L’elettricità

L’elettricità Nell’atomo i protoni hanno una carica elettrica di segno positivo e gli elettroni di segno negativo. Questi ultimi non sfuggono alle loro orbite ellittiche a causa dell’attrazione su di essi esercitata dai protoni, che essendo in numero pari a quello degli elettroni fanno si che l’atomo, in condizioni normali, sia in equilibrio elettrico.

L’elettricità L’elettricità quindi non è altro che la «colla» che tiene insieme l’atomo e poiche tutta la materia esistente è composta di atomi tutti i corpi dell’Universo possiedono elettricità. Tuttavia ogni atomo si presenta elettricamente neutro, poichè il numero dei protoni (+) è uguale al numero degli elettroni (-).

L’atomo di rame Un atomo di rame è costituito da un nucleo contenente 29 protoni (+) e 29 neutroni (=), circondato da un guscio di 29 elettroni (-). Nel suo insieme l’atomo è neutro,

La corrente elettrica

La corrente elettrica Come dice la parola stessa, corrente è qualcosa che scorre, che fluisce. La corrente elettrica è un movimento continuo di cariche elettriche elementari, cioè un flusso ordinato di elettroni, che ha luogo all’interno di alcuni materiali. Materiali conduttori (rame, argento,alluminio) Materiali semiconduttori (silicio) Materiali isolanti (ceramiche, vetro, gomma)

MATERIALI ISOLANTI

MATERIALI SEMICONDUTTORI

MATERIALI CONDUTTORI

elettricità e corrente elettrica In un filo di rame lungo 1 metro di diametro 0,3 millimetri ci sono circ 500 milioni di miliardi di elettroni liberi! La quantità di elettricità dovrebbe essere la carica elementare posseduta dall’elettrone. Tuttavia poichè essa è troppo piccola per essere usata praticamente, si impega i coulomb (C) definito come la carica di 6,2 x 1018 elettroni.

Il circuito elettrico Le apparecchiature elettriche e gli elettrodomestici funzionano solo se collegati all’impianto elettrico, che consiste in una serie di fili conduttori collegati in circuito. 1. II generatore - É una macchina che riceve energia (meccanica o chimica) dall’esterno (o la produce, come una pila) e la trasforma in energia elettrica. - Produce una forza che spinge gli elettroni lungo il circuito. 3. L’apparecchio utilizzatore - Elemento che riceve energia elettrica attraverso i conduttori e la trasforma in un’altra forma di energia, richiesta dall’impiego previsto (luminoso, termico, meccanico). 2. I fili conduttori Gli elettroni, spinti dalla forza del generatore, vanno verso l’utilizzatore passando attraverso un filo (di solito metallico), per poi tornare al generatore stesso. Sono dimensionati in funzione della quantità di corrente che li attraversa. 4. L’interruttore Ha il compito di aprire e chiudere il circuito Nel circuito chiuso vi è continuità metallica e la corrente può circolare. - Nel circuito aperto non esiste la continuità metallica fra le due estremità del circuito, per cui la corrente non può circolare. 3 2 4 1

Il circuito elettrico: i simboli

Perché gli uccelli posati sui fili della luce non prendono la scossa?

Una delle caratteristiche della corrente elettrica, è che dà la scossa solo quando passa attraverso un corpo che è, contemporaneamente, a contatto con due zone aventi potenziale elettrico differente o tensione elettrica(ossia zone con una diversa carica di energia).

Siccome, però, gli uccelli toccano solamente UNO dei fili elettrici, la corrente elettrica non va da nessuna parte, non scorre attraverso il loro corpo come se fosse un filo elettrico.

Le tre grandezze fondamentali In un circuito elettrico sono presenti tre grandezze principali, meglio conosciute con le rispettive unità di misura: volt DIFFERENZA DI POTENZIALE O TENSIONE ELETTRICA ampere INTENSITÀ DI CORRENTE ELETTRICA ohm RESISTENZA ELETTRICA

La differenza di potenziale o tensione elettrica Ricorrimo all’esempio di un circuito idraulico: un circuito elettrico assomiglia ad un circuito idraulico. Immaginiamo di avere due recipienti vuoti collegati tra loro attraverso un tubo uscente dal loro fondo e munito di una valvola che inizialmente è chiusa è impedisce la comunicazione tra due recipienti. Versiamo poi in uno di essi dell’acqua fino a riempirlo completamente ed apriamo quindi la valvola. L’acqua scorrerà nel tubo dal recipiente pieno a quello vuoto a causa dell’energia potenziale posseduta e tale flusso continuerà finchè il suo livello non sarà lo stesso nei due recipienti.

La differenza di potenziale o tensione elettrica

La differenza di potenziale o tensione elettrica Inseriamo adesso una pompa, che avrà l’effetto di mantenere la differenza di livello tra i due recipienti.

La differenza di potenziale o tensione elettrica Se ora, ritornando al campo elettrico, sostituiamo il recipiente ed il tubo con un conduttore e l’acqua con le cariche elettriche potremo meglio comprendere il concetto di differenza di potenziale. La corrente elettrica che consiste in un movimento di elettroni, scorre dentro il filo conduttore perchè ai suoi capi A e B c’è un «dislivello elettrico», o per essere più precisi una tensione elettrica.

