Paolo Camagni
Ugo Bai
Riccardo Nikolassy
Ada Boni
IN@PP
Corso di SCIENZE
E TECNOLOGIE APPLICATE
Edizione OPENSCHOOL
1
LIBRODITESTO
2
E-BOOK+
3
RISORSEONLINE
4
PIATTAFORMA
HOEPLI
PAOLO CAMAGNI
RICCARDO NIKOLASSY
UGO BAI
ADA BONI
In@pp
Corso di
Scienze e Tecnologie Applicate
EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO
Copyright © Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2015
Via Hoepli 5, 20121 Milano (Italy)
tel. +39 02 864871 – fax +39 02 8052886
e-mail [email protected]
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Tutti i diritti sono riservati a norma di legge
e a norma delle convenzioni internazionali
Presentazione
La disciplina Scienze e tecnologie applicate è stata introdotta nel piano di studi con l’obiettivo
specifico di orientare gli studenti alla scelta definitiva dell’indirizzo e dell’articolazione del
corso di studi del secondo biennio e del quinto anno.
Ad alcuni anni di distanza dall’entrata in vigore della riforma oggi la quasi totalità degli istituti
procede alla formazione delle classi tenendo conto delle scelte orientative manifestate
dagli studenti all’atto dell’iscrizione, organizzando le classi del primo anno quanto meno
per area di interesse.
In@pp raccoglie le indicazioni di chi, pioniere come noi, ha affrontato in questi tre anni la didattica di questa materia che, pur essendo in buona parte anche di carattere laboratoriale, non
ha – di fatto – nel quadro orario ore specifiche riservate alla attività pratica.
Concordi che l’orientamento non può essere fatto solo trasmettendo conoscenze ma che
necessita di riferimenti concreti e operativi, abbiamo individuato un insieme di argomenti comuni agli indirizzi elettrico-elettronico e informatico fondamentali e imprescindibili
dalla formazione specifica delle discipline, che tuttavia risultino utili al fine di effettuare una
scelta consapevole per il proprio futuro professionale.
Quest’opera è idealmente il seguito del volume Tecnologie Informatiche degli stessi autori:
ne ricalca la struttura grafica e l’impostazione didattica in modo da mantenere la continuità
con uno strumento che è stato apprezzato sia per la chiarezza dell’esposizione, per la semplicità di utilizzo e la facilità di apprendimento da parte dello studente, sia per la completezza
degli argomenti e la ricchezza di esercizi e di proposte operative.
Metodologia e strumenti didattici
Le finalità e i contenuti dei diversi argomenti affrontati sono descritti dagli obiettivi generali
e dalle indicazioni In questa lezione impareremo; alla fine di ogni lezione, per lo studente
sono presenti esercizi, anche interattivi, di valutazione delle conoscenze e delle competenze raggiunte, suddivisi in domande a risposta multipla, a completamento, esercizi con
procedure guidate.
Caratteristiche dell’opera
L’opera, in quanto Edizione Openschool, consente di:
◗◗ scaricare gratuitamente il libro digitale arricchito (eBook+) che permette in particolare di:
eseguire tutte le esercitazioni a risposta chiusa in modo interattivo;
accedere ai diversi video tutorial;
accedere alle gallerie di immagini;
scaricare gli approfondimenti tematici, le lezioni e le unità integrative.
◗◗ disporre di ulteriori esercitazioni online utilizzabili a discrezione del docente per classi virtuali gestibili attraverso la piattaforma didattica.
Aspetti caratterizzanti
◗◗ Testo pienamente in linea con le recenti indicazioni ministeriali in merito alle nuove caratteristiche tecniche e tecnologiche dei libri misti e digitali e al loro stretto coordinamento con
la piattaforma didattica.
◗◗ Totale duttilità di utilizzo in funzione delle scelte didattiche o dotazioni tecnologiche:
• il libro cartaceo + CD-ROM consente di svolgere lezioni complete e attività di laboratorio
con l’apparato offline presente nel CD-ROM;
• l’eBook+, le risorse online e la piattaforma offrono il pieno supporto per una didattica
multimediale, a discrezione delle scelte del docente.
◗◗ Lezioni autoconclusive ricche di esempi ed esercizi, adatte a essere svolte in una lezione o
al massimo due.
◗◗ Teoria ridotta al minimo per privilegiare l’aspetto pratico.
Materiali online
Sul sito www.hoepliscuola.it sono disponibili numerose risorse online. In particolare, per lo
studente: approfondimenti, utili integrazioni del testo e un numero elevato di esercizi sia per
il recupero e il rinforzo sia per l’approfondimento degli argomenti trattati. Per il docente,
una sezione riservata presenta alcune unità didattiche per l’approfondimento delle tematiche affrontate e un insieme di schede aggiuntive per la verifica dei livelli di apprendimento
degli studenti, nonché lezioni (sotto forma di presentazioni in PowerPoint), utilizzabili efficacemente anche con le LIM. Materiali ed esercizi possono essere usati anche per creare attività
didattiche fruibili tramite la piattaforma didattica accessibile dal sito.
