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Fisica 2 Corrente continua 9 a lezione. Programma della lezione Forza elettromotrice Generatori ideali e reali Leggi di Kirchhoff Strumenti di misura.

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1 Fisica 2 Corrente continua 9 a lezione

2 Programma della lezione Forza elettromotrice Generatori ideali e reali Leggi di Kirchhoff Strumenti di misura

3 Forza elettromotrice (fem) Non è una forza Per definizione è il lavoro per unità di carica (positiva) necessario per separare la carica negativa da quella positiva. Dimensioni fisiche: le stesse di V Unità di misura: la stessa di V

4 Sorgenti (generatori) di fem I luoghi nella sorgente in cui vengono accumulate le cariche di segno opposto sono detti poli o morsetti Un generatore di fem aumenta lenergia potenziale elettrostatica delle cariche che lo attraversano, portandole verso il polo omonimo Le cariche perdono energia potenziale nel circuito esterno muovendosi verso il polo eteronimo

5 Sorgenti di fem Convertono energia non elettrica (chimica, meccanica, luminosa) in energia elettrica Sorgenti chimiche –Batteria - batteria al Pb –Cella a combustibile - cella a H 2

6 Batteria al Pb Non accumula carica, ma energia chimica I composti chimici iniziali (Pb, PbO 2, H 2 SO 4 ) e finali (H 2 O, PbSO 4 ) sono immagazzinati dentro la batteria Reazione al polo positivo Reazione al polo negativo Gli elettroni lasciano il polo positivo e si accumulano su quello negativo

7 Cella a H 2 Non accumula carica, ma energia chimica I composti chimici non vengono immagazzinati come nella batteria I composti iniziali (O 2 e H 2 ) vengono immessi dallesterno, quelli finali (H 2 O) vengono espulsi allesterno Reazione al polo positivo Reazione al polo negativo Gli elettroni lasciano il polo positivo e si accumulano su quello negativo

8 Generatore ideale di fem La carica non subisce perdite di energia allinterno del generatore In un ciclo, il bilancio energetico di una carica è nullo, cioè lenergia ricevuta dal generatore uguaglia la perdita nellelemento ohmico La ddp tra i morsetti è numericamente uguale in valore assoluto alla fem del generatore Mantiene una ddp costante tra i due poli indipendentemente dalla corrente erogata

9 Generatore reale di fem Si può considerare come costituito da un generatore ideale e da una piccola resistenza r in serie, la resistenza interna Ora lenergia fornita dal generatore meno la perdita di energia nel generatore uguaglia lenergia persa in R Corrente: ddp tra i morsetti: diminuisce al crescere della corrente erogata: è uguale alla fem del generatore diminuita della caduta di potenziale sulla resistenza interna

10 Batteria al Pb 6 elementi in serie genera in totale una fem di 12 V resistenza interna di 0.01

11 Potenza erogata dal generatore La potenza erogata dal generatore è il rapporto tra lenergia erogata ed il tempo impiegato. In entrambi i casi Ma nel caso ideale Mentre nel caso reale Dove va a finire: –In parte nella r della batteria –In parte nella resistenza di carico R –In totale

12 Leggi di Kirchhoff Primo principio o dei nodi – legge delle correnti –La somma delle correnti che entrano in un nodo devessere uguale alla somma delle correnti che escono Secondo principio o delle maglie – legge delle tensioni –Lungo qualsiasi maglia la somma di tutte le fem e delle ddp ai capi degli elementi del circuito devessere nulla

13 Strumenti e circuiti di misura Amperometro: verra` descritto piu` avanti Voltmetro: –e` un amperometro con una grande resistenza in serie, in modo da assorbire poca corrente e quindi perturbare il circuito studiato il meno possibile Potenziometro Ponte di Wheatstone

14 Potenziometro Circuito di misura di fem incognita E x consistente in: –una resistenza di precisione su cui puo` scorrere un cursore C che la divide idealmente in due parti R 1 e R 2 –Un amperometro di grande sensibilita` –Un generatore campione di fem E c –Un generatore ausiliario di fem E per contrastare la fem del generatore campione R rappresenta una resistenza di carico, eventualmente comprendente la resistenza interna dellamperometro e del generatore nella maglia di destra A Ex R R1R1 R2R2 E C

15 Potenziometro Diciamo i la corrente che circola nella maglia di sinistra Si muove il cursore C finche la corrente i A misurata dallamperometro e` nulla In questo stato la ddp tra il cursore e la terra e` La seconda uguaglianza segue dal fatto che la fem incognita si ritrova tutta tra C e terra, in quanto nella maglia di destra, in assenza di corrente, non ce` caduta di potenziale A Ex R R1R1 R2R2 E C

16 Potenziometro Si ripetono le operazioni descritte sostituendo il generatore con quello campione. Otteniamo unequazione analoga: Il punto cruciale e` che in entrambi i casi i assume lo stesso valore Dal rapporto delle due equazioni, troviamo la fem incognita:

17 Ponte di Wheatstone E` un circuito usato per la misura accurata di resistenza. E` costituito da: –tre resistenze campione R 1, R 2, R 3 di cui una (R 3 ) variabile –la resistenza incognita R x –un amperometro molto sensibile –un generatore Loperazione da fare e` di variare R 3 fino a che la corrente i A dellamperometro si azzera A R1R1 R2R2 RxRx R3R3 E iAiA

18 Ponte di Wheatstone In questo stato la caduta di potenziale ai capi di R 3 e` uguale a quella ai capi di R 1 (se la corrente e` nulla, il potenziale ai due capi dellamperometro e` lo stesso) Tenuto conto che la corrente che passa per R 1 passa anche per R 2 e che la corrente che passa per R 3 passa anche per R x, si puo` ripete il ragionamento per la coppia R 2 e R x, ottenendo Il rapporto delle due equazioni da` la resistenza incognita A R1R1 R2R2 RxRx R3R3 E i1i1 i3i3


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