Fenomeni elettrici Legge di Coulomb

Presentazione sul tema: "Fenomeni elettrici Legge di Coulomb"— Transcript della presentazione:

1 Fenomeni elettrici Legge di Coulomb
Modello dell’atomo, carica elettrica, forza tra cariche stazionarie Campo elettrico e potenziale elettrostatico Campo elettrico, linee di forza, lavoro della forza elettrostatica, potenziale elettrostatico, condensatore Corrente elettrica Corrente continua, resistenza e legge di Ohm, potenza elettrica, correnti alternate, effetti sul corpo umano

2 Modello dell’atomo Es: Na - nucleo
La stabilità del nucleo è assicurata da forze attrattive tra cariche elettriche di segno opposto - + + elettroni -e 9,1110-31 Elettrone 1,6710-27 Neutrone +e Protone carica el. massa (kg) nucleo nucleo Corpi carichi: negativamente  eccesso di elettroni positivamente  carenza di elettroni Corpi neutri: equilibrio tra cariche positive e cariche negative

3 Carica elettrica coulomb (C)
Può essere positiva (+), negativa (-) o neutra (0); Si conserva in ogni trasformazione fisica; È “quantizzata”, ovvero può essere solo un multiplo intero della carica elementare e (carica dell’elettrone) coulomb (C) Unità di misura (S.I.) : 1 e+ = +1,6·10-19 C 1 C = 6,25·1018 e 1 e- = -1,6·10-19 C

4 Legge di Coulomb - F - F q1 q2 + r La forza di Coulomb è
Date due cariche puntiformi q1 e q2, poste a distanza r, si esercita tra di esse una forza F (forza di Coulomb o elettrostatica) diretta lungo la congiungente le due cariche, di modulo pari a q1 q2 r F - F + - Nel vuoto: La forza di Coulomb è attrattiva per cariche di segno opposto repulsiva per cariche dello stesso segno

5 Legge di Coulomb εo costante dielettrica del vuoto
Nel vuoto: εo costante dielettrica del vuoto In un mezzo la forza di Coulomb si riduce: εr >1 costante dielettrica relativa H2O: εr=80

6 Campo elettrico +Q E E –Q Intensità di campo elettrico E: +q +q Dato E
Unità di misura: +Q E (campo elettrico generato da una carica puntiforme) +q E Il campo elettrico E non dipende dal valore della carica esploratrice q, ma solo da Q –Q Dato E F = q E

7 + + Campo elettrico Linee di forza generate da due cariche uguali
Nel caso di più cariche, l’intensità del campo elettrico è data dalla somma vettoriale dei vettori intensità generati da ciascuna carica Linee di forza generate da due cariche uguali + +

8 Campo elettrico Linee di forza generate da due cariche di segno opposto

9 Potenziale elettrostatico
L = F · AB = qE · AB A q Il lavoro della forza elettrostatica non dipende dal percorso seguito  forza conservativa: B LAB = UA - UB E +Q Energia potenziale elettrica in B Potenziale elettrostatico in B: VB = UB/q ΔV: differenza di potenziale (d.d.p.) Unità di misura: La differenza di potenziale ΔV è il lavoro necessario per spostare la carica di 1 C da A a B

10 Potenziale elettrostatico
LAB = q·ΔV 1 eV = 1,6·10-19 C · 1V = = 1,6·10-19 J Elettronvolt (unità pratica di energia) 1 eV è l’energia cinetica acquistata da una carica elementare e nell’attraversare una differenza di potenziale di 1 V. Il campo elettrico E si misura in N/C oppure V/m

11 Condensatore piano + ΔV E - d Capacità elettrica C:
Si accumulano cariche elettriche sulle due piastre creando un campo elettrico E e una d.d.p. ΔV= E·d area A carica +Q carica -Q + ΔV E - isolante tra le due armature d Condensatore a facce piane e parallele: Capacità elettrica C: Unità di misura (S.I.): farad (F) = coulomb/volt (F = 10-6 F, nF=10-9 F, pF=10-12 F)