CD-ROM per lo studente
Il CD-ROM per lo studente allegato al volume contiene i file degli esempi, nonché il materiale necessario per eseguire le procedure guidate passo passo degli esercizi svolti e da
svolgere e le simulazioni informatiche di fine lezione e di fine unità. Contiene gli esempi dei
codici presenti nel libro di testo.
Struttura dell’opera
ZOOM SU...
Piccole sezioni
di approfondimento
DEFINIZIONI
Spiegazione delle proprietà
essenziali dei principali
termini, funzioni e concetti
trattati nel testo
PROVA ADESSO!
Per mettere in pratica,
in itinere, quanto appreso
nella lezione
OSSERVAZIONI
Un aiuto per comprendere
e approfondire
ESERCIZI
Ampia sezione di
esercizi
per la verifica delle
conoscenze e delle
competenze
V
L’eBook+ riproduce le pagine del libro di testo in versione digitale e interattiva. È utilizzabile su tablet, LIM
e computer e consente di annotare, sottolineare ed
evidenziare il testo, salvando il proprio lavoro per poterlo
consultare e sincronizzare sui diversi dispositivi. Apposite
icone attivano i contributi digitali integrativi.
APPROFONDIMENTI
Contenuti, lezioni
e unità integrative
eBook+
ESERCIZI AGGIUNTIVI
Esercizi per il recupero
e l’approfondimento
VIDEO
Video tutorial
per esemplificare
azioni e procedimenti
ESERCIZI
Esercizi interattivi di varia
tipologia con funzione
di autocorrezione
IMMAGINI
E GALLERIE DI IMMAGINI
Per esemplificare e rappresentare
visivamente i contenuti
LINK
Rimandi interni
al volume per navigare
agevolmente
tra i contenuti
VII
L’OFFERTA DIDATTICA HOEPLI
L’edizione Openschool Hoepli offre a docenti e studenti tutte le potenzialità
di Openschool Network (ON), il nuovo sistema integrato di contenuti e servizi
per l’apprendimento.
Edizione OPENSchOOl
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LIBRO
DI TESTO
Il libro di testo
è l’elemento cardine
dell’offerta formativa, uno
strumento didattico agile
e completo, utilizzabile
autonomamente
o in combinazione con
il ricco corredo digitale
offine e online. Secondo
le più recenti indicazioni
ministeriali, volume
cartaceo e apparati
digitali sono integrati
in un unico percorso
didattico. Le espansioni
accessibili attraverso
l’eBook+ e i materiali
integrativi disponibili
nel sito dell’editore
sono puntualmente
richiamati nel testo
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L’eBook+ è la versione
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sono previste ulteriori
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è un ambiente digitale
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Ogni attività svolta viene
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e aggiornata.
La piattaforma consente
inoltre di consultare
la versione online
degli eBook+ presenti
nella propria libreria.
È possibile accedere
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Indice
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 1
Dall’energia al computer
L1 Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Premessa ........................................................................................................... 2
Elettroni e struttura atomica ............................................................ 2
Campo elettrico e potenziale elettrico (cenni) ................... 4
Elettrologia, elettrizzazione ed elettricità ............................... 8
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 14
L2 Materiali nelle tecnologie elettriche ed
elettroniche
Premessa ........................................................................................................ 15
Materiali conduttori .............................................................................. 16
Materiali isolanti .................................................................................... 17
Semiconduttori ......................................................................................... 17
Semiconduttori drogati....................................................................... 19
Dispositivi elettronici ........................................................................... 20
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 24
L3 L’energia elettrica e la sua produzione
Introduzione: richiami di fisica.................................................... 25
Cos’è l’energia ............................................................................................ 27
Fonti di energia non rinnovabili.................................................. 31
Fonti di energia rinnovabili............................................................. 33
È doveroso risparmiare energia ................................................... 38
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 40
L4 Generatori e segnali elettrici
La fornitura domestica ....................................................................... 41
Circuito elettrico ..................................................................................... 44
Generatore elettrico.............................................................................. 45
Tensione sinusoidale ............................................................................ 47
Tensione rettangolare o onda quadra ...................................... 49
Utilizzatore................................................................................................... 50
Misurazione della corrente e della tensione....................... 51
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 53
L5 I bipoli e le leggi di Ohm
Bipoli attivi e passivi ........................................................................... 54
La Prima legge di Ohm ....................................................................... 57
Potenza elettrica di un resistore ................................................ 61
Energia elettrica di un resistore ................................................ 61
La Seconda legge di Ohm ................................................................. 62
I pericoli dell’elettricità .................................................................... 65
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 67
Verifichiamo le competenze............................................................ 67
L6 Resistori e loro collegamento
Resistore e resistenza .......................................................................... 69
Il collegamento di resistori .............................................................. 72
Due casi particolari ............................................................................... 77
Un esercizio completo ......................................................................... 78
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 83
Verifichiamo le competenze............................................................ 84
L7 Le leggi di Kirchhoff
I circuiti elettrici
Prima legge di Kirchhoff
Seconda legge di Kirchhoff
Verifichiamo le competenze
L8 Reti elettriche lineari in regime
stazionario
Premessa
Metodi per la soluzione delle reti
Risoluzione completa di una rete elettrica con il
metodo di Kirchhoff
Un esempio completo
Verifichiamo le competenze
Puoi scaricare le lezioni 7 e 8 anche da
hoepliscuola.it
AREA digitale
◗◗ Esercizi
◗◗ Immagini
◗◗ L’atomo
◗◗ Le proprietà “curative” dell’ambra
◗◗ Conduttori, semiconduttori e superconduttori
◗◗ Come vengono realizzati i circuiti al silicio
◗◗ Cosa faccio con 1 kWh?
