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Carica elettrica Forza elettrica Differenza di potenziale Corrente Resistenza Effetto Joule Potenza elettrica Campo magnetico Campo elettrico.

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Presentazione sul tema: "Carica elettrica Forza elettrica Differenza di potenziale Corrente Resistenza Effetto Joule Potenza elettrica Campo magnetico Campo elettrico."— Transcript della presentazione:

1 Carica elettrica Forza elettrica Differenza di potenziale Corrente Resistenza Effetto Joule Potenza elettrica Campo magnetico Campo elettrico

2 Ripasso Tutto ciò che ha a che fare con lelettricità trae origine da una proprietà della materia chiamata carica elettrica. In natura esistono due tipi di carica elettrica: positiva e negativa. Cariche uguali si respingono, cariche opposte si attraggono La carica elettrica nel SI si misura in Coulomb (C) La carica elettrica è quantizzata: Forza elettrica (legge di Coulomb): Campo elettrico: Unità di misura:

3 Corrente elettrica Il moto ordinato di cariche elettriche allinterno di un materiale è detto corrente elettrica. La corrente che scorre all'interno di un corpo non e' qualcosa che viene dall'esterno: sono le cariche elettriche contenute in quel corpo che si muovono. I

4 Intensità di corrente L intensità di corrente elettrica in un filo è data dal rapporto tra la carica q che attraversa una sezione qualunque del filo nellintervallo di tempo Δt e il tempo Δt stesso: Lintensità di corrente elettrica si misura in Ampere (1 Ampere = 1 Coulomb/ 1sec ) Se le cariche si muovono sempre nel medesimo verso la corrente è detta continua, se le cariche cambiano verso di scorrimento periodicamente la corrente è detta alternata. N.B.: la corrente che arriva nelle nostre case è alternata; quella fornita da una pila è continua. I = q/ Δt

5 Che cosa vi ricorda un filo percorso da corrente? I

6 Analogia con la fluidodinamica Il moto di cariche elettriche in un circuito è assimilabile al moto di un fluido in un condotto portata = volume fluido/tempo corrente = carica/tempo A provocare il moto di fluido è la differenza di pressione Δp tra due punti in un condotto Analogamente, a provocare il moto di cariche è una grandezza detta differenza di potenziale ΔV tra due punti in un circuito. La differenza di potenziale si misura in Volt (V) Resistenza idrodinamica: R = Δp/Q Analogamente: resistenza elettrica R= ΔV/I

7 Prima legge di Ohm Se indichiamo con ΔV la tensione applicata, con I la corrente che attraversa il conduttore e con R la sua resistenza: + - ΔVΔV R Resistenza elettrica R (es. lampadina, stufa,...) Generatore di differenza di pontenziale (pila, dinamo,..) I Prima legge di Ohm: ΔV = R x I I = ΔV / R R = ΔV / I La resistenza elettrica si misura in ohm

8 Circuiti elettrici (I) Prendiamo due corpi, uno carico positivamente e laltro carico negativamente, tra cui esiste una differenza di potenziale Collegando i due corpi con un filo di materiale condutture le cariche negative si muoveranno verso il corpo carico positivamente per azzerare la differenza di potenziale Collocando una lampadina lungo la strada delle cariche è possibile accenderla +- V1V1 V2V2 +- V1V1 V2V2 +- V1V1 V2V2

9 Circuiti elettrici (II) + - V1V1 V2V2 Dispositivo elettrico Generatore di differenza di potenziale V Dispositivo elettrico semplice V=V 1 -V Abbiamo creato un circuito elettrico; ricollocando le componenti otteniamo: Generatore di differenza di potenziale ( V) Spesso la differenza di potenziale viene anche chiamata forza elettromotrice (f.e.m.) o tensione

10 Esempi di generatori di tensione Pile Batteria da 12V per auto L'elettricità che arriva nelle nostre case è prodotta in apposite centrali elettriche e viaggia attraverso linee lunghe anche centinaia di chilometri.

11 Che cosa troviamo nelle prese di corrente?

12 Nelle prese c'e' la differenza di potenziale la quale spinge gli elettroni a muoversi dando origine alla corrente. Presa americanaPresa italiana 110V 60 Hz 220V 50 Hz La tensione presente nella presa non produce alcun effetto finché non vi è inserito nulla; nel momento in cui vi inseriamo una spina, per esempio quella di una lampada, creiamo un collegamento tra i due fori esterni; in questo modo applichiamo al filo della lampada la differenza di potenziale fornita dalla presa, le cariche elettriche cominciano a muoversi nel circuito e la lampadina si accende. Che cosa troviamo nelle prese di corrente?