12 Condensatore piano Nota: - occorre compiere lavoro per caricare le due piastre A e B (lavoro compiuto da un generatore elettrico) - l’energia accumulata puo’ essere poi usata - utilizzato nei circuiti elettrici (simbolo ) Nota: le membrane cellulari si comportano come un condensatore !! capacità C  pF (10-12 F)

13 Corrente elettrica Corrente elettrica: - - - - _ + I ampère (A)
Rappresenta un flusso di cariche che si muovono in un mezzo/vuoto: cariche positive  verso punti a potenziale minore cariche negative  verso punti a potenziale maggiore Esempio: filo metallico (VA > VB) - - A B - - _ + Corrente elettrica: I Quantità di carica che si sposta nell’unità di tempo ampère (A) [unità fondamentale del S.I. !] Unità di misura: I positiva: verso del moto delle cariche positive (da + a - !) I costante corrente continua

14 Legge di Ohm l R - (legge di Ohm) S Generatore di tensione
(pila, dinamo, ..) I Resistenza elettrica R (es. lampadina, stufa, ...) simbolo + R ΔV - Unità di misura di R: (legge di Ohm) resistività: - caratteristica del materiale - dipende dalla temperatura Resistenza elettrica di un conduttore: l S

15 classe sostanze r (20°C) [ohm·cm]
argento rame alluminio ferro mercurio conduttori metallici –6 –5 –5 –5 –5 KCl (C=0.1 osmoli) liquido interstiziale siero (25°C) liquido cerebrospinale (18°C) assoplasma di assone 85.4 60 83.33 84.03 200 conduttori elettrolitici semiconduttori germanio silicio 1.08 100 isolanti alcool etilico acqua bidistillata membrana di assone vetro 3 105 5 105 109 1013

16 Potenza elettrica I ? Potenza elettrica: - I
Lavoro compiuto dalle forze elettriche per portare una carica q da A a B: I A + V ? Potenza elettrica: - B I Se tra A e B c’è una resistenza R: ΔV=R·I L’energia fornita dal generatore elettrico viene dissipata in R sotto forma di calore (effetto Joule)

17 Esempi ΔV = 50 V R = 50 Ω I + - I + - ΔV = 220 V P = 100 W Esempio 1:

18 Resistenze in serie e in parallelo
- + R1 R2 R Resistenze in parallelo: - + R1 R R2

19 Condensatori in serie e in parallelo
- + C C1 C2 Condensatori in parallelo: - + C1 C C2

20 Corrente alternata i R Frequenza in Italia/EU: f = ν = 50 Hz ΔV
i = ΔV/R 310 V V R 220 V Frequenza in Italia/EU: - 310 V f = ν = 50 Hz

21 Effetti corrente alternata sul corpo umano
Frequenze più pericolose I ~ 1 mA ok 10 mA tetanizzazione dei muscoli 70 mA difficoltà di respirazione 100200 mA fibrillazione > 200 mA ustioni e blocco cardiorespiratorio R =  2000  (bagn.) (asciutto)

22  campo “induzione magnetica” B
Fenomeni magnetici Nord (N) La magnetite (Fe3O4) si orienta sempre nella direzione Nord-Sud Sud (S) Estremi omonimi si respingono Estremi eteronimi si attraggono Effetti magnetici possono essere indotti su oggetti non magnetizzati Non sono mai stati osservati poli magnetici separati (monopoli)!!  campo “induzione magnetica” B

23 Onde elettromagnetiche
Correnti elettriche danno luogo a campi magnetici e variazioni del campo magnetico danno luogo a correnti elettriche S N Elettromagnetismo Onde elettromagnetiche Unità di misura dell’ induzione magnetica B (S.I.): 1 T (tesla) = 1 N/A·m