Corrente elettrica L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 1 La seguente presentazione è stata ideata per offrire agli studenti una sintesi.

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1 Corrente elettrica L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 1 La seguente presentazione è stata ideata per offrire agli studenti una sintesi dei più importanti fenomeni riguardanti l’elettromagnetismo. La presente non deve sostituirsi al testo, che va studiato accuratamente, ma intende focalizzare l’attenzione sui concetti più importanti. Le immagini ed il testo sono stati reperiti in rete o sono stati modificati da libri per i licei scientifici o per l’Università e vengono utilizzati per l’elevato contenuto didattico.

2 Corrente elettrica L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 2 Elenco dei contenuti: Corrente elettrica Forza elettromotrice Resistenza elettrica Leggi di Ohm Resistenze in serie e in parallelo Principi di Kirchhoff Corrente ed energia Effetto Joule

3 Corrente elettrica (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 3 Corrente elettrica: studio del moto ordinato di cariche elettriche in movimento per effetto di un campo elettrico applicato. NON sono fenomeni transienti, ma fenomeni che implicano moti di cariche protratti nel tempo. Elettrostatica: studio di distribuzioni di cariche elettriche in quiete Induzione elettrostatica: cariche in movimento in un conduttore!!! fenomeno transiente della durata di una piccola frazione di secondo, per cui rientrano nello studio delle cariche elettriche in quiete Caso stazionario: i parametri che descrivono il moto delle cariche non variano nel tempo.

4 Corrente elettrica (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 4 Corrente elettrica: moto ordinato di cariche elettriche Esempio: moto degli elettroni liberi all’interno di un metallo quando all’interno di un metallo vi è applicato un campo elettrico esterno - + - + Altri esempi di corrente elettrica:  In un elettrolita (una soluzione contenente degli ioni di una sostanza dissociata p.es. sale in acqua Na +, Cl -, H 2 O) mantenuta a potenziali elettrici diversi.  Corrente in un gas ionizzato (lampada a fluorescenza) Il campo elettrico che ionizza il gas genera una forza sugli ioni e sugli elettroni liberi che determina una corrente elettrica.

5 Corrente elettrica (3) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 5 Portatori di carica: particelle o corpi dotati di carica elettrica che muovendosi costituiscono la corrente elettrica. Nei metalli: i portatori di carica sono gli elettroni (negativi). Negli elettroliti: i portatori di carica sono gli ioni (positivi e negativi). Nei gas ionizzati: i portatori di carica sono ioni ed elettroni liberi. PER CONVENZIONE: Il verso della corrente è quello del moto delle cariche positive (opposto a quello delle cariche negative). Il verso della corrente è quello del campo elettrico applicato che determina il moto delle cariche. Quindi la corrente elettrica fluisce nel verso del campo elettrico, ovvero dal potenziale più alto al potenziale più basso.

6 Corrente elettrica (4) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 6 Applicando una d.d.p. ai capi di un filo conduttore, poiché in esso vi sono delle cariche libere di muoversi, si produce una corrente elettrica Se i è costante, la corrente è definita continua Unità di misura nel S.I.: [i] = Cs -1 =A Ampère La corrente elettrica è quindi un flusso di cariche elettriche e si definisce: intensità di corrente elettrica i la carica elettrica che attraversa una sezione del conduttore nell’unità di tempo.

7 Corrente elettrica (5) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 7 In un conduttore metallico gli elettroni che occupano gli strati più esterni di ogni atomo sono detti elettroni di valenza e risultano debolmente legati ai rispettivi nuclei. Elettroni di valenza si riferiscono ad ogni singolo atomo o ad un numero piccolo di atomi. Elettroni di conduzione si riferiscono a un complesso di molti atomi legati in forma cristallina o quasi cristallina. Nel caso di un cristallo si trova che alcuni elettroni vengono condivisi tra molti atomi, è un po' come se gli orbitali più esterni degli atomi si "fondessero" tra loro e formassero un unico orbitale. Tali elettroni possono pensarsi in moto all'interno del conduttore in modo disordinato proprio come accade in un gas: un moto di agitazione termica dipendente dalla temperatura del conduttore. Le velocità termiche elettroniche a temperatura ambiente sono dell' ordine di 10 7 cm/s. Questo moto è casuale e non dà luogo a un flusso netto di carica: tutte le direzioni sono equiprobabili.

