Prof.ssa Francesca Santonocito 1 La prima legge di Ohm “Metodi e tecniche per la didattica innovativa nella matematica” Codice Progetto: Codice Progetto:

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1 Prof.ssa Francesca Santonocito 1 La prima legge di Ohm “Metodi e tecniche per la didattica innovativa nella matematica” Codice Progetto: Codice Progetto: B – 1 – FSE – 2007 - 1649

2 Prof.ssa Francesca Santonocito2 Contenuti Contenuti Modello idrodinamico di un circuito elettrico Modello idrodinamico di un circuito elettrico Circuito elettrico Circuito elettrico Simulazione di misure Simulazione di misure Analisi delle misure Analisi delle misure Grafico e sua interpretazione Grafico e sua interpretazione Prima legge di Ohm Prima legge di Ohm Indice Prerequisiti Prerequisiti Atomo Atomo Conduttori e isolanti Conduttori e isolanti Moto disordinato degli elettroni Moto disordinato degli elettroni Differenza di potenziale Differenza di potenziale Intensità di corrente elettrica Intensità di corrente elettrica

3 Prof.ssa Francesca Santonocito3 ATOMO

4 4 Tutte le sostanze sono costituite da piccole particelle: gli atomi A loro volta, gli atomi sono costituiti da particelle ancora più piccole: I I protoni che hanno c c c c c aaaa rrrr iiii cccc aaaa e e e e llll eeee tttt tttt rrrr iiii cccc aaaa positiva G Gli elettroni che hanno c c c c c aaaa rrrr iiii cccc aaaa e e e e llll eeee tttt tttt rrrr iiii cccc aaaa n nn negativa I I neutroni che non hanno carica Gli elettroni sono particelle con carica elettrica negativa pari e- = 1,6 * 10 -19 C

5 Prof.ssa Francesca Santonocito5 Si definiscono conduttori i materiali in cui gli elettroni si muovono facilmente nella banda di conduzione. Si definiscono isolanti quei materiali in cui gli elettroni non riescono a “passare” nella banda di conduzione e quindi non possono muoversi facilmente CONDUTTORI E ISOLANTI (materiali metallici, sono buoni conduttori di elettricità e di calore) Conduttori Isolanti

6 Prof.ssa Francesca Santonocito6 Conduttori metallici A livello microscopico, un solido metallico (come il rame) è costituito da un reticolo di ioni positivi (atomi privati di uno o due degli elettroni più esterni). Gli elettroni più esterni (detti di conduzione) costituiscono una sorta di gas di elettroni liberi di muoversi in modo casuale nel reticolo cristallino.

7 Prof.ssa Francesca Santonocito7 Moto disordinato degli elettroni Gli elettroni di conduzione si muovono a causa dell’agitazione termica con velocità altissime (dell'ordine di 10 5 m/s), in qualunque direzione, ma, nonostante ciò, un amperometro (strumento che permette di misurare l'intensità di corrente) non registra nulla a causa del loro moto estremamente disordinato: il moto di agitazione termica non causa una corrente macroscopica misurabile.

8 Prof.ssa Francesca Santonocito8 Differenza di potenziale Se agli estremi di un conduttore si applica dall’esterno una differenza di potenziale, allora il campo elettrico non è più nullo e su ciascun elettrone, agisce una forza diretta in verso opposto al campo

9 9 Moto ordinato degli elettroni in un campo elettrico Gli elettroni subiscono una forza elettrica di intensità F = E*e, ma il loro moto non è uniformemente accelerato come se fossero nel vuoto perché essi sono ostacolati dalla presenza degli ioni del reticolo e dall'agitazione termica. In condizioni stazionarie al moto caotico si sovrappone un lento moto di deriva verso il polo a potenziale maggiore.

10 Prof.ssa Francesca Santonocito10 La corrente convenzionale venne definita inizialmente, nella storia dell'elettricità, come il flusso di carica positiva, anche se sappiamo, nel caso della conduzione metallica, che la corrente è causata dal flusso di elettroni con carica negativa nella direzione opposta. elettroni La corrente elettrica La corrente elettrica è un flusso di elettroni attraverso un filo metallico. flusso La corrente elettrica è un QUALSIASI flusso di carica elettrica, tipicamente flusso di carica elettrica, tipicamenteflussocarica elettricaflussocarica elettrica attraverso un filo metallico o qualche attraverso un filo metallico o qualche altro materiale conduttore. conduttore

11 Prof.ssa Francesca Santonocito11 Intensità di corrente elettrica Si definisce intensità di corrente elettrica il rapporto tra la quantità di carica elettrica che attraversa la sezione del conduttore in un certo intervallo di tempo e l’intervallo di tempo stesso I = ΔqΔqΔqΔq ΔtΔtΔtΔt

12 Prof.ssa Francesca Santonocito12 Intensità di corrente elettrica L’ intensità di corrente elettrica è pari ad un Ampere quando la sezione qualsiasi di un circuito è attraversata da un Coulomb di carica elettrica in un secondo.

13 Prof.ssa Francesca Santonocito13 Modello idrodinamico di circuito elettrico

14 Prof.ssa Francesca Santonocito14 GEORG SIMON OHM..nacque ad Erlangen nel 1787 e morì a Monaco nel 1854. Nel 1826 scoprì la legge che porta il suo nome Fisico tedesco, studiò presso l'università della città natale e dal 1833 al 1849 diresse il Politecnico di Norimberga; dal 1852 fino alla morte fu professore di fisica sperimentale all'università di Monaco.

15 Prof.ssa Francesca Santonocito15 Legge di Ohm La legge di Ohm stabilisce il legame tra la differenza di potenziale applicata ai capi di un conduttore e la corrente elettrica che in esso fluisce. Cominceremo con la verifica sperimentale di questa legge fisica.

16 Prof.ssa Francesca Santonocito 16 Circuito elettrico Resistore Amperometro Generatore di tensione Voltmetro

17 Prof.ssa Francesca Santonocito 17 Circuito elettrico Generatore di tensione Voltmetro Voltmetro Amperometro Amperometro Resistore Resistore

18 Prof.ssa Francesca Santonocito18 Dati sperimentali V ( VOLT) I ( AMPERE) V/I = K ( VOLT/AMPERE) 121,210 181,810 242,410 303,010

19 Prof.ssa Francesca Santonocito 19 Grafico della prima legge di Ohm Relazione tra intensità di corrente e differenza di potenziale. L’intensità di corrente è direttamente Proporzionale alla differenza di potenziale

20 Prof.ssa Francesca Santonocito20 Resistenza elettrica La costante R presente in questa relazione è una grandezza caratteristica del conduttore, che dipende dalle condizioni in cui esso si trova. R rappresenta la “difficoltà” che incontra la corrente nel fluire all’interno del conduttore. Per questo motivo R si chiama resistenza elettrica del conduttore.

21 Prof.ssa Francesca Santonocito21 Legge di Ohm e La resistenza elettrica è una grandezza fisica che nel Sistema Internazionale si misura in Ohm. 1 a legge di Ohm: Resistenza Elettrica

22 Prof.ssa Francesca Santonocito22 INSEGNANTE DI FISICA 1^ A OEL - 2^ A OEL IPSIA “ E. FERMI “ CATANIA Prof.ssa SANTONOCITO FRANCESCA Si ringrazia per la collaborazione il prof. Guido Monaco