Lezioni L5. 1. Capacità e Capacitori; 4. Leggi di Kirchhoff. FISICA GENERALE II, Cassino A.A Carmine E.

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1 Lezioni L5. Capacità e Capacitori;. Energia immagazzinata da un Capacitore; 3. Batterie a cella solida (dry cell); 4. Leggi di Kirchhoff. 005 Carmine E. Pagliarone

2 Capacitori Un capacitore e un dispositivo che raccoglie le cariche elettriche; Un capacitore consiste di due conduttori separati da un isolante; I Capacitori hanno molte applicazioni: Computer RAM;» Flash Elettronici delle Fotocamere; Dispositivi di protezione; Radio ed altri circuiti elettronici.

3 Tipi di Capacitori Capacitore a Facce Parallele Capacitore Cilindrico

4 Capacitori e Capacitanza Carica accumulata : CV La carica accumulata e proporzionale alla differenza di potenziale V tra le facce del condensatore. La capacita C e costante. [C] [Farad] Coulomb / Volt

5 Capacitori a facce parallele Un esempio elementare di capacitore a facce parallele e quello di due piatti conduttori paralleli di area A separati da una distanza d. Carica su un piatto carica sul piatto opposto. - - Tra i due piatti e presente un Campo Elettrico E.

6 Campo Elettrico tra i piatti di un Condesatore a facce parallele usando la Legge di Gauss: Per il piatto a carica positiva: E da EA E ε ε o A 0 Per il piatto a carica negativa: E da EA E ε 0 ε o A Per il Principio di Sovrapposizione tra i due piatti: E ε A o ε A o ε A o

7 V ba Capacita di un Condensatore a Facce parallele b E dl a Scelto un percorso da a a b che sia parallelo a -E V ba b a E dl cos() Ed d ε A 0 C V ba d ε A 0 ε 0 A d

8 C V C V Capacitori in Parallelo C V C V ( C C C3) V Tot j N Capacitori in Parallelo: N C Tot C j 3 3

9 FISICA GENERALE II, FISICA GENERALE II, Cassino A.A. 004 Cassino A.A Carmine Elvezio Pagliarone Capacitori in Serie C Tot C C C C C C V V V V N j j Tot C C Per N capacitori in serie:

10 Circuiti con Capacitori in Serie e in Parallelo a C C 5 µf 3 µf C 4 0 µf b 6 µf C 3? C ab ual e la capacita C ab che si osservs tra a e b?

11 Energia Immagazzinata da un Capacitore Dal momento che i capacitori accumulano carica elettrica, essi acquisiscono anche una Energia Potenziale; Dato un condensatore di capacità C, d.d.p. V e carica q. Il Lavoro dw richiesto per transferire una quantita di carica dq al condesatore è quindi: q dw Vdq dq Il Lavoro necessario per portare c una carica da q0 a q e : W Vdq q C dq q C C C ( CV ) CV Energia immagazzinata in un Capacitore E ½CV ½V

12 Esercizio: Flash Elettronico per Macchina Fotografica Una macchina fotografica carica un condesatore della capacita di 00 µf fino ad una ddp di 50 V. a) ual e l Energia immagazzinata dal condesatore? b) Se l energia immagazzinata viene scaricata su una lampada al krypton in un tempo di 0 ms, qual e la potenza emessa dalla lampada del flash?

13 Densita di Energia immagazzinata da un Condensatore Energia immagazzinata: Capacitore a facce parallele: Energia: Densita di Energia U U CV ε A V C 0 e E d d ε 0 A E d ε 0E Ad d U U u ε 0E V Ad

14 Materiali Dielettrici Un Dielettrico e un materiale isolante (es. plastica, vetro, carta, legno, ecc.). Un dielettrico posto tra le due facce del condensatore aumenta la sua capacita di un fattore?, chiamata costante dielettrica. C?C o (C o capacita nel vuoto) Per un capacitore a facce parallele: ε 0 A A C κ ε d d e?e o permittivita del materiale

15 Propieta di un Materiale Dielettrico Potere Dielettrico e il campo elettrico massimo al quale un dielettrico puo essere sottoposto senza diventare un conduttore. Materiali DIelettrici nei capacitori: Aumentano la capacita ; Aumentatno il Potenziale Elettrico di breakdown; Forniscono un naturale supporto meccanico. Materiale Aria Carta Mica Titanato di stronzio Costante Dielettrica? Potere Dielectric (V/m) 3 x x x x 0 6

16 Le Nuove Forme di Energia Luigi Galvani ( ) un medico italiano, scoprì che un conduttore bimetallico caricato elettricamente poteva far muovere le zampe di una rana morta. Si concluse pertanto che l elettricità scorresse dentro ogni essere vivente. Mary Shelley (797-85) infatuata da ciò scrisse un romanzo: Frankenstein

17 Gli Esperimenti di Galvani

18 La Batteria Luigi Galvani (~780) studio l effetto dell elettricita statica sulla contrazione dei muscoli delle gambe di una rana e trovo che lo stesso effetto poteva essere prodotto inserendo due metali diversi nel muscolo; Alessandro Volta (~800) invento la batteria elettrica e dimostro l esistenza di un flusso di carica elettrica. La batteria di Volta consisteva di strati alterni di Zinco ed Argento in una soluzione salina Una cella elettrica e la base di una pila comune da.5 Volt dry cell.

19 La batteria a cella solida (dry-cell) Dry cell. (AA,AAA, C or D cell) L elettrolita (acido) reagisce con l elettrodo di zinco dissolvendone una parte; Ogni atomo di Zinco entra in soluzione come ione positivo lasciando elettroni; L elettrodo di zinco allora si trovera ad avere una carica netta negativa; L Elettrolita carico positivamente tira via gli elettroni dall elettrodo di carbone lasciandolo carico positivamente. Il risultato netto e che l elettrodo di carbone e lasciato con una carica netta positiva e l elettrodo di zinco con una carica netta negativa, creando cosi una differenza di potenziale tra I due elettrodi che e di.5 V.

20 Batteria una batteria produce una ddp elettrica tra due elettrodi conduttori (terminali) attraverso la trasformazione di energia chimica in energia elettrica; Symbolo: La batteria termina di funzionare allorche uno dei due elettrodi si svuota (depleted); Alcuni tipi di batterie (es. Ni-Cd) posso essere ricaricate attraverso l applicazione di una ddp, invertendo cioe il processo chimico.

21 Corrente Electrica La carica elettrica lascera la batteria se un percorso elettrico ovvero un circuito e collegato alle sue estremita. La Corrente Elettrica I e la velocita di flusso della carica attraverso un conduttore e deve essere identica in tutti i punti di un semplice circuito. I d dt [C] [s] Ampere [A] [I]

22 Convenzione sul segno della corrente La direzione del flusso di corrente e assunto essere la direzione del flusso della carica positiva (la quale e opposta alla direzione di movimento degli elettroni); Gli elettroni sono i portatori di carica nella maggior parte dei circuiti elettrici ad esempio nei metalli, questo puo non essere vero per gli elettroliti. La corrente Positiva va dal terminale positivo attraverso i conduttori ed apparati fino al terminale negativo. Il Circuito deve essere chiuso per consentire il passaggio di corrente

23 Prima Legge di Kirchhoff Legge di Kirchhoff ai Nodi I I I 5 I 3 I 4 I I I I I

24 Seconda Legge di Kirchhoff Legge di Kirchhoff alle Maglie - V V V - V 5 - V 4 V V V V V