Tesina di scienze. L Elettricità. Le forze elettriche

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1 Tesina di scienze L Elettricità Le forze elettriche

2 In natura esistono due forme di elettricità: quella negativa e quella positiva. Queste due energie si attraggono fra loro, mentre gli stessi tipi di energie si respingono. Ci sono due modi per elettrizzare un oggetto: per strofinio o induzione. L elettrizzazione per strofinio avviene quando un oggetto composto da una sostanza che ha delle determinate capacità elettriche viene strofinato contro un altro e le cariche negative passano da un corpo all altro e inseguito se si avvicina l oggetto carico negativamente ad un oggetto leggero il primo attira a sé il secondo. Non tutti gli oggetti però hanno questa capacità, ad esempio i metalli al contrario della plastica non possono attirare nessun oggetto. L elettrizzazione per induzione avviene quando un oggetto elettricamente neutro si trova all interno di un campo elettrico le cariche all interno si ridistribuiscono in base all oggetto che avvicini. Se avvicini un oggetto carico negativamente, le cariche negative interne al campo elettrico vengono respinte mentre quelle positive vengono attratte e i due oggetti si attirano. Se invece avvicini un oggetto carico positivamente avviene il contrario: le cariche positive vengono respinte mentre le cariche negative vengono attratte. Il campo elettrico è dovuto a un oggetto elettrizzato che attorno a sé crea una forza elettrica pronta ad agire su altri oggetti. L Origine dell Elettricità Nel Novecento alcuni fisici scoprirono che gli atomi, le particelle

3 che compongono la materia, sono formati da particelle ancora più piccole. In particolare vicino al nucleo degli atomi ci sono gli elettroni, che determinano il comportamento chimico degli elementi e trasportano l elettricità. Gli elettroni sono l elettricità negativa mentre i protoni sono l elettricità positiva. Solo gli elettroni sono in grado di muoversi e trasportare elettricità mentre i protoni non hanno libertà di movimento. Gli elettroni però non si muovono con facilità in tutti gli oggetti. Per questo gli oggetti vengono classificati in due categorie: isolanti e conduttori. Negli isolanti le cariche elettriche si muovono con difficoltà alcuni esempi sono: la plastica il vetro, il legno, la ceramica e la gomma. Nei conduttori le cariche elettriche si spostano con facilità come i metalli, la Terra e il nostro corpo. La corrente elettrica ed i circuiti

4 I fenomeni elettrici dovuti all induzione o allo strofinio sono fenomeni elettrostatici cioè derivano da un accumulo di cariche elettriche ferme. Nella vita di tutti i giorni però usiamo cariche elettriche in movimento: la corrente elettrica. La corrente elettrica si ha quando un conduttore è percorso da un flusso di elettroni. Per avere un flusso di elettroni ci deve essere una differenza di potenziale elettrico, detta anche tensione elettrica. Il potenziale elettrico dipende da quante carice elettriche sono accumulate in un oggetto. Quando c è la tensione elettrica gli elettroni all interno di un conduttore si spostano per cercare di annullare questa differenza e si ha la corrente elettrica. Per mantenere la corrente si ha bisogno di un generatore di tensione che mantenga la differenza di potenziale elettrico tra le due estremità di un conduttore. Il primo generatore di tensione è stato costruito da Alessandro Volta nell Ottocento. Volta costruì una pila alternando dischetti di due diversi metalli, rame e zinco, separati da un panno imbevuto di una soluzione di acido solforico. Grazie alle reazioni chimiche che avvengono sulle superfici di contatto con la soluzione, i due metalli tendono a caricarsi uno negativamente (lo zinco) e l altro positivamente (il rame). Tra ogni coppia di dischetti si forma così una piccola differenza di potenziale. I contributi delle diverse coppie di dischi si sommano e danno origine a una tensione più consistente alle due estremità della pila, che vengono chiamate elettrodi. Quando si dispone di un generatore di tensione si può creare un circuito elettrico. Se si collegano con un filo conduttore i due elettrodi del generatore, il filo viene attraversato da una corrente di elettroni che si muovono dall elettrodo negativo all elettrodo positivo. Questa corrente elettrica può essere sfruttata inserendo lungo il filo un utilizzatore, ad esempio una lampadina, o un amperometro

5 uno strumento che misura l intensità della corrente. Nei circuiti di solito è presente anche un interruttore che permette di interrompere il flusso della corrente o di ripristinarlo. La resistenza elettrica e leggi di Ohm

6 Ogni conduttore al passaggio della corrente elettrica oppone una certa resistenza. La resistenza è dovuto all attrito tra gli elettroni e gli atomi del reticolo del conduttore. La resistenza dei conduttori, come tutti gli attriti, libera calore facendo aumentare l agitazione termica degli atomi. Questo fenomeno viene chiamato effetto Joule e grazie ad esso il filamento metallico delle lampadine elettriche diventa velocemente incandescente al passaggio della corrente elettrica ed emette la luce. Una lampadina inserita in un circuito emette più luce se l intensità della corrente che attraversa il suo filamento aumenta. Quindi eseguendo alcuni esperimenti si è scoperto che: l intensità della corrente cresce al crescere della tensione elettrica, la resistenza dei conduttori aumenta con la loro lunghezza, un filo conduttore a parità di lunghezza ha resistenza minore e che non tutti i conduttori hanno la stessa resistenza. Questi concetti si riassumono nelle leggi di Ohm scoperte nell Ottocento dal fisico tedesco Ohm. La prima legge di Ohm afferma che l intensità di corrente in un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione elettrica applicata ai due capi del conduttore e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore. Quindi se la resistenza è R, l intensità di corrente è i e la tensione elettrica è V avremo la prima legge di Ohm che dice: i = V : R Automaticamente avremo anche la formula inversa per trovare la tensione elettrica: V = R x i La formula inversa per trovare la resistenza: R = V : i