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CORSO DI FISICA Prof. Francesco Zampieri CORRENTI ELETTRICHE.

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Presentazione sul tema: "CORSO DI FISICA Prof. Francesco Zampieri CORRENTI ELETTRICHE."— Transcript della presentazione:

1 CORSO DI FISICA Prof. Francesco Zampieri CORRENTI ELETTRICHE

2 LE CORRENTI ELETTRICHE

3 MOTO DI CARICHE Nel definire il potenziale abbiamo supposto di muovere le cariche dallinfinito Quale condizione per il moto? Deve esserci una FORZA MOTRICE = E Creazione di E in una regione dello spazio Creazione di una ddp V tra i punti dello spazio Come creo questo collegamento?

4 LA PILA DI VOLTA A. Volta (1800) Disco di Cu Disco di Zn Panno imbevuto di acido I diversi metalli creano una DIVERSA CONCENTRAZIONE DELLE CARICHE Possibilità di creare una DDP che DEVE essere associata ad un CAMPO EL.

5 +– Rame: maggior concentrazione di elettroni (regione ove prevalgono cariche negative = POLO NEGATIVO Zinco: minor concentrazione di elettroni (regione ove prevalgono cariche positive = POLO POSITIVO In un acido la concentrazione delle cariche può agevolare il passaggio di elettroni Leffetto è amplificato se uso più celle sovrapposte GENERATORE DI TENSIONE (ddp)

6 Se collego un GENERATORE DI TENSIONE ad un conduttore e ad un UTILIZZATORE ho vari effetti CIRCUITO ELETTRICO generatore utilizzatore Se lutilizzatore è una lampadina, si accende! SPIEGARE QUESTI FENOMENI!

7 ELETTRODINAMICA studia il moto delle cariche soggette a E, ovvero a ddp E q F subita = q·E Il moto avviene nella direzione del campo elettrico E (il verso dipende dal segno!) Se E è uniforme, la carica subisce MOTO UNIF. ACCEL (perché soggetta a F costante)

8 MOTO DI CARICHE IN UN CONDUTTORE Un conduttore metallico sottoposto a E Gli elettroni di conduzione vengono sospinti dal campo elettrico creato dalla ddp ai capi. Sezione di conduttore Si crea un fiume di cariche negative che si muovono CONTRARIAMENTE AL CAMPO ELETTRICO! E v

9 IL FIUME DI CARICHE Lo spostamento delle cariche è analogo ad una corrente idraulica PORTATA DI UN FIUME = m 3 di acqua che in 1s fluiscono attraverso la SEZIONE S del fiume Quale la portata del fiume di cariche?

10 LA CORRENTE ELETTRICA PORTATA = quantità di carica che in 1s passa attraverso la sezione del conduttore [I] = C/s = AMPERE (A) 1 A è la corrente che si genera quando 1C di carica fluisce in 1s attraverso la sezione del conduttore q

11 Circuito elettrico Se ho una ddp V ai capi, essa mi farà fluire una certa corrente attraverso la sezione del conduttore C.El.: da + a –, ma le cariche si spostano da – a +. Per convenzione, il verso della corrente si assume SEMPRE COME IL CAMPO ELETTRICO +– Verso di I V

12 LE LEGGI DI OHM ci dicono le MODALITA con cui la corrente fluisce in un circuito

13 LA PRIMA LEGGE Ci dice come la ddp V ai capi influenza la corrente I che fluisce nel circuito Se aumento V, come varia I? Cè da pensare che una ddp maggiore è associata ad un E maggiore, quindi le cariche si muovono più velocemente I aumenta Ma quale legge? Quale dipendenza?

14 LINEARE Per alcuni conduttori la dipendenza tra I e V è LINEARE V variabile (es. variando il numero delle pile inserite) I misurata Rapporto costante I/V = K Che significato ha la costante K?