8 Corrente elettrica (6) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 8 Se al conduttore metallico è applicato un campo elettrico gli elettroni di valenza acquisiscono un moto di deriva nella stessa direzione ma in verso opposto a quello del campo. In un filo di rame, di sezione uguale a 1 centimetro quadrato, percorso da una corrente di intensità pari a 10 A, la velocità media di deriva è dell' ordine di 7x10 -4 cm/s, che è molto minore della velocità elettronica per agitazione termica. Non bisogna confondere la velocità di deriva degli elettroni di valenza con la velocità con cui si propagano i segnali elettromagnetici, generati da una batteria per esempio, all' interno del conduttore. Tale velocità è dell'ordine di quella della luce, sicché il campo elettrico si stabilisce quasi istantaneamente all'interno di un conduttore metallico, di dimensioni lineari dell'ordine dei metri. Gli elettroni risentono di tale campo e generano un moto di deriva nel verso opposto.

9 Corrente elettrica (7) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 9 Tale moto è ostacolato dalle collisioni che gli elettroni effettuano con gli ioni del reticolo, i quali, a loro volta, oscillano intorno alle posizioni di equilibrio con ampiezza tanto maggiore quanto più grande è la temperatura del conduttore. È questo uno dei motivi per cui la resistività cresce al crescere della temperatura: il moto di deriva in presenza di un campo elettrico non è uniformemente accelerato ma avviene con velocità costante proporzionale al campo come nel caso di un grave in un mezzo viscoso. Alcune caratteristiche fondamentali del moto di deriva degli elettroni di valenza, quali la resistività a basse temperature e l'insorgere in alcuni metalli del fenomeno della superconduttività, non possono essere capite senza fare ricorso alla meccanica quantistica e dunque alla presenza contemporanea del carattere ondulatorio e particellare dei portatori di carica: ma questo esula dalla presente trattazione.

10 Corrente elettrica (8) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.10 I conduttori metallici si possono considerare costituiti da un reticolo entro il quale si può muovere, quasi liberamente, un "gas di elettroni“ (Gas di Fermi) originato dal fatto che più elettroni appartenenti alle orbite più esterne dei singoli atomi, quando questi si avvicinano per costituire un cristallo metallico, si svincolano pressoché totalmente dal proprio atomo originario. Metallo elettronica (elettroni/m 3 )*10 28 atomica (atomi/m 3 )*10 28 Alluminio18.16.03 Argento5.9 1 Litio4.6 1 Oro5.9 1 Rame8.4 1 Zinco13.26.52 A titolo indicativo, nella tabella viene riportata la densità di questo gas di elettroni per alcuni metalli, la corrispondente densità atomica (numero di atomi per unità di volume) e il rapporto fra i due valori. Tale rapporto consente di evidenziare il numero medio di elettroni liberi donati da ciascun atomo al gas di Fermi.

11 Corrente elettrica (9) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.11 La similitudine meccanica del gas di Fermi è un tubo metallico riempito di sfere metalliche indeformabili. Se si prova ad inserire, da una parte del tubo, un’altra sfera, nei tempi legati agli urti fra le sfere, ne uscirà un’altra dalla parte opposta. Il fatto sperimentale che il segnale elettrico (l’urto fra le sferette metalliche nel modello) si propaghi ad una velocità ~3·10 8 m/s ci dice che le cariche si scambiano fra loro luce (fotoni)

12 Corrente elettrica (10) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.12 Nei metalli sono gli elettroni di conduzione che si muovono sotto l’azione del campo elettrico. Sia v la velocità media di migrazione v (velocità di deriva) e sia n il numero di elettroni per unità di volume. La quantità di carica Q che attraversa nell’unità di tempo t la sezione S del conduttore di lunghezza l è: 1. Calcolo della velocità di deriva degli elettroni nei metalli Filo di rame:Peso atomico:Sezione Densità:Fluisce una corrente: Se ogni atomo fornisce un elettrone libero, qual è la velocità di deriva degli elettroni?