13 Esercizi Una batteria con una differenza di potenziale di 1.5 V sviluppa una corrente di 0.44 A che attraversa una lampadina per 64 s. Trova a. la carica che scorre nel circuito b. il lavoro fatto dalla batteria c. la potenza erogata dalla batteria d. la resistenza della lampadina

14 Conduzione elettrica nel corpo umano Il corpo umano è un buon conduttore elettrico perché nei suoi liquidi vi è unelevata concentrazione di ioni. La resistenza offerta al passaggio di corrente dipende dai punti tra cui è applicata la tensione e dalle condizioni: la pelle secca è isolante (R=2kW), se bagnata conduce (R=2W). Il passaggio di corrente può sviluppare calore, soprattutto nei punti in cui la corrente esce ed entra dal corpo, e causare scottature e ustioni. Se la corrente attraversa la regione cardiaca possono prodursi eccitazioni che interferiscono con lattività di cuore e polmoni. Tempi di esposizione alla corrente brevi (< 1s) non sono in genere pericolosi.

15 I ~ 1 mAok 10 mAtetanizzazione dei muscoli 70 mAdifficoltà di respirazione mAfibrillazione > 200 mAustioni e blocco cardiorespiratorio Conduzione elettrica nel corpo umano Tempi di esposizione lunghi ad una corrente alternata con frequenza 50Hz possono dar luogo a: Se assumiamo per il corpo umano una R=2kW (pelle asciutta) il contatto accidentale con la tensione alternata presente nelle nostre case darebbe luogo ad una corrente: Potenzialmente mortale Per questo nelle case cè un interruttore salvavita che controlla la corrente che circola nellimpianto e interrompe il circuito in pochi ms se riscontra anomalie.

16 Defibrillatore cardiaco Fibrillazione: contrazioni scorrelate pericolo mortale! Metodo: mandare al cuore unenorme corrente (20 A) per un tempo brevissimo (5 ms) Se alla regolare attività elettrica del cuore subentra unattività continua e anarchica si ha fibrillazione ventricolare con arresto della circolazione. Una fibrillazione che si protrae per qualche minuto risulta mortale. Se il cuore in fibrillazione è attraversato da una corrente elettrica intensa ma di breve durata, le cellule cardiache vengono simultaneamente depolarizzate e possono riprendere il giusto ritmo. La scarica è somministrata con un defibrillatore elettrico (generatore di corrente continua) collegato ad una coppia di elettrodi (piastre metalliche) applicati sul torace del paziente.

17 IL MAGNETISMO

18 Magnetismo Il magnetismo è una delle proprietà fondamentali della materia. Alcune pietre (calamite naturali o magneti) si attraggono a vicenda ed attraggono materiali come il ferro o lacciaio. Un pezzo di acciaio temperato in presenza di un magnete acquista proprietà magnetiche che non perde neppure quando lo si separa dal magnete: diventa una calamita permanente.

19 La Terra è una calamita Anche la Terra si comporta come una grande calamita Un ago calamitato libero di girare intorno al suo centro (bussola) assume rispetto alla terra una posizione definita, orientandosi lungo la direzione nord-sud. Lestremità dellago che si orienta verso Nord si chiama Polo Nord del magnete. Analogamente è chiamata Polo Sud lestremità che si rivolge a Sud.

20 Poli magnetici Qualunque magnete, come lago magnetico, presenta un Polo Nord e un Polo Sud. Se si spezza in due un magnete si ottengono 2 magneti, ciascuno con un Polo Sud e un Polo Nord. La stessa cosa accade se dividiamo in due i magnetini ottenuti. Fino ad oggi non si è ancora riusciti ad individuare un oggetto magnetico costituito da un unico polo. Il polo Nord di una calamita respinge il polo Nord di unaltra calamita, mentre attrae il suo Polo Sud. repulsioneattrazione Poli uguali si respingono Poli opposti si attraggono

21 Campo magnetico Campo magnetico terrestre = T I magneti generano nello spazio circostante un campo magnetico B Nel S.I. il campo magnetico si misura in Tesla (T)

22 Campi elettrici e magnetici: applicazioni mediche Diverse sono le apparecchiature mediche che utilizzano campi elettrici, magnetici e elettromagnetici (onde) a scopo diagnostico. ECG, EEG osservando le differenze di potenziale tra diverse parti del corpo si traggono informazioni sul funzionamento del cuore e del cervello La risonanza magnetica utilizza campi magnetici e onde radio per produrre immagini tridimensionali degli organi.

23 Correnti e campi magnetici Cariche in movimento generano un campo magnetico Fenomeni elettrici e magnetici sono fortemente legati tra loro

24 Correnti e campi magnetici In un circuito chiuso (spira) che venga fatto ruotare in un campo magnetico compare una corrente (induzione elettromagnetica) Fenomeni elettrici e magnetici sono fortemente legati tra loro

25 Onde elettromagnetiche Si può verificare sperimentalmente che un campo elettrico variabile nel tempo produce un campo magnetico un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico Campo magnetico variabile genera campo elettrico questo campo elettrico è variabile e genererà un campo magnetico questo campo magnetico è variabile e genererà a sua volta un campo elettrico variabile … Il Risultato è la produzione di unonda che si propaga nello spazio detta onda elettromagnetica.