15 K è la costante di proporzionalità = PENDENZA DELLA RETTA V Aumento minore Aumento maggiore CONDUTTORE 1 CONDUTTORE 2 RESISTENZA Tanto minore è laumento, quanto meno facilmente avviene la conduzione di I CE MAGGIORE… RESISTENZA!! RESISTENZA Tanto maggiore è laumento, quanto più facilmente avviene la conduzione di I CE MINORE… RESISTENZA!! I

16 LA RESISTENZA ELETTRICA Definisco una nuova grandezza detta RESISTENZA R del conduttore, tale che: DIFFICOLTA R misura la DIFFICOLTA da parte del conduttore a far passare I

17 LA PRIMA LEGGE DI OHM Se I = K·V = 1/R ·V V = R·I In questa maniera, [R] = Volt / Ampere = OHM Non tutti i conduttori la seguono, solo quelli OHMICI

18 INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA DI R Microsc. una carica è ostacolata nel suo moto entro conduttore 1)Dalle altre cariche 2)Dai protoni dei nuclei URTI dei portatori di corrente contro il reticolo cristallino del conduttore

19 DA COSA DIPENDE TALE DIFFICOLTA? 1)Caratt.fisiche del conduttore (tipo e disposizione dei legami, dislocazione dei nuclei) 2)Lunghezza l del conduttore (l, R ) 3)Sezione S del conduttore (S, R ) E misurata da R

20 SECONDA LEGGE DI OHM = RESISTIVITAdel materiale (rende conto della dip. di R dal materiale e dalla sua T) dipende da T

21 Dipendenza di da T Se T è alta, il materiale ha particelle con grande agitazione termica più difficile moto cariche allinterno e quindi deve aumentare = 0 (1+ T)

22

23 difficoltà nel moto CAUSATA DA URTI fra le cariche e le particelle del materiale URTO = DISSIPAZIONE DI ENERGIA (cfr. attrito!) E cin_0 E cin_1 < E cin_0 prima dopo COSA IMPLICANO LE PERDITE DI ENERGIA? Sezione cond.

24 DISSIPAZIONI ( U < 0) Necessità di ripristinare continuamente ddp (un generatore SI SCARICA!) EFFETTI TERMICI EFFETTI TERMICI (macroscopici) dovuti a URTI (microscopici)

25 EFFETTO JOULE DELLA CORRENTE Lenergia dissipata dalle cariche a causa degli urti, viene data alle particelle del conduttore Sezione cond. La carica perde energia Le partic. del mezzo sono state urtate e hanno RICEVUTO ENERGIA Le partic. del conduttore hanno ricevuto energia, incrementando U interna e quindi T

26 EFFETTO JOULE EFFETTO JOULE = effetto di riscaldamento di un conduttore percorso da corrente Macrosc. è dato dagli urti microscopici tra cariche in moto e partic. del conduttore Un conduttore attraversato da corrente subisce un incremento di T proporzionale alla sua resistenza R Funzionamento di phon, stufe elettriche…

27 Per effetto Joule, alcuni conduttori, scaldandosi, EMETTONO ANCHE RADIAZIONE VISIBILE Es. lampadina!

28 Come MISURARE le dissipazioni? Calcolo il LAVORO DISSIPATO nellattraversamento di un conduttore di resistenza R dalla corrente I L = q·V Se ora divido per t, ho POTENZA Ma q/t = I

29 Se ora vale la prima legge di Ohm: V = R·I P = V·I E la potenza dissipata attraversando la resistenza R

30 Se poi conosco il tempo di attraversamento t, si ha: L = P·t = RI 2 t Es. 1KWh = J di energia elettrica in 1h di utilizzazione! Conoscendo la potenza in kW di un elettrodomestico, se conosco il tempo di utilizzo, posso risalire al consumo in energia!