13 Corrente elettrica (11) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.13 Calcolo il numero di elettroni liberi: m massa Cu, V volume, N numero di moli, Numero di moli per unità di volume: Numero di atomi per unità di volume: La velocità media di deriva è dell’ordine di Una velocità di deriva piuttosto bassa: ~1350 s (circa 22 minuti) per percorrere 1 cm. Quando si preme l’interruttore invece la lampada si accende “subito” v~3 10 8 m/s !!!

14 Corrente elettrica (12) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.14 2. Confronto la velocità di deriva con la velocità termica degli elettroni: utilizzo un modello molto semplificato di elettroni liberi in un metallo: GAS PERFETTO. Dalla teoria cinetica dei gas: la velocità quadratica media degli elettroni: costante di Boltzmann A temperatura ambiente: (27°C) T = 300 K La velocità termica è molto maggiore della velocità di deriva. Il moto disordinato degli elettroni dovuto all’agitazione termica non costituisce una corrente elettrica perché non vi è in media trasferimento di carica da un punto all’altro del conduttore. La corrente elettrica è un moto ordinato relativamente lento, sovrapposto ad un moto disordinato molto più veloce.

15 Forza elettromotrice (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.15 Pila, batteria, generatore: sono dispositivi elettrici che hanno la proprietà di mantenere i loro terminali (poli) a potenziali diversi. La pila mantiene una d.d.p. tra i suoi poli grazie ad una reazione chimica e trasforma energia chimica in energia elettrica. Un dispositivo con le caratteristiche sopra descritte è detto sorgente di forza elettromotrice (f.e.m.) Per stabilire un moto ordinato di cariche elettriche, cioè una corrente elettrica, è necessario un campo elettrico. Un conduttore percorso da corrente è neutro elettricamente!!!! Ponendo un conduttore elettrico in un campo elettrostatico, le cariche libere si dispongono quasi istantaneamente in modo da realizzare un campo elettrico nullo all’interno del conduttore: è come avere una corrente stazionaria ed un campo elettrico costante nel conduttore.

16 Forza elettromotrice (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag.16 Collegando le estremità di un conduttore di lunghezza d ai due poli di una pila si genera all’interno del conduttore un campo elettrico. Questo campo agisce sulle cariche elettriche del conduttore e stabilisce una corrente elettrica. La carica fluisce dal conduttore all’interno della pila e nuovamente nel conduttore. Si è realizzato un circuito elettrico. Poiché la corrente nel conduttore è nel verso del campo elettrico, entra nella pila dal polo col potenziale più basso (polo negativo) ed esce dal polo col potenziale più alto (polo positivo). Quindi all’interno della pila il verso della corrente è opposto a quello dei conduttori ed è opposto al campo elettrico, in quanto agiscono sulle cariche delle forze associate alla reazione chimica che avviene nella pila.

17 Resistenza elettrica (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 17 Deve esistere una “FORZA D’ATTRITO”: la RESISTENZA ELETTRICA R è uno scalare Applicando ad un conduttore una ddp V = cost, allora Quindi la forza che agisce sulle cariche è costante ( F = cost, a = cost ) Pertanto gli elettroni si dovrebbero muovere di moto accelerato e la corrente dovrebbe crescere! Sperimentalmente: se la d.d.p. è costante anche la corrente è costante!!!

18 Leggi di Ohm (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 18 1a legge di Ohm: In un conduttore metallico l'intensità della corrente elettrica è proporzionale alla d.d.p. applicata ai suoi estremi.

19 Leggi di Ohm (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 19 2a legge di Ohm: La resistenza di un conduttore metallico, di lunghezza l ed area della sezione S, è data dalla formula ρ si chiama resistività, dipende dalla natura del materiale e dalla sua temperatura. A parità di ddp applicata in conduttori diversi, si hanno anche correnti elettriche di intensità diverse: questo dipende dalle caratteristiche microscopiche dei conduttori.

