Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ELETTROMAGNETISMO

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1 ELETTROMAGNETISMO

2 FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI L'atmosfera è continuamente sede di fenomeni elettrici e magnetici che vanno dal semplice accumulo di cariche elettrostatiche alle scariche dei fulmini durante i temporali Nelle giornate secche e ventose l'accumulo di cariche elettrostatiche sugli abiti o sugli oggetti può portare alla creazione di differenze di potenziale il cui effetto si sente sotto forma di piccole correnti

3 ENERGIA ELETTRICA L energia elettrica rappresenta una delle forme d'energia più comunemente e diffusamente utilizzate: basti pensare alla luce artificiale e agli elettrodomestici che sono presenti nelle nostre case

4 FENOMENI ELETTRICI E MAGNETICI Forze elettriche tengono legati gli elettroni in un atomo e gli atomi in una molecola determinandole proprieta chimiche di tutte le sostanze Elettroni Nucleo Nei sistemi biologici la forza elettrica interviene nella trasmissione degli impulsi nervosi, nella contrazione delle fibre muscolari, nei meccanismi di trasferimento cellulare

5 Applicazioni mediche Diverse sono le apparecchiature mediche che utilizzano campi elettrici, magnetici e elettromagnetici (onde) a scopo diagnostico ECG, EEG osservando le differenze di potenziale tra diverse parti del corpo si traggono informazioni sul funzionamento del cuore e del cervello La risonanza magnetica utilizza campi magnetici e onde radio per produrre immagini tridimensionali degli organi La tomografia assiale computerizzata (Tac) si basa sull'utilizzo dei raggi X per ricostruire immagini tridimensionali grazie al computer Tecniche di imaging come - Scintigrafia (SPECT) - PET sono basate sull uso di onde elettromagnetiche

6 CARICA ELETTRICA Tutto ciò che ha a che fare con l elettricità trae origine da una proprietà della materia chiamata carica elettrica In natura esistono due tipi di carica elettrica: positiva e negativa >> Unita di misura nel S.I. La carica elettrica non si crea ne si distrugge ma si trasferisce da un corpo all altro

7 DOVE SI TROVA LA CARICA ELETTRICA? Nel suo stato normale, un atomo contiene lo stesso numero di protoni e di elettroni, ed è quindi elettricamente neutro Un atomo di ossigeno è costituito da un nucleo con 8 protoni e 8 neutroni intorno a cui orbitano 8 elettroni. La carica sua totale è quindi Q = 8x( C) + 8x( C) + 8x0 C = C C = 0 C

8 ELETTRIZZAZIONE DEI CORPI Esempi osservabili nella vita quotidiana: se si fa scorrere vigorosamente un pettine tra i capelli asciutti questi ultimi si elettrizzano se strofiniamo su della lana un oggetto di plastica, esso si carica elettricamente ed attira o respinge piccoli frammenti di carta

9 CARICA ELETTRICA DI UN CORPO Poiché la carica elettrica Q di un corpo rappresenta un eccesso o un difetto di elettroni, Q sarà sempre uguale ad un multiplo intero (positivo o negativo) della carica dell elettrone (q e ) Esercizio q e = C Una bacchetta di vetro strofinata con un panno acquista una carica elettrica Q= C. Quanti elettroni si trasferiscono dal vetro al panno?

10 Na IONI La perdita di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni positivi L acquisizione di uno o più e+ trasforma gli atomi in ioni negativi e- Cl Sodio cede un elettrone al Cloro Si formano così gli ioni Na+ e Cl- Tali ioni si attraggono Si forma così un composto ionico detto Cloruro di sodio (sale da cucina) F E Na+ Cl- Ioni Na + e Cl - si trovano anche nel plasma sanguigno Ioni Na+ e K+ giocano un ruolo fondamentale nella trasmissione dell impulso nervoso

11 - q 1 INTERAZIONE TRA CARICHE - q 2 Oggetti con carica dello stesso segno si respingono - q 1 Oggetti con carica di segno opposto si attraggono +q 1 + q 2 +q 2 Questo vuol dire che oggetti carichi esercitano una forza l uno sull altro >> Unita di misura nel S.I.