31 I CIRCUITI ELETTRICI Si dice CIRCUITO ELETTRICO un insieme di: Corpi conduttori (fili) Generatori di tensione (pile, ecc..) Utilizzatori (lampadine) Elementi quali: condensatori, induttanze, ecc.. + STRUMENTI DI LETTURA (Amperometri, Voltmetri)

32 LA RESISTENZA COME ELEMENTO DI UN CIRCUITO Ogni conduttore ha una RESISTENZA R che si può immaginare CONCENTRATA in un punto qualsivoglia del circuito R V I

33 IL CIRCUITO OHMICO Se vale la legge di Ohm, per la R attraversata, cè una CADUTA DI TENSIONE AI CAPI R V V = R·I I è la corrente che attraversa la resistenza

34 IL COLLEGAMENTO DELLE RESISTENZE Allo scopo di CREARE DELLE CADUTE DI TENSIONE (es. lampadine che sopportano al max una certa I max ), si possono inserire altre resistenze in due modi: R IN SERIE ( una dopo laltra) saranno attraversate dalla stessa I IN PARALLELO causeranno la stessa caduta di tensione, ma sono attraversate da correnti diverse

35 RESISTENZE IN SERIE R1R1 R2R2 I R 1 e R 2 sono attraversate dalla stessa corrente I V TOT = V 1 + V 2 Posso pensare di sostituire le due resistenze con UNUNICA RESISTENZA DETTA EQUIVALENTE R eq

36 Come dipende R eq da R 1 e R 2 ? R eq è tale che V TOT = I·R eq Ma se il salto di potenziale è la somma dei due salti dovuti a R 1 e R 2 : V TOT = R 1 · I + R 2 · I = I · (R 1 + R 2 ) ALLORA R eq = R 1 + R 2 Se ho N resistenze, allora: R eq è sempre maggiore delle singole R!

37 RESISTENZE IN PARALLELO R1R1 R2R2 V I1I1 I2I2 Ai capi cè sempre la stessa ddp! Posso pensare di sostituire le due resistenze con UNUNICA RESISTENZA DETTA EQUIVALENTE R eq

38 Ovviamente R eq sarà tale che: V TOT = I·R eq Ma I = I 1 +I 2 Come dipende R eq da R 1 e R 2 ? R eq è sempre MINORE della più piccola

39 IL CONDENSATORE Sistema formato da due conduttori (piastre o armature) su cui si deposita carica Q UGUALE MA DI SEGNO OPPOSTO (caricate x induzione) – – – – – – – E Si instaura un c.el. UNIFORME Es. condensatore piano Q

40 Un condensatore serve per ACCUMULARE LE CARICHE in un circuito Se accumulo una certa quantità di carica, creo un c.el. e quindi una certa ddp fra le armature Si dim. che Q/V = cost = C CAPACITA DEL CONDENSATORE C dipende solo dalle caratteristiche geometriche del condensatore e dal mezzo interposto [C]= C/V = FARAD F

41 IL CONDENSATORE come elemento di un circuito (il circuito RC) R V C Anche i condensatori possono essere collegati IN SERIE O IN PARALLELO!

42 CONDENSATORI IN SERIE La carica che si deposita sulle armature è la stessa e vale Q C1C1 C2C2 Il salto totale di potenziale vale V TOT = V 1 + V 2 Si può immaginare di sostituire i due condensatori con un unico C eq

43 Come dipende la capacità di C eq da C 1 e C 2 ? C eq è tale che:

44 CONDENSATORI IN PARALLELO C1C1 C2C2 La carica che si deposita sulle armature è diversa: Q 1 e Q 2, con Q tot = Q 1 +Q 2 Subiscono lo stesso salto di potenziale V Si può immaginare di sostituire i due condensatori con un unico C eq

45 C eq è tale che Q 1 = V ·C 1 e Q 2 = V ·C 2 Q= Q 1 +Q 2 = V ·C 1 + V ·C 2 = V ·(C 1 +C 2 ) C eq = C 1 +C 2 Come dipende la capacità di C eq da C 1 e C 2 ?


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