La differenza di potenziale o tensione elettrica Gli elettroni si spostano naturalmente dal polo in cui sono presenti in maggiore quantità (-), a quello in cui ve ne sono meno (+). Il fluso di elettroni della corrente elettrica si ha soltanto se tra le estremità del conduttore esiste quella che si definisce una differenza di potenziale elettrico o tensione. Quando più grande è la differenza di potenziale agli estremi di un conduttore, tanto maggiore è la quantità di corrente che lo attraversa. E la differenza di potenziale sarà tanto maggiore quanto maggiore sarà la forza che spinge gli elettroni.

La differenza di potenziale o tensione elettrica Questa forza si chiama tensione elettrica è si misura con il voltmetro. La sua unità di misura è il volt (simbolo V), il cui nome deriva da quello del famoso fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827).

La differenza di potenziale o tensione elettrica Oggi senza la corrente elettrica si fermerebbe tutto. Dove troviamo la corrente in casa nostra? Naturlmente nelle prese, le comunissime prese di corrente. Occorre però fare una precisazione: nelle prese non c’è la corrente, ma c’è la tensione, ovvero quella forza che spinge gli elettroni a muoversi, dando origine alla corrente. Questa forza ha un valore ben preciso: 220 volt

L’intensità di corrente Immaginiamo di essere sul bordo di un’autostrada per misurare l’intensità del traffico in quel punto: usando coe traguardo una linea immaginria, trasversale alla corsia, conteremo il numero di autoveicoli che la oltrepassano in un certo intervallo di tempo. Con lo stesso metodo possiamo misurare l’intensità della corente elettrica, che consiste nello spostamento di elettroni liberi all’interno di un circuito.

L’intensità di corrente Come la quantità d’acqua che nell’unità di tempo attraversa una sezione di un tubo si chiama «portata» e si misura in metricubi, e la portata d’acqua aumenta in relazione alla sezione del tubo e al dislivello ai capi del tubo, così la quantità di elettroni che nello stesso tempo attraversa una sezione di un conduttore si definisce intensità della corrente elettrica.

L’intensità di corrente L’unità di misura della intensità di corrente elettrica è l’ampere (simbolo A), dal nome del fisico francese Andrè Marie Ampère (1775-1836) e si misura con gli amperometri e, per piccole intensità, con i galvanometri.

La resistenza elettrica Abbiamo visto che la corrente scorre per effetto di una forza detta tensione; c’è però qualcosa che contrasta di più o di meno questa forza e tende a frenare lo scorrere degli elettroni: questa forza frenante, che dipende dalla natura del materiale attraversato, viene detta resistenza elettrica.

La resistenza elettrica Come mai alcune lampade fanno tanta luce ed altre ne fanno molto poca, pur essendo tutte collegate alla stessa presa dove ci sono 220 volt? Quelle che fanno poca luce vengono attraversate da poca corrente, quelle che fanno molta luce vengono attraversate da una corrente più forte.

La resistenza elettrica Maggiore è questa resistenza e minore è la correnete che riesce a passare (in alcuni materiali, detti isolanti, la corrente non passa). Le lampdine che fanno più luce sono costruite in modo tale che il loro filamento, cioè quel filo che si scalda e diventa incandescente, abbia una resistenza bassa e possa quindi far passare più corrente.

La resistenza elettrica Questo risultato si può ottenere in vari modi: Si può usare un materiale che per sua natura abbia una minore resistenza elettrica e quindi presenti una maggiore attitudine ad essere attraversato dalla corrente; Scelto un certo materiale, si può usare un filo più grosso: più è grosso il filo, maggiore è la corrente che riesce a passare; Si può fare in modo che la lunghezza del filo sia minore: più corto è il filo, più corrente passa;

La resistenza elettrica La resistenza elettrica, la cui unità di misura è l’ohm (simbolo Ω), è tanto maggiore quando più lungo è il conduttore e quanto minore è la sua sezione.

volt V ampere A ohm Ω LA PRIMA LEGGE DI OHM V I R Tra ohm, ampere e volt esiste una relazione, detta Prima legge di Ohm, in base alla quale «la differenza di potenziale (V), agli estremi di un conduttore percorso dalla corrente elettrica, è proporzionale all’intensità di corrente (I) e alla resistenza (R)». volt V V ampere A I ohm Ω R

LA PRIMA LEGGE DI OHM V V = I x R = I R V R = I «la differenza di potenziale (V), agli estremi di un conduttore percorso dalla corrente elettrica, è proporzionale all’intensità di corrente (I) e alla resistenza (R)». V V = I x R = I R V R = I

RIEPILOGO Un materiale può essere attraversato da corrente se è conduttore. La corrente che passa in un materiale dipende da due fattori: 1- dalla tensione applicata 2- dalla resistenza del materiale Con riferimento ad un conduttore di determinate dimensioni, se indichiamo con con V la tensione appicata, con I la corrente che attraversa il conduttore e con R la sua resistenza, possiamo esprimere matematicamente la relazione che esiste fra le tre grandezze. In pratica questo vuol dire che conoscendo il valore di due delle tre grandezze in gioco, è possibile calcolare la terza.

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