20 Leggi di Ohm (3) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 20 La resistività ρ si misura in e dipende dalla temperatura. Per T=300 K Materiale Argento1.5 10 -8 Rame1.7 10 -8 Alluminio2.6 10 -8 Sangue0.2 Germanio0.6 Silicio2.3 10 3 Vetro10 14 conduttori semiconduttori isolanti

21 Leggi di Ohm (4) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 21 Conduttori ohmici Diodi raddrizzatori i V

22 Resistenze in serie (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 22 VB- VA= R1 i VC- VB= R2 i Sommando: VC-VA=(R1+R2)i R1R1 R2R2 Nel circuito disegnato sono inserite in serie le resistenze R 1 ed R 2. Le resistenze sono in serie quando: 1. disposte una di seguito all'altra, sono attraversate dalla stessa corrente. 2. la tensione ai capi della serie (AB) è uguale alla somma delle tensioni sulle singole resistenze: Nel circuito disegnato sono inserite in serie le resistenze R 1 ed R 2. Le resistenze sono in serie quando: 1. disposte una di seguito all'altra, sono attraversate dalla stessa corrente. 2. la tensione ai capi della serie (AB) è uguale alla somma delle tensioni sulle singole resistenze: ∆V = ∆V 1 + ∆V 2 +.......

23 Per la legge di Ohm la resistenza totale (equivalente) è: Per la legge di Ohm la resistenza totale (equivalente) è: Resistenze in serie (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 23 ai capi (AB) della serie delle due resistenze, è quindi applicata una certa tensione ∆V La corrente che circola nelle due resistenze è I.

24 Resistenze in serie (3) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 24 ∆V = ∆V 1 + ∆V 2 +....... la resistenza equivalente di resistenze poste in serie in un circuito, è uguale alla somma delle resistenze.

25 Resistenze in parallelo (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 25 Nel circuito disegnato sono inserite in parallelo le resistenze R 1 ed R 2.

26 Resistenze in parallelo (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 26 le resistenze hanno gli estremi in comune (punti A e B) e sono sottoposte alla stessa tensione (quella erogata dal generatore) ∆V 1 = ∆V 2 ∆V 1 ∆V 2

27 Resistenze in parallelo (3) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 27 Possiamo osservare che la corrente, che ha intensità I, giungendo nel capo "A" si distribuisce in due rami (sono le due resistenze che partono da "A"), assumendo i valori I 1 e I 2, con: I = I 1 + I 2

28 Resistenze in parallelo (4) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 28 Questa osservazione è molto importante e prende il nome di primo principio di Kirchhoff o regola dei nodi. Questa osservazione è molto importante e prende il nome di primo principio di Kirchhoff o regola dei nodi. Tale principio afferma in generale che:

29 Principi di Kirchhoff (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 29 Se nel punto "A" convergono due o pi ù conduttori (resistenze), la somma delle intensit à delle correnti che arrivano è uguale alla somma dell'intensit à delle correnti che si dipartono. Nell'esempio sotto: Se nel punto "A" convergono due o pi ù conduttori (resistenze), la somma delle intensit à delle correnti che arrivano è uguale alla somma dell'intensit à delle correnti che si dipartono. Nell'esempio sotto: I 1 + I 2 = I 3 + I 4 + I 5

30 Principi di Kirchhoff (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 30 Un circuito elettrico è un percorso chiuso dove passa della corrente I: 1.La somma delle correnti che entrano in un nodo deve essere eguale alla somma delle correnti che escono (legge dei nodi) 2. La somma algebrica delle variazioni di potenziale elettrico lungo un percorso chiuso è zero (legge delle maglie) Un circuito elettrico è un percorso chiuso dove passa della corrente I: 1.La somma delle correnti che entrano in un nodo deve essere eguale alla somma delle correnti che escono (legge dei nodi) 2. La somma algebrica delle variazioni di potenziale elettrico lungo un percorso chiuso è zero (legge delle maglie)

31 Resistenze in parallelo (5) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 31 Torniamo alle nostre resistenze. Se applichiamo la legge di Ohm ai singoli rami si ottiene: ∆V = I 1 · R 1 ∆V = I 2 · R 2 se I 1 + I 2 = I allora Il reciproco della resistenza equivalente di resistenze in parallelo in un circuito, è uguale alla somma dei reciproci delle resistenze.

