai 1000 W ai 3000 W

20 Elettricità e magnetismo La potenza elettrica Vediamo degli esempi di assorbimento: La potenza elettrica Motore della lavatrice: circa 2000 W Resistenza della lavatrice: dai 1000 W ai 3000 W Come è fatta una lavatrice?

21 Elettricità e magnetismo Energia elettrica Un po di formule Energia elettrica Potenza elettrica: P = V i dove V è il voltaggio e i la corrente espressa in A Sappiamo dai capitoli precedenti che la potenza: P = L /t (lavoro nell unitò ditempo) Essendo il lavoro energia, possiamo scrivere: E = P t = V i t (unità di misura: W h à kilowattora kwh)

22 Elettricità e magnetismo Energia elettrica Un po di formule Energia elettrica Potenza elettrica: P = V i dove V è il voltaggio e i la corrente espressa in A Sappiamo dai capitoli precedenti che la potenza: P = L /t (lavoro nell unitò ditempo) Essendo il lavoro energia, possiamo scrivere: E = P t = V i t (unità di misura: W h à kilowattora kwh)

23 Energia elettrica Un po di formule Energia elettrica Potenza elettrica: P = V i dove V è il voltaggio e i la corrente espressa in A Sappiamo dai capitoli precedenti che la potenza: P = L /t (lavoro nell unitò ditempo) Essendo il lavoro energia, possiamo scrivere: E = P t = V i t (unità di misura: W h à kilowattora kwh) Il kwh è l energia sviluppata in un ora da una potenzadi 1 kw. Elettricità e magnetismo 1kWh = 3600 KJ

24 Elettricità e magnetismo Circuiti elettrici Come è fatto un circuito elettrico? Circuiti elettrici Generatore: fornisce corrente e mantiene in tensione il circuito. Ne sono esempi: le pile, le batterie delle automobili, i generatori delle grandi centrali elettriche. Conduttore: è l elemento che nel circuito trasporta la corrente elettrica. Generalmente è uncavo di rame, formato da una treccia di fili di rame più piccolo. Può anche essere rappresentato da una lamina come nei circuiti stampati.

25 Elettricità e magnetismo Circuiti elettrici Come è fatto un circuito elettrico? Circuiti elettrici Generatore: fornisce corrente e mantiene in tensione il circuito. Ne sono esempi: le pile, le batterie delle automobili, i generatori delle grandi centrali elettriche. Conduttore: è l elemento che nel circuito trasporta la corrente elettrica. Generalmente è uncavo di rame, formato da una treccia di fili di rame più piccolo. Può anche essere rappresentato da una lamina come nei circuiti stampati.

26 Circuiti elettrici Come è fatto un circuito elettrico? Circuiti elettrici Generatore: fornisce corrente e mantiene in tensione il circuito. Ne sono esempi: le pile, le batterie delle automobili, i generatori delle grandi centrali elettriche. Conduttore: è l elemento che nel circuito trasporta la corrente elettrica. Generalmente è uncavo di rame, formato da una treccia di fili di rame più piccolo. Può anche essere rappresentato da una lamina come nei circuiti stampati. Elettricità e magnetismo Utilizzatore: elementi del circuito che utilizzano la corrente elettrica per svolgere una funzione. Es: lampadine. Interruttore: sono elementi che aprono e chiudono un circuito. Ser vono per accendere o spegnere un o più utilizzatori.

27 Circuiti elettrici Come è fatto un circuito elettrico? Circuiti elettrici Interruttore Generatore Conduttore Elettricità e magnetismo Utilizzatore

28 Circuiti elettrici Come è fatto un circuito elettrico? Circuiti elettrici Elettricità e magnetismo Tutti gli utilizzatori sono collegati uno di seguito all altro, in modo da formare un unico percorso per la corrente. Tutte le lampadine sono attraversate dalla stessa corrente, ma la tensione si suddivide: Pila da 1,5 V à 0,75 V per lampadina. Ciascuno utilizzatore è collegato direttamente al generatore. Il collegamento in parallelo è vantaggioso perché su uno degli utilizzatori si guasta, tutti gli altri continuano a funzionare. Es: impianto di casa Generatore da 230 V à 230 V per lampadina.