◗◗ James Joule e James Watt
◗◗ Pile a secco
◗◗ Multipli degli Hertz
◗◗ Alternatore
◗◗ Strumenti di misura
◗◗ Amperometri e galvanometri
◗◗ Resistività di alcuni materiali
◗◗ Coefficiente di temperatura di alcuni materiali
◗◗ Tecnologie di resistori
◗◗ Esercizi per il recupero
◗◗ Esercizi per l’approfondimento
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 2
La logica
L1 La logica e il ragionamento
Generalità ..................................................................................................... 88
I problemi di logica................................................................................ 89
Il ragionamento logico......................................................................... 92
Ragionamento deduttivo.................................................................... 93
Ragionamento induttivo .................................................................... 95
Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 97
L2 Le forme proposizionali
Proposizioni e non proposizioni .................................................. 98
Forme proposizionali o figure di ragionamento ........... 101
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 107
L3 Algebra di Boole e tabelle della verità
Generalità .................................................................................................. 108
Tabelle della verità ............................................................................ 109
Un esempio classico ........................................................................... 113
Algebra degli insiemi e dei circuiti ......................................... 115
Verifichiamo le competenze......................................................... 118
L4 Logica sillogistica
Generalità sulla logica sillogistica ........................................... 121
Enunciati singolari, particolari o universali .................... 122
Enunciati universali ........................................................................... 122
Enunciati particolari.......................................................................... 124
La conversione degli enunciati.................................................. 128
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 131
L5 Il ragionamento sillogistico
L3 La realizzazione degli automi
La definizione analitica di automa ......................................... 162
La rappresentazione degli automi mediante grafi
di transizione .......................................................................................... 163
Due automi differenti:
l’automa di Mealy e l’automa di Moore ............................... 169
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 172
Verifichiamo le competenze......................................................... 173
L4 Pattern recognition
Generalità
Automi riconoscitori di sequenze
Verifichiamo le competenze
Il sillogismo e il ragionamento
Forme sillogistiche
Verifichiamo le conoscenze
L6 Errori nei ragionamenti sillogistici
Fonti di errore nel ragionamento sillogistico
Fallacie formali
Fallacie informali
Errori per induzione
Errori per l’intuizione
I paradossi
Verifichiamo le competenze
L7 Tre tipologie di giochi logici
Perché vengono utilizzati i test ed i giochi logici
I problemi di identificazione
Problemi con mentitori
Problemi epistemici
Verifichiamo le competenze
Puoi scaricare le lezioni 5, 6, 7 anche da
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 160
Verifichiamo le competenze......................................................... 160
hoepliscuola.it
AREA digitale
◗◗ Esercizi
Puoi scaricare la lezione 4 anche da
hoepliscuola.it
AREA digitale
◗◗ Esercizi
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 4
Ambienti visuali per la
pseudocodifica
L1 Programmiamo con Scratch e BYOB
Cos’è Scratch
Installazione di BYOB
L’ambiente di lavoro
Gli elementi di un programma
Primo programma in BYOB
Verifichiamo le competenze
L2 Suoni e animazioni
◗◗ La negazione di una proposizione
Lista degli sprite ................................................................................... 176
Le animazioni ......................................................................................... 178
I suoni ........................................................................................................... 180
Verifichiamo le competenze......................................................... 183
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 3
L3 Eventi, interazione e sensori
Sistemi, modelli e automi
L1 Introduzione ai sistemi a stati finiti
Il concetto di sistema........................................................................ 134
La rappresentazione dei sistemi............................................... 136
Lo stato di un sistema ...................................................................... 138
Classificazione dei sistemi ............................................................ 139
La rappresentazione dei sistemi: i modelli ...................... 142
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 146
Verifichiamo le competenze......................................................... 147
L2 Gli automi a stati finiti
Generalità .................................................................................................. 148
Gli automi nella storia ..................................................................... 149
Macchine a stati finiti ....................................................................... 152
Prima descrizione analitica di un automa ........................ 155
Eventi dovuti all’utente ................................................................... 185
Sensori di contatto.............................................................................. 189
Verifichiamo le competenze......................................................... 191
L4 Variabili e gestione dell’input/output
Le variabili ............................................................................................... 193
La lettura dei dati in ingresso
ovvero la gestione dell’I/O ............................................................. 196
Verifichiamo le competenze......................................................... 199
Puoi scaricare la lezione 1 anche da
AREA digitale
◗◗ Esercizi per il recupero
◗◗ Esercizi per l’approfondimento
hoepliscuola.it
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 5
Il linguaggio C
Il trattamento e la trasmissione
dell’informazione
L1 Installiamo l’ambiente
di sviluppo C e C++
L1 Analogico e digitale
Il linguaggio C e C++
Come si scrive un programma in C e C++
Installiamo l’ambiente di lavoro Dev-C++
Scriviamo il nostro primo programma
“Rientriamo” nell’ambiente Dev-C++
Verifichiamo le conoscenze
Analogico e digitale ............................................................................ 244
Perché il digitale? ................................................................................ 247