12 nel vuoto k = k 0 = FORZA DI COULOMB F Coulomb = k q 1q 2 r 2 [ N] m [ ] 2 [ C] 2 nella materia ε r costante dielettrica relativa Mezzo dielettrico Aria secca 1,0006 Carta comune 2 Gomma 2,2-2,5 Porcellana 4 7 Vetro 6 8 Acqua pura 81,07 Ossido di titanio ε r ε r = 1 nel vuoto In tutti gli altri casi ε r > 1

13 MA F Coulomb = k 0 q 1 q 2 r 2 FORZA DI COULOMB e. la forza che agisce tra due cariche elettriche e molto piu intensa la costante deve essere molto piu grande di G la forza che agisce tra due cariche elettriche e sia attiva sia repulsiva (attiva se le cariche hanno segno opposto, repulsiva se le cariche hanno lo stesso segno)

14 Una massa M (es.terra) genera intorno a se un CAMPO GRAVITAZIONALE CAMPO ELETTRICO Una massa e la carica perturbano lo spazio circostante! M Una distribuzione di cariche Q genera intorno a se un CAMPO ELETTRICO (E) Q q Effetto del campo: una massa m risente una carica q risente di una di una forza attrattiva forza attrattiva/repulsiva

15 CAMPO ELETTRICO GENERATO DA UNA CARICA PUNTIFORME +Q +q +q E Q E non dipende dal valore della carica di prova q, ma solo dalla carica Q che lo genera! >> Unita di misura nel S.I.

16 +Q ENERIA POTENZIALE ELETTRICA A q B L AB = E Il lavoro della forza elettrostatica non dipende dal percorso seguito forza conservativa L AB = U A - U B Energia potenziale elettrica in B >> Unita di misura nel S.I.

17 DIFFERENZA DI POTENZIALE Potenziale elettrostatico in B: V B = U B q ΔV = V A - V B = L AB q Differenza di potenziale La differenza di potenziale ΔV tra u punto A e un punto B dello spazio è il lavoro necessario per spostare la carica di 1 C da A a B >> Unita di misura nel S.I.

18 CIRCUITI ELETTRICI Prendiamo due corpi, uno carico positivamente e l altro carico negativamente, tra cui esiste una differenza di potenziale + - V 1 V 2 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 + - V 1 V 2 Collocando una lampadina lungo la strada delle cariche è possibile accenderla + - V 1 V 2

19 CIRCUITI ELETTRICI Per mantenere il moto delle cariche serve un generatore di differenza di potenziale (ΔV) Generatore di differenza di potenziale DV + - ΔV=V 1 -V 2 Dispositivo elettrico semplice Spesso la differenza di potenziale viene anche chiamata forza elettromotrice (f.e.m.) o tensione

20 ESEMPI DI GENERATORI DI TENSIONE Pile Batteria da 12V per auto L'elettricità che arriva nelle nostre case è prodotta in apposite centrali elettriche e viaggia attraverso linee lunghe anche centinaia di chilometri

21 CORRENTE ELETTRICA Il moto ordinato di cariche elettriche all interno di un materiale è detto CORRENTE ELETTRICA. I La corrente che scorre all'interno di un corpo non e' qualcosa che viene dall'esterno: sono le cariche elettriche contenute in quel corpo che si muovono >> Unita di misura nel S.I.

22 Generatore di tensione (pila, dinamo,..) PRIMA LEGGE DI OHM + I - ΔV R Resistenza elettrica R (es. lampadina, stufa,...) simbolo >> Unita di misura di R nel S.I.

23 Esercizio Una batteria con una differenza di potenziale di 1.5 V sviluppa una corrente di 0.44 A che attraversa una lampadina per 64 s. Trovare a. la carica che scorre nel circuito b. il lavoro fatto dalla batteria c. la potenza erogata dalla batteria d. la resistenza della lampadina