La corrente elettrica

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1 Lampadina Ferro da stiro Altoparlante Moto di cariche elettrice

2 Nei metalli i portatori di carica sono gli elettroni Agitazione termica - moto caotico velocità media 10 5 m/s Non costituiscono una corrente vera e propria

3 In presenza di una d.d.p. ai capi di un conduttore: Elettroni si muovono con medesimi direzione e verso Velocità di deriva, circa 10-4 m/s Il segnale elettrico pressoché istantaneo: tubo pieno d acqua>>> campo elettrico con velocità prossima a quella della luce Velocità delle cariche (ioni) nel sistema nervoso = 30 m/s

4 Intensità di corrente: i = q t rapporto tra la carica q che attraversa una sezione di un conduttore e l intervallo di tempo t impiegato per attraversarla Unità di misura: ampere 1A = 1 C 1 s

5 Gli elettroni migrano in massa verso l estremo con potenziale alto (+) Con il tempo essi provocano un aumento del potenziale basso (-) e una diminuzione del potenziale alto (+) d.d.p. = 0 >>>> cessa la corrente

6 Per mantenere il flusso di elettroni occorre la pila (un generatore) che, a spese dell energia chimica, mantiene costante la d.d.p. agli estremi di un conduttore, così da consentire il flusso di elettroni dall estremo (+) all estremo (-) Analogia tra pila e pompa idraulica

7 La prima legge di Ohm V = R i V e i sono direttamente proporzionali R è una costante di proporzionalità, ma ha un significato fisico 1Ω = 1V 1A

8 La seconda legge di Ohm R = ρ l S ρ resistività = dipende dalla natura del conduttore l lunghezza del conduttore S sezione del conduttore

9 Circuiti elettrici in corrente continua La forza elettromotrice, comunemente abbreviata in f.e.m. o semplicemente f, è la differenza di potenziale ai capi di un generatore (pila) inserito in un circuito aperto A + - B A + - B In un circuito chiuso si parlerà semplicemente di d.d.p. (V A -V B ) ai capi del generatore

10 Circuiti elettrici in corrente continua Un generatore ideale è capace di fornire esclusivamente una d.d.p., nella realtà esso si comporta anche come un resistore, cioè, come tutti i conduttori è dotato di resistenza, quindi si «oppone» al passaggio delle cariche. Questa resistenza si chiama resistenza interna. + - f + r - Schema generatore ideale Schema generatore reale

11 Circuiti elettrici in corrente continua Considerato il circuito sottostante e dati come noti la f.e.m. f e la resistenza interna r, determiniamo la corrente i che scorre nel circuito. Utilizzeremo la seconda legge di Kirchhoff o Teorema della maglia: «Sommando algebricamente al potenziale V A, di un punto A del circuito, le variazioni di potenziale che si incontrano in un giro completo lungo il circuito, si ottiene di nuovo V A» Precisazione: Se ci si sposta nel verso della corrente attraverso una resistenza R, lungo il circuito esterno al generatore, il potenziale subisce una diminuzione pari a Ri. Se ci si muove dentro il generatore dal polo a quello positivo (cioè ancora nel verso della corrente), il potenziale subisce contemporaneamente un aumento f (f.e.m.) e una diminuzione ri. Si ha V A Ri + f ri = V A da cui si ha i = f R+r. B R f r A Se la resistenza interna r è trascurabile (r=0) rispetto a quella esterna R, si ha i = f R

12 Circuiti elettrici in corrente continua Stabiliamo ora il legame tra la f.e.m. (f) e la d.d.p. (V A -V B ). Considerato il circuito in figura, la d.d.p. (V A -V B ) tra i capi A e B, si può calcolare «attraversando» la resistenza R. Allora V A Ri = V B V A V B = Ri. Poiché è i = f, si ha R+r V A V B = R f R+r V A V B = R R+r f R essendo R R+r < 1 si ha V A V B < f B f r A La d.d.p. (V A -V B ) tra i capi A e B, si può calcolare anche «attraversando» il generatore (f) e la resistenza interna r da B verso A. Allora è V B ri + f = V A V B V A = f ri

13 Resistenze in serie e in parallelo Prima Legge di Kirchhoff o Teorema dei nodi: «La somma delle intensità di corrente che giungono in un nodo è uguale alla somma delle intensità di corrente uscenti dal nodo stesso» i1 i3 i 1 + i 2 =i 3 i2 Resistenze in serie: R eq = R 1 + R 2 + R 3 R1 R2 R3 R1 Resistenze in parallelo: 1 R eq = 1 R R R 3 R2 R3