Digitale o binario? ............................................................................... 248
Codifica in bit o binaria .................................................................. 249
Rappresentazione dei dati alfabetici ..................................... 250
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 253
Verifichiamo le competenze......................................................... 254
L2 Primi programmi in C
La struttura di un programma C .............................................. 202
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 207
Verifichiamo le competenze......................................................... 208
L3 La selezione e gli operatori logici
La condizione logica .......................................................................... 209
La selezione doppia e semplice ............................................... 210
Gli operatori logici .............................................................................. 216
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 219
Verifichiamo le competenze......................................................... 220
Il ciclo a condizione iniziale: while ... {...} ....................... 221
Il ciclo a condizione finale: do ... while .............................. 224
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 228
Verifichiamo le competenze......................................................... 229
L5 I vettori e il ciclo a conteggio
Il tipo di dato strutturato array................................................. 231
I vettori o array monodimensionali ....................................... 232
Il ciclo a conteggio for ...................................................................... 234
Ciclo con contatore negativo ...................................................... 237
Un ciclo dentro un ciclo: cicli annidati .............................. 238
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 240
Verifichiamo le competenze......................................................... 242
L6 L’ordinamento e la ricerca
I problemi classici dell’informatica
Ordinamento per scambio (a bolle)
Ricerca sequenziale (o lineare)
Verifichiamo le competenze
AREA digitale
◗◗ Esercizi
◗◗ Specifiche degli identificatori
◗◗ Generazione di numeri casuali
◗◗ Esercizi per il recupero
◗◗ Esercizi per l’approfondimento
L2 Immagini, suoni e filmati
Introduzione ............................................................................................ 255
Immagini digitali................................................................................... 256
Compressione delle immagini .................................................... 265
Immagine vettoriale .......................................................................... 267
Filmati digitali ........................................................................................ 268
Suoni digitali............................................................................................ 269
Esempio riepilogativo........................................................................ 272
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 273
Verifichiamo le competenze......................................................... 273
L3 Reti digitali
L4 L’iterazione
ovvero i cicli indeterminati
Puoi scaricare le lezioni 1 e 6 anche da
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 6
Generalità .................................................................................................. 275
Funzioni logiche fondamentali ................................................. 276
Funzioni logiche non fondamentali ...................................... 278
Trasformazioni di reti logiche .................................................... 280
Circuiti logici........................................................................................... 284
Verifichiamo le competenze......................................................... 287
L4 L’architettura
di un computer
L’architettura secondo Von Neumann.................................. 288
La CPU ......................................................................................................... 289
L’unità di controllo ............................................................................. 290
La memoria centrale ......................................................................... 291
La memoria di massa ........................................................................ 293
L’input/output ......................................................................................... 296
I bus di comunicazione ................................................................... 296
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 297
L5 Arduino
e i sistemi embedded
hoepliscuola.it
I sistemi embedded ............................................................................ 298
Il progetto Arduino ............................................................................. 299
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 303
Verifichiamo le competenze......................................................... 303
L6 La trasmissione
delle informazioni
Introduzione alle reti di telecomunicazioni .................... 304
La comunicazione digitale ............................................................ 306
Tecniche di commutazione .......................................................... 307
Reti multimediali per la fornitura
di servizi a utenti residenziali .................................................... 311
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 312
AREA digitale
◗◗ Esercizi
◗◗ Immagini
◗◗ Prefissi binari per il byte
◗◗ Tabella dei colori RGB
◗◗ Circuiti combinatori
◗◗ Flip-flop di tipo SR
◗◗ I registri delle CPU x86
◗◗ Sensori e trasduttori
◗◗ Esercizi per il recupero
◗◗ Esercizi per l’approfondimento
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 7
HTML e il Web
L1 Internet e HTML
Internet ........................................................................................................ 314
Il cloud computing .............................................................................. 317
L’architettura del Web ...................................................................... 318
I servizi di Internet ............................................................................. 319
I domini, il DNS e la registrazione di siti .......................... 320
HTML e il WWW ................................................................................... 321
L’HTML......................................................................................................... 322
La creazione di una pagina ......................................................... 323
La sintassi HTML ................................................................................. 324
