I CIRCUITI ELETTRICI

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Elisabetta Parente
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2 I CIRCUITI ELETTRICI Ogni dispositivo elettronico funziona grazie a dei circuiti elettrici. Le grandezze che descrivono un circuito elettrico sono: l intensità di corrente elettrica (i), cioè la carica elettrica da cui è attraversato il circuito nell unità di tempo; la differenza di potenziale ( V) che il generatore fornisce per mettere in moto le cariche.

Le grandezze che descrivono un circuito elettrico sono: l intensità di corrente elettrica

3 CARATTERISTICHE TENSIONE- CORRENTE DI UNA LAMPADINA Costruendo un circuito con una lampadina e un alimentatore di corrente continua, e misurando le intensità di corrente a diverse differenze di potenziale, si può studiare sperimentalmente la prima legge di Ohm V = R I e la legge di Joule P = V I Strumenti utilizzati: lampadina (tensione massima 4,5V), alimentatore, amperometro e voltometro.

potenziale, si può studiare sperimentalmente la prima legge di Ohm V = R I e la legge di Joule P =

4 Variazione della resistenza Variazione della potenza 16 1,4 14 1, Resistenza (Ω) V Potenza (W) 0,8 0,6 0,4 0, ,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 V tensione (V) corrente (A) potenza (W) resistenza(ω) 0,0 0,0 0,0 0,0 1,1 0,1 0,2 7,9 2,0 0,2 0,4 10,5 2,8 0,2 0,6 12,2 3,7 0,3 1,0 14,2 4,2 0,3 1,2 15,0

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 V tensione (V) corrente (A) potenza (W) resistenza(ω) 0,0

5 FOTORESISTENZA TENSIONE (V) CORRENTE (ma)potenza (mw) 2,00 0,66 1,32 3,02 1,01 3,05 4,01 1,39 5,57 5,00 1,71 8,55

6 FOTORESISTENZA A DISTANZE DIVERSE V = 2V V = 3V V = 4V V = 5V Distanza (cm) Intensità di corrente (ma) 10 9,1 13,6 17,9 22,4 20 4,9 7,4 9,2 11, ,6 9,5 40 3,3 5 6,4 8

7 CALCOLO del NUMERO di FOTONI e di ELETTRONI Dato che la corrente elettrica ci dice quante cariche passano in un secondo, possiamo sapere il numero di elettroni (cioè cariche negative) che circolano, essendo nota ed universale la carica di un elettrone (Qe=1,6*10-19 C) Possiamo anche trovare il numero dei fotoni che la lampadina spara sulla fotoresistenza, sapendo la distanza tra le due e assumendo che tutta la potenza elettrica vada in potenza luminosa. Dai calcoli, risulta che il numero degli elettroni che si liberano nell unità di tempo è dello stesso ordine di grandezza dei fotoni che arrivano sulla fotoresistenza, perciò possiamo dire che quasi ogni fotone libera un elettrone.

sulla fotoresistenza, sapendo la distanza tra le due e assumendo che tutta la potenza elettrica vada in potenza luminosa.

8 FOTODIODO Zona drogata n (fosforo) Zona drogata p (alluminio) Zona di svuotamento Quando la luce colpisce il fotodiodo, i fotoni liberano gli elettroni che si muovono verso la zona drogata n, mentre le lacune libere si spostano verso la zona drogata p. In questo modo si forma una corrente elettrica dell ordine del milliampere. Generatore attivo Produce corrente senza bisogno di un alimentazione esterna.

le lacune libere si spostano verso la zona drogata p.

9 Immagine fotovlotaico

10 CELLA FOTOVOLTAICA È stato costruito un circuito con una cella fotovoltaica di circa 4 cm², come ricettore di energia proveniente dai fotoni emessi da una lampada di potenza nota, e un voltmetro e un amperometro. Quindi sono stati misurati i valori della tensione e dell'intensità di corrente a diverse distanze, e sono state calcolate le rispettive potenze elettriche. Distanza (cm) Tensione (V) Corrente (ma) Potenza (mw) 10,0 0,5 58,4 28,0 20,0 0,4 44,8 16,6 30,0 0,2 28,6 6,9 50,0 0,1 13,5 1,5

Quindi sono stati misurati i valori della tensione e dell'intensità di corrente a diverse distanze, e sono state calcolate

11 SUL TETTO Un modulo fotovoltaico è impiegato come generatore di corrente in un impianto fotovoltaico. Il materiale piu utilizzato nella costruzione di moduli fotovoltaici è il silicio, che viene ottenuto in wafer in seguito uniti tra loro. Esistono diversi tipi di questi moduli, quelli presenti sul tetto di questo edificio sono 3: Silicio monocristallino: efficienza dell'ordine del 16-17%; tendenzialmente costosi Silicio policristallino: piu economici, ma meno efficienti (13-14%); vantaggio: facilita di taglio in forme adatte ad essere unite in moduli. Silicio amorfo depositato da fase vapore: hanno un'efficienza bassa (6%), ma sono molto piu economici da produrre.

Esistono diversi tipi di questi moduli, quelli presenti sul tetto di questo edificio sono 3: Silicio monocristallino: efficienza dell'ordine del 16-17%; tendenzialmente

13 SUL TETTO La percetuale di efficenza indica la quantita di energia luminosa che le celle fotovoltaiche riescono a catturare. La funzionalità ottimale di questi dispositivi è influenzata anche da alcuni fattori che sono: -la latitudine, che determina l'inclinazione dei raggi che colpiscono le celle -la posizione dei moduli, che determina l orientazione rispetto ai raggi (dipende dall'ora del giorno: per ovviare a questo problema il pannello puo essere montato su un braccio rotante) -il percorso che il raggio luminoso compie dentro l'atmosfera terrestre, che riduce la sua intensità -le condizioni atmosferiche.

colpiscono le celle -la posizione dei moduli, che determina l orientazione rispetto ai raggi (dipende dall'ora del giorno: per ovviare a questo problema

14 SUL TETTO In ultima istanza la corrente elettrica prodotta da un modulo fotovoltaico deve essere convertita. La corrente prodotta è continua, grazie ad un inverter viene resa alternata e quindi adatta a essere immessa nella rete elettrica

La corrente prodotta è continua, grazie ad un inverter

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