26 Onda Oscillazione ma... di che cosa? Oscillazione della posizione, velocità accelerazione di un mezzo materiale ONDA ELASTICA (esempio: onde del mare, onde sonore, onde lungo una corda vibrante) Oscillazione dei vettori campo elettrico e magnetico ONDA ELETTROMAGNETICA si propaga anche nel vuoto Se loscillazione si ripete ad intervalli regolari londa è detta periodica

27 Onde trasversali e longitudinali Onda lungo una corda vibrante: oscillazione ortogonale alla direzione di propagazione ONDA TRASVERSALE Onda elastica in una molla: oscillazione parallela alla direzione di propagazione ONDA LONGITUDINALE Loscillazione (detta anche perturbazione) si propaga lungo la direzione di avanzamento dellonda

28 Lunghezza donda Immaginiamo di fotografare una corda in oscillazione otteniamo unistantanea a tempo fissato Lunghezza donda: distanza tra due massimi successivi; si indica con λ (lambda) e si misura in metri

29 Periodo Immaginiamo di fissare sempre lo stesso punto di una corda in oscillazione al trascorrere del tempo otteniamo una ripresa a spazio fissato Periodo: distanza tra due massimi successivi; si indica con T e si misura in secondi Frequenza: linverso del periodo, f = 1/T, si misura in secondi -1

30 Velocità di propagazione velocità = spazio/tempo velocità = lunghezza donda/periodo v = λ / T = λ f

31 Onde sonore Onde elastiche longitudinali Se di frequenza compresa tra 20 Hz e Hz suono udibile dallorecchio umano Sotto i 20 Hz infrasuoni Sopra i ultrasuoni Numerose applicazioni mediche, per esempio flussimetria Doppler e ecografia a ultrasuoni

32 Onde elettromagnetiche Tutte le onde em nel vuoto si propagano con la stessa velocità, pari alla velocità della luce: c= 3·10 8 m/s La relazione tra lunghezza donda frequenza e velocità di propagazione per unonda elettromagnetica diventa: v = λ f c = λ f

33 Onde elettromagnetiche Tutte le onde em nel vuoto si propagano con la stessa velocità, pari alla velocità della luce: c= 3·10 8 m/s La relazione tra lunghezza donda frequenza e velocità di propagazione per unonda elettromagnetica diventa: v = λ f c = λ f Esiste anche unimportante relazione che lega la frequenza allenergia E trasportata dallonda: E = h f dove h è la costante di Plank e vale J s N.B.: lenergia di unonda elettromagnetica si esprime solitamente in elettronVolt (1 eV = 1.6 x J) All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia

34 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia

35 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia

36 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia Tubo a raggi XDecadimenti nucleari Corpi incandescenti Oscillatori, antenne

37 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia Radiologia TAC Scintigrafia SPECT Radioterapia

38 Spettro elettromagnetico All aumentare della lunghezza donda diminuiscono la frequenza e lenergia Radiologia TAC Scintigrafia SPECT Radioterapia Attenzione: i raggi ultravioletti, X e gamma hanno energie sufficienti per ionizzare gli atomi dei tessuti biologici (la cui energia di ionizzazione media 12 eV)

39 Struttura dellatomo p I protoni (p) hanno carica elettrica positiva C e Gli elettroni (e) carica elettrica negativa C n I neutroni (n) sono neutri, ossia hanno carica elettrica nulla Il nucleo è costituito da protoni e neutroni. Elettroni Protoni Neutroni Nel suo stato normale, un atomo contiene lo stesso numero di protoni e di elettroni, ed è quindi elettricamente neutro. Es. Un atomo di ossigeno è costituito da un nucleo con 8 protoni e 8 neutroni intorno a cui orbitano 8 elettroni. La carica sua totale è quindi Q = 8x( C) + 8x( C) + 8x0 C = C C = 0 C protonielettroni neutroni

40 Utilizzo raggi gamma DIAGNOSTICA: al paziente viene iniettato un radiofarmaco, ovvero un farmaco marcato con un isotopo radioattivo emettitore di raggi gamma – il paziente diventa una sorgente di raggi gamma, in particolare i tessuti che metabolizzano il farmaco informazioni morfologiche e funzionali TERAPIA: radioterapia con fotoni (prodotti con acceleratori lineari)

41 Utilizzo di raggi X in diagnostica

42 Raggi X in 3 dimensioni: TAC


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