Circuiti Elettrici + -

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Baldo Spada
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1 Circuiti Elettrici Dato un corpo carico positivamente ed uno carico negativamente. I due corpi generano un campo elettrico e ciascuno si trova ad un potenziale differente. Esiste cioè una differenza di potenziale tra i due corpi - Collegando i due corpi con un filo di materiale condutture le cariche negative si muoveranno verso il corpo carico positivamente per azzerare la differenza di potenziale - Collocando una ipotetica paletta lungo la strada delle cariche è possibile generare lavoro. - Ricollocando le componenti è stato creato un circuito elettrico Generatore di forza elettromotrice (f.e.m.) - Dispositivo elettrico Generatore di forza elettromotrice (f.e.m.) - - Dispositivo elettrico semplice Corrente e resistenza Cap. 7 HRW

2 Corrente e resistenza Cap. 7 HRW

3 Generatore Strumento in grado di mantenere ai suoi capi un differenza di potenziale chiamata forza elettromotrice (f.e.m.) Corrente elettrica Il movimento ordinato di cariche elettriche è detto corrente elettrica Intensità di corrente elettrica L intensità di corrente elettrica è data dalla quantità di carica dq che passa nell intervallo di tempo dt. L intensità di corrente elettrica si misura in Ampere [ C] [ s] dq I [ I ] dt Ampere La corrente elettrica, per convenzione, scorre dal polo positivo al polo negativo (in verso opposto al reale verso di scorrimento degli elettroni) Se le cariche si muovono sempre nel medesimo verso la corrente è detta continua, se le cariche cambiano verso di scorrimento periodicamente la corrente è detta alternata. Potenza La potenza dissipata da un circuito in cui scorre una corrente I indotto da una differenza di potenziale costante nel tempo è dato dal prodotto I dl d P dt dt dq P dt ( U ) ( q ) I d dt se costante nel tempo Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 3

4 Densità di Corrente La densità di corrente è definita come il vettore orientato come il vettore velocità delle cariche in moto, il medesimo verso, se le cariche sono positive, o opposto se le cariche sono negative e modulo pari alla intensità di corrente per unità di area. i J d A Se J i è i A costante in tutto un conduttore di superficie A : A i Nota: La densità di corrente è un vettore, l intensità di corrente i non lo è. L unità di misura di J è Ampere/m Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 4

elocità di deriva Ogni secondo, attraverso un conduttore di sezione A percorso da una corrente I passa un numero di elettroni pari a: N (# elettroni N (# elettroni N (# elettroni N n* A* v Cioè una q

5 elocità di deriva Ogni secondo, attraverso un conduttore di sezione A percorso da una corrente I passa un numero di elettroni pari a: N (# elettroni N (# elettroni N (# elettroni N n* A* v Cioè una q * n* A* v v d e i q * n* A* v e d t La velocità di deriva i nq A e d * t carica Cioè una corrente pari a : J nq e d per unità di volume)* olume per unità di volume)* A* L per unità di volume)* A*( velocità pari a : * t degli elettroni è quindi: elett.)* ( tempo) La velocità di deriva degli elettroni è molto bassa, dell ordine di -7 m/s Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 5

6 Legge di Ohm Sperimentalmente si osserva che, nella grande maggioranza dei conduttori (ma non in tutti), l intensità di corrente elettrica dipende linearmente dalla differenza di potenziale applicata. La costante di proporzionalità si chiama resistenza e dipende dalle proprietà fisico chimiche (struttura atomica, forma, temperature, ) del conduttore. RI R resistenza [ R] Ohm S R l ρ S l lunghezza del conduttore S sezione del conduttore ρ resistività del materiale l ρ ρ ( α( T T )) α coefficiente di temperatura In generale, abbassando la temperatura, la resistenza dei conduttori diminuisce. In certi casi specifici, a temperature molto vicine allo zero assoluto, la resistenza elettrica improvvisamente diventa zero. uesti materiali sono detti superconduttori. In materiali come il Germanio o il Silicio invece la resistenza elettrica diminuisce con l aumentare della temperatura. Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 6

7 Componenti circuitali primarie Un circuito, qualsiasi esso sia, può essere scomposto in un insieme (anche estremamente complesso) di componenti semplici: Generatori Capacità C Resistenze R Induttanze L Ciascuno di questi componenti risponde in maniera caratteristica ad una corrente elettrica. Tuttavia qualsiasi circuito elettrico deve rispettare le proprietà basilari del campo elettrico, il fatto cioè che la carica si conserva e che il campo è conservativo. I Legge di Kirchoff La somma dei valori assoluti delle correnti che entrano in un nodo è uguale alla somma dei valori assoluti delle intensità di correnti che escono dal nodo II legge di Kirchoff Lungo una maglia la somma delle cadute di potenziale è uguale alla somma degli aumenti di potenziale i i i dl linea chiusa i i i Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 7

8 Resistenza La resistenza è definita come la costante di proporzionalità tra la corrente e la differenza di potenziale applicato. RI R l ρ S Resistenze in serie R Tot R Tot R R Resistenze in parallelo R Tot R Tot R R Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 8

Condensatore Un condensatore è un dispositivo capace di immagazzinare carica elettrica ed è costituito da due conduttori, dette armature poste l uno vicino all altro, ma senza che si tocchino.

9 Condensatore Un condensatore è un dispositivo capace di immagazzinare carica elettrica ed è costituito da due conduttori, dette armature poste l uno vicino all altro, ma senza che si tocchino.. Condensatore a Piatti Piani Paralleli Condensatore Sferico Condensatore cilindrico Su entrambe le armature è presente la medesima quantità di carica ma opposta in polarità L osservabile che mi quantifica quanto efficacemente un condensatore è in grado di immagazzinare carica è data dal rapporto tra la carica presente sulle armature e la differenza di potenziale corrispondente. Tale rapporto è definito capacità [ Coul] [ olt] C [ C] farad Se all interno delle armature di un condensatore, pongo un dielettico di costante dielettrica ε r, la sua capacità aumenta dello stesso fattore Corrente e resistenza Cap. 7 HRW 9

10 Corrente e resistenza Cap. 7 HRW Capacità in parallelo C C C o o o

11 Corrente e resistenza Cap. 7 HRW Capacità in Serie C C C o o o

12 Obiettivi generali degli esercizi (aula/tutor.): Saper calcolare la resistenza equivalente per due o più resistenze in serie/parallelo; Saper calcolare la capacità equivalente per due o più condensatori in serie/parallelo; Saper applicare la legge di Ohm. Corrente e resistenza Cap. 7 HRW

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