Cariche in movimento legge di Ohm Circuiti in DC Corrente elettrica Cariche in movimento legge di Ohm Circuiti in DC

Corrente elettrica In un metallo gli elettroni più esterni di ciascun atomo sono debolmente legati e costituiscono un ‘mare di elettroni’ che si muove in modo totalmente caotico a causa dell’agitazione termica. Solo la presenza di una d.d.p. determina un flusso ordinato di elettroni da un capo all’altro di un filo metallico. Quindi la corrente elettrica è dovuta alla presenza di una differenza di potenziale applicata agli estremi di un filo conduttore. Se attraverso una sezione di un conduttore passa, nell’unità di tempo dt, una definita quantità di carica dq allora avremo una corrente i = dq/dt _ +

Definizione di corrente La quantità di carica che passa in un filo è data da: q = ∫dq = ∫i dt In regime stazionario, cioè se la corrente non varia nel tempo, in ogni sezione di un conduttore tanti elettroni entrano e altrettanti ne escono (conservazione della carica) 1A (ampere) = 1 C/s Il verso della corrente è quello delle cariche positive che si muovono dal + al - . In realtà le cariche mobili sono negative e vanno dal - al +

Resistenza e conducibilità Conoscendo il valore della conducibilità o resistività di un materiale si può trovare il valore della resistività elettrica che offre un filo metallico. La resistività è data da: r = E/J [Vm-1/Am-2] = [Wm] La conducibilità elettrica è l’inverso della resistività s = 1/r J = s E

Legge di Ohm R = V/i [W] = [VA-1] Data una differenza di potenziale, la corrente che scorre in un conduttore dipende dalla sua resistenza V = Ri Un materiale obbedisce alla legge di Ohm se il valore della resistenza non dipende dalla polarità della d.d.p. applicata Può succedere che un materiale abbia un comportamento come quello del grafico rappresentato a destra della figura, allora diremo che il materiale ha una natura semiconduttrice Il valore della resistività di un conduttore con la temperatura è lineare, cresce se cresce la temperatura. In prossimità dello zero assoluto la resistività dei metalli non diventa zero Solo i superconduttori possono avere una resistività nulla.

La superconduttività (Kammerling Onnes 1911)

La potenza nei circuiti elettrici La batteria stabilisce una tensione costante V ai capi del dispositivo con Va > Vb Se la corrente i che scorre in un conduttore è costante, la quantità di carica coinvolta è dq = i dt Pertanto l’energia che il generatore deve erogare al circuito sarà: dU = dq V = idt V i a + _ b Questa energia trasferita al carico si trasformerà, per esempio, in calore o in luce, e la potenza associata a questa trasformazione è P = i V [1VA] = 1W Se il dispositivo è una resistenza elettrica, utilizzando la legge di Ohm (V=Ri) potremo avere le relazioni P = i2 R o P = V2/R

Semiconduttori Negli isolanti non ci sono elettroni liberi e nessuna ddp riesce a spostare elettroni da un capo all’altro del dispositivo. Una troppo alta ddp può vincere la rigidità dielettrica e bucare l’isolante. Nei conduttori quasi tutti gli elettroni sono fortemente legati ai loro nuclei eccetto quelli più esterni (n) che sono liberi di muoversi. Se sottoposti ad una piccola ddp risentano di una resistività r Nei conduttori, n è molto grande e non dipende dalla T, quindi all’aumentare della temperatura aumenta il numero delle collisioni e diminuisce il tempo di volo t fra un urto e l’altro con conseguente aumento della resistività r. I semiconduttori hanno pochi elettroni liberi di muoversi, ma se drogati opportunamente si possono raggiungere numeri importanti di elettroni di conduzione e una discreta ddp può far circolare corrente. Nei semiconduttori n è piccolo, ma dipende da T, quindi all’aumentare della temperatura r diminuisce

I circuiti elettrici i Per far circolare una carica in un filo conduttore bisogna disporre di un generatore di cariche. In una batteria l’energia chimica muove le cariche positive da un potenziale negativo ad un potenziale positivo. a + _ b Se il circuito è aperto,le cariche non circolano e dopo un breve tempo iniziale le reazioni chimiche non avvengono. Se il circuito è resistivo, la batteria deve fare un lavoro per spostare le cariche da un punto all’altro del circuito e la batteria si scarica facilmente dL = E dq E è la forza elettromotrice (f.e.m.), ed è il lavoro che una sorgente compie per spostare una carica q da un punto di potenziale basso ad uno più alto [volt].

Forza elettromotrice  

Leggi di Kirchhoff A     con Con

Resistenze in serie    

Resistenze in parallelo