32 Resistenze in parallelo (6) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 32 In quali circuiti le due lampadine sono in parallelo? Risposte OK: B, C, E, F Risposte NO OK: D

33 Resistenze in parallelo (7) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 33 Confronta la luminosità della lampadina 1, 2 e 3 Risposte OK: Le tre lampadine hanno la stessa luminosità perché sono in parallelo Risposta NO OK: La lampadina 1 brilla più di 2 e 3

34 Circuiti elettrici L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 34

35 Circuiti elettrici L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 35

36 Corrente ed energia (1) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 36 Il campo elettrico compie lavoro sui portatori di carica. La forza su di un portatore di carica è: dove E è il campo elettrico all’interno del conduttore. Se la carica percorre la distanza d, il lavoro compiuto dalla forza è Ma Ed è la caduta di potenziale lungo la distanza d. Quindi Il lavoro compiuto dal campo elettrico su di una carica è il prodotto della carica per la caduta di potenziale attraversata dalla carica stessa. Il lavoro è uguale alla diminuzione di energia potenziale della carica, quando si muove da B a C. Poiché il campo elettrico è conservativo, il lavoro compiuto dalla forza elettrica è uguale alla diminuzione di energia potenziale della carica.

37 Corrente ed energia (2) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 37 Calcolo il lavoro compiuto dal campo elettrico su tutte le cariche nell’intervallo Sia N il numero di portatori di cariche. Sia n il numero di portatoti di carica per unità di volume: N = nV = nSd Il lavoro compiuto su tutti i portatori di carica nel tratto BC è uguale al prodotto dell’intensità i di corrente, della caduta di potenziale e dell’intervallo di tempo

38 Corrente ed energia (3) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 38 La potenza ceduta dal campo elettrico alle cariche del segmento BC è il lavoro compiuto nell’unità di tempo

39 Corrente ed energia (4) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 39 Dal teorema dell’energia cinetica ci aspettiamo che il lavoro compiuto dai portatori di carica ne aumenti l’energia cinetica e che quindi ne aumenti la loro velocità. Ma l’intensità della corrente è proporzionale alla velocità dei portatori di carica. Quindi se la corrente è stazionaria, la velocità dei portatori di carica è costante così come la loro energia cinetica. Perché non aumenta l’energia cinetica dei portatori di carica malgrado il lavoro compiuto su di essi dal campo elettrico?

40 Corrente ed energia (4) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 40 In un conduttore ohmico l’energia ceduta agli elettroni liberi dal campo elettrico viene a sua volta ceduta dagli elettroni agli atomi del metallo, quando urtano con questi ultimi. Secondo il modello della fisica classica: Ad ogni atomo del metallo corrisponde una posizione di equilibrio nella quale è mantenuto da delle forze elettrostatiche di coesione del metallo stesso. L’atomo può compiere delle piccole oscillazioni ma è legato alla sua posizione di equilibrio. Gli atomi si muovono nello spazio tra gli atomi del metallo e compiono frequenti urti con gli atomi stessi.

41 Corrente ed energia (5) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 41 Gli atomi del metallo possono essere considerati degli oscillatori armonici e l’urto degli elettroni con gli atomi un urto anelastico nel quale l’energia cinetica degli elettroni viene trasformata in energia elastica degli oscillatori. In questo modello gli elettroni vengono accelerati dal campo elettrico tra 2 urti successivi, ma vengono decelerati ad ogni urto. La velocità dell’elettrone non aumenta indefinitamente ma cresce e decresce attorno ad un valore medio che è uguale al valore medio della velocità tra due urti successivi. L’energia ceduta agli atomi nelle collisioni ne aumenta l’ampiezza delle oscillazioni e quindi l’energia termica. Il lavoro compiuto dal campo elettrico sulle cariche si trasforma in calore ceduto al conduttore. Questo fenomeno prende il nome di effetto Joule.