Il corpo del documento (tag <body>) .................................. 326
I paragrafi e la formattazione del testo ............................... 327
La definizione del carattere ......................................................... 331
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 333
Verifichiamo le competenze......................................................... 333
L2 Approfondiamo HTML
Le immagini ............................................................................................. 335
Le liste .......................................................................................................... 337
Le tabelle .................................................................................................... 339
I collegamenti ipertestuali (link) ............................................. 342
Le mappe sensibili .............................................................................. 344
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 345
Verifichiamo le competenze......................................................... 346
L3 Multimedialità e moduli nelle pagine Web
Gli oggetti multimediali................................................................... 348
Inserire applet Java ............................................................................ 351
Moduli e server Web .......................................................................... 351
Il modulo di immissione form .................................................... 352
Gli elementi che compongono i moduli (campi) ......... 353
Come disabilitare i controlli ...................................................... 357
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 359
Verifichiamo le competenze......................................................... 360
AREA digitale
◗◗ Esercizi
◗◗ Immagini
◗◗ Video
◗◗ Intestazione e comando DOCTYPE
◗◗ I codici dei colori esadecimali
◗◗ Collegamento ipertestuale alla mail
◗◗ Link al download di un file
UNITÀ DI APPRENDIMENTO 8
Sistemi operativi a linea di comando
L1 La shell dei comandi di Windows
La shell di sistema............................................................................... 362
I comandi di shell ................................................................................ 364
Il comando PATH ................................................................................. 368
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 370
L2 I comandi principali
Il file system............................................................................................. 371
Il comando prompt ............................................................................. 373
Le unità logiche ................................................................................... 373
I comandi di gestione delle directory ................................... 375
Gli attributi dei file ............................................................................. 378
I comandi per i file ............................................................................. 379
I comandi di copia .............................................................................. 380
I comandi di rete .................................................................................. 381
Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 385
Verifichiamo le competenze......................................................... 387
L3 I caratteri jolly, reindirizzamento e
pipelining
I caratteri jolly
Il reindirizzamento
I comandi filtro
Verifichiamo le conoscenze
Verifichiamo le competenze
L4 I file batch
I file batch
La selezione
Il comando for
Verifichiamo le competenze
Puoi scaricare le lezioni 3 e 4 anche da
hoepliscuola.it
AREA digitale
◗◗ Esercizi
◗◗ Correggere lo stato dei supporti di memoria
◗◗ Creare un’Unità virtuale
◗◗ Esempi di comandi CD, MD e RD
◗◗ La gestione delle utenze
APPENDICE
La filiera e le figure professionali
Come utilizzare il coupon per scaricare
la versione digitale del libro (eBook+) e i contenuti
digitali integrativi (risorse online).......................................... 384
UNITÀ DI APPRENDIMENTO
Dall’energia
al computer
1
L1 Elettroni, elettricità ed energia elettrica
L2 Materiali nelle tecnologie elettriche ed
L3
L4
L5
L6
L7
L8
elettroniche
L’energia elettrica e la sua produzione
Generatori e segnali elettrici
I bipoli e le leggi di Ohm
Resistori e loro collegamento
Le leggi di Kirchhoff
Reti elettriche lineari in regime stazionario
Conoscenze
•
•
•
•
•
•
•
•
Gli elementi che sono alla base dell’elettrologia
L’elettricità e la corrente elettrica
La relazione tra l’energia, il lavoro e la potenza
Le fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili
I componenti circuitali
Le onde periodiche
Elementi passivi e resistenza
Le modalità di collegamento di resistori
Competenze
•
•
•
•
•
Classificare le fonti di energia
Riconoscere gli elementi attivi e quelli passivi
Individuare il periodo di un’onda periodica
Riconoscere il valore dei resistori dal codice colore
Individuare nodi e maglie di un circuito
Abilità
•
•
•
•
Riconoscere un conduttore e un isolante
Effettuare la misurazione della resistenza di un bipolo
Applicare le leggi di Ohm
Calcolare la variazione di resistenza per effetto della
temperatura
• Risolvere i circuiti elettrici mediante il metodo di Kirchhoff
AREA digitale
◗◗Esercizi
◗◗Immagini
◗◗LÕatomo
◗◗Le proprietˆ ÒcurativeÓ dellÕambra
◗◗Conduttori, semiconduttori e
superconduttori
◗◗ Come vengono realizzati i circuiti al silicio
◗◗Cosa faccio con 1 kWh?
◗◗James Joule e James Watt
◗◗Pile a secco
◗◗Multipli degli Hertz
◗◗Alternatore
◗◗Strumenti di misura
◗◗Amperometri e galvanometri
◗◗Resistivitˆ di alcuni materiali
◗◗Coefficiente di temperatura di alcuni
materiali
◗◗Tecnologie di resistori
◗◗Esercizi per il recupero
◗◗Esercizi per lÕapprofondimento
Esempi proposti
Consulta il CD-ROM in allegato al volume
Soluzioni (prova adesso, esercizi, verifiche)
Puoi scaricare il file anche da
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LEZIONE 1
Elettroni,
elettricità
ed energia
elettrica
In questa lezione impareremo...
◗ gli elementi che sono alla base
dell’elettrologia
◗ in cosa consiste l’elettricità
◗ cos’è la corrente elettrica
■◗ Premessa
Scopo di questa lezione è quello di introdurre i concetti di base dell’energia elettrica, cercando di dare le risposte e sciogliere i principali dubbi su cosa è effettivamente la “corrente
elettrica”, fornendo quelle poche nozioni di base indispensabili per affrontare lo studio dei
circuiti elettrici.
■◗ Elettroni e struttura atomica
Per poter comprendere i fenomeni elettrici è necessario partire dalla costituzione della
materia e quindi da una “sommaria” descrizione dall’atomo.
ATOMO
L’atomo (dal greco ἄτομος - àtomos , indivisibile) è la più piccola porzione di un elemento chimico che conservi le proprietà dell’elemento stesso.
