Fisica 2 Corrente continua 9a lezione

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

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

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 l’energia 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

Sorgenti di fem Convertono energia non elettrica (chimica, meccanica, luminosa) in energia elettrica Sorgenti chimiche Batteria - batteria al Pb Cella a combustibile - cella a H2

Batteria al Pb Non accumula carica, ma energia chimica I composti chimici iniziali (Pb, PbO2, H2SO4) e finali (H2O, PbSO4) 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

Cella a H2 Non accumula carica, ma energia chimica I composti chimici non vengono immagazzinati come nella batteria I composti iniziali (O2 e H2) vengono immessi dall’esterno, quelli finali (H2O) vengono espulsi all’esterno Reazione al polo positivo Reazione al polo negativo Gli elettroni lasciano il polo positivo e si accumulano su quello negativo

Generatore ideale di fem La carica non subisce perdite di energia all’interno del generatore In un ciclo, il bilancio energetico di una carica è nullo, cioè l’energia ricevuta dal generatore uguaglia la perdita nell’elemento 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

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 l’energia fornita dal generatore meno la perdita di energia nel generatore uguaglia l’energia 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

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

Potenza erogata dal generatore La potenza erogata dal generatore è il rapporto tra l’energia 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

Leggi di Kirchhoff Primo principio o dei nodi – legge delle correnti La somma delle correnti che entrano in un nodo dev’essere 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 dev’essere nulla

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

Potenziometro Circuito di misura di fem incognita Ex consistente in: una resistenza di precisione su cui puo` scorrere un cursore C che la divide idealmente in due parti R1 e R2 Un amperometro di grande sensibilita` Un generatore campione di fem Ec Un generatore ausiliario di fem E per contrastare la fem del generatore campione R rappresenta una resistenza di carico, eventualmente comprendente la resistenza interna dell’amperometro e del generatore nella maglia di destra A Ex R R1 R2 E C

Potenziometro Diciamo i la corrente che circola nella maglia di sinistra Si muove il cursore C finche’ la corrente iA misurata dall’amperometro 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 c’e` caduta di potenziale A Ex R R1 R2 E C

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

Ponte di Wheatstone E` un circuito usato per la misura accurata di resistenza. E` costituito da: tre resistenze campione R1, R2, R3 di cui una (R3) variabile la resistenza incognita Rx un amperometro molto sensibile un generatore L’operazione da fare e` di variare R3 fino a che la corrente iA dell’amperometro si azzera A R1 R2 Rx R3 E iA

Ponte di Wheatstone In questo stato la caduta di potenziale ai capi di R3 e` uguale a quella ai capi di R1 (se la corrente e` nulla, il potenziale ai due capi dell’amperometro e` lo stesso) Tenuto conto che la corrente che passa per R1 passa anche per R2 e che la corrente che passa per R3 passa anche per Rx, si puo` ripete il ragionamento per la coppia R2 e Rx, ottenendo Il rapporto delle due equazioni da` la resistenza incognita A R1 R2 Rx R3 E i1 i3