42 Corrente ed energia (6) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 42 In un regime stazionario, TUTTA l’energia ceduta dal campo elettrico agli elettroni deve essere ceduta dagli elettroni agli atomi del metallo (altrimenti l’energia degli elettroni e la loro velocità media aumenterebbero) Quindi il calore Q ceduto al conduttore nell’intervallo di tempo è uguale al lavoro compiuto dal campo elettrico sulle cariche; La potenza assorbita dal conduttore è:

43 Corrente ed energia (7) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 43 Al contrario di quanto avviene in un conduttore ohmico, in una pila la corrente elettrica fluisce dal potenziale più basso al potenziale più alto. Quindi le cariche si muovono da un punto in cui la loro energia potenziale è più bassa ad un punto in cui la loro energia potenziale è più alta. Il lavoro L necessario per aumentare di l’energia potenziale di una quantità di carica q è fornito dalla reazione chimica della pila. Il lavoro fornito dalla pila per unità di carica è per definizione la forza elettromotrice (f.e.m.) e si indica con NB: la f.e.m. non è una forza ma una d.d.p.!!!

44 Corrente ed energia (8) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 44 Se la quantità di carica q attraversa la pila nell’intervallo di tempo la potenza erogata dalla pila è il lavoro L compiuto sulla quantità di carica q diviso per l’intervallo di tempo OSS: nell’intervallo di tempo, una quantità di carica q entra nella pila dal polo negativo e poiché la corrente è stazionaria, un’uguale quantità di carica esce dal polo positivo. Anche se non si tratta degli stessi portatori di carica, dal punto di vista del bilancio energetico, nell’intervallo di tempo, una quantità di carica q ha visto aumentare la sua energia potenziale di

45 Corrente ed energia (9) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 45 Tra i punti A e B c’è una caduta di potenziale Ri e l’energia acquistata dai portatori di carica viene dissipata sotto forma di calore. La potenza dissipata è Ri 2. Questo accade anche all’interno della pila. Una pila ha una resistenza detta resistenza interna della pila. Se r è la resistenza interna della pila e la pila si comporta come un conduttore ohmico, la potenza dissipata nella pila è ri 2. Dal principio di conservazione dell’energia e dal fatto che la corrente è stazionaria, segue che la potenza dissipata nel circuito (nella resistenza e nella pila) deve essere uguale alla potenza erogata dalla pila:

46 Corrente ed energia (10) L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 46 Mette in relazione la f.e.m. con l’intensità di corrente quando la pila è collegata in serie con una resistenza. La ddp tra i poli della pila è uguale alla caduta di potenziale ai capi della resistenza: Quindi la ddp tra i poli di una pila è sempre inferiore alla sua fem a causa della caduta di potenziale all’interno della pila stessa dovuto alla resistenza interna della pila. Solo se il circuito è aperto, cioè se i poli della pila non sono collegati l’uno con l’altro (i = 0) la ddp è uguale alla fem.

47 Corto circuito L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 47 Un cortocircuito è un collegamento fra due punti di un circuito che ha resistenza nulla, impone una tensione nulla (o trascurabile) ai suoi capi e non impone vincoli sulla corrente che passa attraverso di esso, che può assumere valori molto elevati In condizioni reali, la corrente circolante in condizioni di cortocircuito è limitata esclusivamente dalla resistenza dei fili conduttori e dei collegamenti. In un comune impianto elettrico a 220-240 V o a 380-420 V l'intensità di corrente può raggiungere valori da migliaia a centinaia di migliaia di ampere e per effetto Joule può provocare sovratemperature tali da provocare la fusione dei conduttori stessi, ciò costituisce rischio di innesco d‘esplosione ed incendio. Protezioni L'uso di adeguati apparecchi di protezione per quest'evenienza sono:  Interruttori automatici magneto-termici  Fusibili

48 Bibliografia L.S.”G. Oberdan” C.Pocecco Corrente elettrica pag. 48 Alonso/Finn, Elementi di Fisica per l’Università, Inter European Editions, Amsterdam U.Amaldi, La fisica 3, Zanichelli A.Caforio, A.Ferilli, Fisica 3, Le Monnier J. S. Walker Fisica, Zanichelli Halliday, Resnick, Walker, Elettromagnetismo, Zanichelli J. D. Cutnell, K. W. Johnson, Fisica, Elettromagnetismo, Zanichelli Federico Barbarossa, Resistenze in serie e in parallelo Cosimo del Gratta, Università “G. D’Annunzio”, Fisica per la Facoltà di Farmacia