Il termine atomo fu introdotto dal flosofo greco Leucippo (in “collaborazione” col suo allievo Democrito) attorno al 400 a.C. per defnire le entità elementari, indistruttibili e indivisibili, di cui egli riteneva che fosse costituita la materia; oggi sappiamo che l’atomo è una
struttura molto complessa ma per la nostra trattazione non è necessario entrare nei dettagli ed è suffciente schematizzarlo con un nucleo centrale formato da protoni, particelle a
2
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Lezione 1
carica positiva, e neutroni, particelle a carica
neutra, attorno al quale ruotano come satelliti
gli elettroni, che hanno carica negativa.
protoni
neutroni
Ogni atomo è elettricamente neutro, nel
senso che il numero di elettroni che ruotano attorno al nucleo è uguale al numero di
protoni in esso presente, quindi il numero di
cariche positive è uguale al numero di cariche negative.
AREA
nucleo
elettroni
digitale
L’atomo
I protoni e i neutroni sono circa 2000 volte
più pesanti degli elettroni che, in realtà, non
percorrono vere e proprie orbite attorno al
nucleo ma concettualmente le si può considerare tali per non entrare troppo nel dettaglio: con buona approssimazione possiamo
considerare accettabile il modello dell’atomo
dove gli elettroni ruotano su di un’orbita circolare generata dall’equilibro tra la forza di
attrazione che il nucleo esercita sull’elettrone e la forza centrifuga che spinge l’elettrone
verso l’esterno (legata alla sua velocità), come
riportato nella fgura a fanco. ▶
orbi
ta circolare
nucleo
+
–
forza
di attrazione
elettrostatica
forza
centrifuga
La forza di attrazione è chiamata forza
di attrazione elettrostatica ed è dovuta
al fatto che tra cariche negative e cariche
positive si genera una attrazione mentre
tra cariche dello stesso segno la forza tra
di esse è repulsiva (è lo stesso fenomeno che avviene avvicinando due calamite
che si respingono o si attraggono a seconda della polarità).
Alla carica positiva viene associato il simbolo + mente alla carica negativa il simbolo –, “prendendo in prestito” i simboli
dall’algebra; viene spesso anche assegnato un colore di riferimento, che è blu (o
nero) per la carica negativa e rosso per
3
UdA 1
Dall’energia al computer
quella positiva: i vedremo in seguito che tali colori saranno indicati anche sui dispositivi (e sui fli) per indicarne
la ◀ polarità ▶.
◀ Se in un dispositivo (o in una sostanza) esiste una localizzazione di cariche opposte in punti distanti tra loro questi punti
vengono detti poli e il valore di carica in eccesso presente su di
essi si chiama polarità ▶
Nel 1897 il fsico inglese John Joseph Thomson misurò la massa dell’elettrone in 10–30 kg
e ad esso viene associata la carica:
e = −1, 6022 ⋅ 10−19 C
dove l’unità di misura della carica elettrica nel ◀ Sistema Internazionale ▶ è il coulomb
(simbolo C), dal nome dello scienziato francese Charles Augustin de Coulomb.
Per ottenere una carica negativa di −1 C (dato che la carica dell’elettrone è negativa) occor1
= 6, 2414 ⋅ 1018 elettroni!
rono quindi
1, 6002 ⋅ 10−19
◀ Il Sistema internazionale di unità di misura, abbreviato in SI (Système International d’Unités), è il
più diffuso sistema di unità di misura: è basato su sette unità fondamentali, con le quali vengono definite le unità derivate. Il SI, inoltre, definisce una sequenza di prefissi da premettere alle unità di misura
per identificare i loro multipli e sottomultipli. ▶
■◗ Campo elettrico e potenziale elettrico (cenni)
Avvicinando due cariche queste si attraggono (o si respingono) a seconda se hanno tipo di
carica concorde o discorde (come avviene per i magneti) e l’intensità della forza di attrazione o repulsione è legata alla loro distanza, analogamente a come avviene per l’attrazione
dei corpi e dei pianeti, e ha la stessa espressione:
F = k0
q1 q2
d2
dove:
◗◗ F è la forza (detta anche forza di coulomb) espressa in Newton;
◗◗ k0 è una costante di proporzionalità che dipende dal mezzo dove sono poste le cariche
(dielettrico)
◗◗ q1 e q2 sono i valori delle due cariche;
◗◗ d è la distanza.
Questa relazione prende il nome legge di Coulomb e ha la medesima struttura della legge di
gravitazione universale: entrambe le forze sono direttamente proporzionali al prodotto delle
proprietà dei due corpi (la massa nel caso della forza gravitazionale, la carica elettrica nel caso
della forza elettrostatica) e inversamente proporzionali al quadrato della loro distanza.
4
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Lezione 1
Quindi una carica elettrica posta in una regione di spazio ne altera il suo stato: la regione che
“ne sente gli effetti” viene chiamata campo elettrico, così come un magnete genera un campo magnetico. Se la carica che crea il campo è positiva, i ◀ vettori campo elettrico ▶ sono
diretti verso l’esterno mentre se la carica che crea il campo è negativa, i vettori campo
elettrico sono diretti verso l’interno.