29 Elettricità e magnetismo La resistenza elettrica e le leggi di Ohm La resistenza elettrica e le leggi di Ohm Tutti i conduttori, anche i più efficienti, oppongono una certa resistanza al passaggio della corrente elettrica. Mentre la tensione del generatore (la differenza di potenziale tra i due poli) spinge le cariche in una direzione, la resistenza si oppone. Unità di misura Ohm simbolo: lettera greca omega maiuscola: Ω Filo di rame 1 m, sezione 1 mm 2 : 0,017 " Suola di gomma spessore 20 mm: " Esiste una importante relazione matematica che unisce la tensione, la corrente elettrica e la resistenza.

30 Elettricità e magnetismo La resistenza elettrica e le leggi di Ohm La prima legge di Ohm L intensità di corrente (i) che attraversa un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione (V) applicata agli estremi del conduttore e inversamente proporzionale all resistenza (R) del conduttore. In simboli: i = % & V = R i R = % ( Con un tester posso misurare ognuna delle tre grandezze coinvolte.

31 La resistenza elettrica e le leggi di Ohm Elettricità e magnetismo La prima legge di Ohm

32 Elettricità e magnetismo La resistenza elettrica e le leggi di Ohm La seconda legge di Ohm La resistenza dipende da alcune caratteristiche fisiche e geometriche del conduttore, come la resistività ρ, la lunghezza l e la sezione S. L'esempio più semplice è quello in cui il conduttore è composto di un solo materiale, ha sezione uniforme e il flusso di corrente al suo interno è anch'esso uniforme. In questo caso, la resistività è legata a R dalla relazione: ) = +, -

33 Elettricità e magnetismo La resistenza elettrica e le leggi di Ohm La seconda legge di Ohm La resistenza dipende da alcune caratteristiche fisiche e geometriche del conduttore, come la resistività ρ, la lunghezza l e la sezione S. L'esempio più semplice è quello in cui il conduttore è composto di un solo materiale, ha sezione uniforme e il flusso di corrente al suo interno è anch'esso uniforme. In questo caso, la resistività è legata a R dalla relazione: ) = +, -

34 Elettricità e magnetismo Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik.

35 Elettricità e magnetismo Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik.

36 Elettricità e magnetismo Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik. Il territoriodimagnesia era ricco diuna pietranera, capace diattirare a se oggettimetallici.

37 Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik. Il territoriodimagnesia era ricco diuna pietranera, capace diattirare a se oggettimetallici. Elettricità e magnetismo La magnetite veniva chiamata la Pietra di Magnesia

38 Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik. Il territoriodimagnesia era ricco diuna pietranera, capace diattirare a se oggettimetallici. Elettricità e magnetismo Plinio il Vecchio ne parla nel suo libro Naturalis Historia (tra il 23 e il 79 d.c.). La magnetite veniva chiamata la Pietra di Magnesia

39 Elettricità e magnetismo Il magnetismo Il magnetismo Antica città greca di Magnesia, nei pressi della attuale città di Germencik. Il territoriodimagnesia era ricco diuna pietranera, capace diattirare a se oggettimetallici. I corpi con queste proprietà vengono definiti magneti. La proprietà posseduta dai magneti di attirare a se corpi contenenti ferro è chiamata magnetismo.

40 Elettricità e magnetismo Le proprietà della calamite Le proprietà della calamite L attrazione mnagnetica è esercitata dagli estremi del magnete, detti poli magnetici. I due poli vengono denominati polo nord (N) e polo sud (S) e attirano a se corpi ferrosi con la stessa intensità. Poli oppostisi attragono S à ß N Poli uguali si respingono S ß à N