+
–
◀ Vettore campo elettrico. Il campo elettrico è una grandezza vettoriale, definita da un’intensità, da
una direzione e da un verso: la direzione e il verso del vettore campo elettrico esprimono la direzione
e il verso di percorrenza della traiettoria che una carica positiva di prova q posta in quel punto prenderebbe per effetto del campo elettrico. ▶
Se poniamo due cariche vicine si generano campi diversi a seconda che le cariche siano di
segno opposto oppure dello stesso segno:
2
1
+
3
Ð
2
1
+
3
+
◗◗ nel primo caso, nella zona 1 i campi si rafforzano, perché se introduciamo una carica di
prova positiva questa è respinta verso destra dalla carica positiva e attratta verso destra
da quella negativa;
◗◗ nel secondo caso, nella zona 1 i campi tendono ad annullarsi, perché in questo caso se
introduciamo una carica di prova positiva questa è respinta verso destra dalla prima carica e respinta verso sinistra dalla seconda.
Nelle zone esterne 2 e 3 il campo assomiglia a quello della carica puntiforme più vicina:
nella zona 2 il campo è simile a quello di una sola carica positiva, perché l’altra carica, che
è lontana, fa sentire poco la sua infuenza.
5
UdA 1
Dall’energia al computer
Quindi, a seconda della posizione, gli effetti del campo elettrico sono diversi: a ogni punto
del campo viene associato un valore, indicato come energia potenziale elettrica (E), che è
un parametro dipendente dalla forza che agisce in quel punto.
Esiste una stretta analogia tra l’energia potenziale elettrica e l’energia potenziale gravitazionale: sappiamo che l’energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica e così,
come vedremo, avviene anche per l’energia potenziale elettrica.
ESEMPIO
Nell’esempio riportato nella fgura a fanco il campo elettrico viene generato da due superfci cariche di segno opposto: la carica q+, quando è in A, ha un’energia potenziale elettrica maggiore che in B.
+
+
A
+
+
+
+
+
+
+
+
–
–
–
E
q+
B
–
–
–
–
–
–
Una grandezza fondamentale in elettrologia che ci permette di misurare il “dislivello elettrico” tra due punti del campo è la differenza di potenziale: esprime la capacità di un campo elettrico di compiere un lavoro.
DIFFERENZA DI POTENZIALE
La differenza di potenziale VA − VB (tra i punti A e B) è uguale al lavoro WA→B che la forza
del campo compie quando la carica di prova positiva q+ si sposta da A a B, diviso per
questa carica q+:
W
VA − VB = A→B
q
La differenza di potenziale elettrico (d.d.p.) si misura in Volt, in onore al grande fsico comasco Alessandro Volta, e viene indicata con ΔVAB dove sono riportati i due punti in cui
viene misurato il potenziale oppure, anche semplicemente, solamente con ΔV.
Dalla differenza di potenziale possiamo defnire il potenziale elettrico in un punto A scegliendo il secondo punto con valore 0, in modo che risulti:
VA − VB = VA − 0 = VA
Il secondo punto che viene preso come riferimento è il potenziale della terra, che per convenzione viene posto al valore 0, e viene grafcamente indicato con il simbolo:
6
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Lezione 1
Dato che alla terra viene attribuito il potenziale zero, il valore del potenziale di un dato punto
potrà essere inteso come la d.d.p. fra questo punto e la terra: questo potenziale sarà positivo
o negativo a seconda che esso sia maggiore o minore di quello della terra.
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MESSA A TERRA
Mettere a terra un punto significa collegarlo al suolo mediante un altro conduttore che consente
il passaggio delle cariche (generalmente viene utilizzato un cavo elettrico di colore giallo e verde).
Negli impianti elettrici delle abitazioni, per la legge sulla sicurezza degli impianti, deve essere
disponibile una connessione a terra alla quale connettere ogni dispositivo: fisicamente la messa
a terra può essere realizzata mediante un dispersore di terra che altro non è se non un’asta di
acciaio zincato o ramato della lunghezza di un metro o 1,5 metri (chiamato anche puntazza) che
viene parzialmente inserito nel terreno come si vede nelle seguenti immagini.
Lasciamo alla fsica la defnizione rigorosa di potenziale elettrico: si misura in Volt, viene
indicato con la lettera V ed è in stretta relazione con l’energia potenziale elettrica dato che
è l’energia posseduta da una distribuzione di carica elettrica che genera la forza esercitata
dal campo.
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POSITIVA O NEGATIVA
L’attribuzione del nome di carica positiva e negativa assegnato ai protoni e agli elettroni è associato proprio al concetto di potenziale elettrico: dove il potenziale elettrico è più elevato si
associa un valore positivo e quindi in corrispondenza sono presenti in maggior numero cariche
positive oppure c’è una carenza di cariche negative (polo positivo) mentre se si ha un potenziale elettrico più basso ci sono cariche negative in eccesso o cariche positive in difetto (polo
negativo).
7
UdA 1
Dall’energia al computer
■◗ Elettrologia, elettrizzazione ed elettricità
Più di duemila anni fa i Greci erano rimasti colpiti dalle caratteristiche dell’ambra, una
resina prodotta da alcuni alberi: dopo averla strofinata con un panno di lana, essa acquista
la proprietà di attrarre corpi leggeri che si trovano nelle sue immediate vicinanze.
Questo fenomeno prende il nome di elettrizzazione: strofnando un oggetto gli si cede
energia per attrito, che viene acquistata dagli elettroni esterni che sono più vicini alla
superfcie dell’oggetto, e le cariche negative passano da un corpo all’altro; se ora si prende
quello con un eccesso di cariche negative e lo si avvicina a un oggetto leggero questo oggetto viene attirato del primo.
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AMBRA
Ambra (in greco antico ήλεκτρον, elektron) è un termine usato in passato come sinonimo di resina fossile e la varietà baltica è la più importante dal punto di vista mineralogico.
L’ambra è emessa dalle conifere sotto forma di resina e si fossilizza
successivamente con il tempo; in alcuni casi si solidifica con dei resti
di insetti morti.
Attualmente si raccoglie comunemente in Polonia, Lituania, Lettonia,
Russia, Danimarca, Germania e Svezia; la sua lavorazione è molto
diffusa nei paesi che si affacciano al mar Baltico.
La Via dell’ambra, un tempo detta anche “via Imperiale”, è un percorso di circa 418 km
che attraversa i Paesi Baltici e la Russia, tradizionali produttori di ambra fossile.
L’ambra contiene al suo
interno numerose sfumature di colori e luci e viene
impiegata nella produzione di impugnature di bastoni, collane, orecchini,
braccialetti, anelli, bocchini per sigarette e cannelli di pipe.
Nelle vicinanze di San Pietroburgo, a Tsarskoye Selo, l’architetto italiano Francesco Bartolomeo Rastrelli su incarico di Elisabetta Petrovna realizzò la
“Camera d’Ambra”, che è il vero tesoro del Palazzo
di Caterina II la Grande: si tratta di una stanza, a suo
tempo adibita a studio, le pareti della quale sono
ricoperte con pannelli di mosaici d’ambra con sfumature diverse.
8
AREA
digitale
Le proprietà “curative” dell’ambra
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Lezione 1
L’elettrizzazione così ottenuta prende il nome di elettrizzazione per strofnio ma non tutti gli
oggetti hanno questa capacità: ad esempio i metalli, al contrario della plastica, non possono
attirare nessun oggetto.
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ELETTRIZZAZIONE
Oltre a quello per strofinio esiste un secondo modo per elettrizzare un corpo: l’induzione.
Quando un oggetto elettricamente neutro viene posto all’interno di un campo elettrico le cariche all’interno di esso si “muovono” e si ridistribuiscono in base all’oggetto che viene avvicinato: se questo è carico negativamente, le cariche negative interne al campo elettrico vengono
respinte mentre quelle positive vengono attratte e i due oggetti si attirano, se invece si avvicina
un oggetto carico positivamente avviene il contrario, cioè le cariche positive vengono respinte
mentre le cariche negative vengono attratte.
La parola elettricità deriva dal greco elektron, che vuol dire appunto ambra e con essa si
intende l’insieme dei fenomeni prodotti dalla carica elettrica.
L’elettrologia è la parte della fsica che studia i fenomeni connessi con l’elettricità:
◗◗ si parla di elettrostatica quando vengono studiati i fenomeni dovuti alle cariche elettriche
statiche, cioè con grandezza e posizione determinate e invariabili nel tempo;
◗◗ si parla invece di elettrodinamica quando si studiano le mutue azioni fra circuiti percorsi
da cariche elettriche in movimento (azioni elettrodinamiche) e, più in generale, le interazioni fra cariche in moto e campi elettromagnetici.
La corrente elettrica
Nella materia gli elettroni si dispongono attorno all’atomo su sette orbite ellittiche diverse
(livelli energetici), ciascuna caratterizzata da un preciso numero massimo di elettroni: se
sono presenti tutti gli elettroni in un’orbita questa si dice completa.
orbita n°1 max 2 elettroni
orbita n°2 max 8 elettroni
orbita n°3 max 18 elettroni
orbita n°4 max 32 elettroni
orbita n°5 max 18 elettroni
orbita n°6 max 9 elettroni
orbita n°7 max 2 elettroni
Gli elettroni tendono a occupare sempre il livello energetico libero più basso (più vicino al
nucleo) fno a saturarlo e solo allora si dispongono in livelli energetici più esterni.
9
UdA 1
Dall’energia al computer
Quando un atomo assorbe energia un elettrone passa da un livello più interno a uno più
esterno, compiendo il cosiddetto salto quantico (o transizione elettronica) e l’atomo si
viene a trovare in una situazione di instabilità (stato eccitato): quando l’elettrone ritorna al
livello energetico di partenza, viene restituita esattamente la medesima quantità di energia
assorbita e l’atomo riacquista il suo stato originario.
Se un atomo ha l’ultima orbita non completa tenderà:
◗◗ a perdere gli elettroni dell’ultima orbita non completa se essi sono pochi;
◗◗ a completare l’orbita catturando elettroni di altri atomi, ma se questi elettroni continuano a mantenere il legame con il loro nucleo originario si forma una molecola, cioè un
insieme di atomi legati tra di loro dagli elettroni messi in comune.
I materiali che hanno pochi elettroni in una orbita che dovrebbe essere “affollata” hanno la
tendenza a perdere questi elettroni (che sono detti elettroni di conduzione): in questi casi
gli elettroni “liberi” gireranno disordinatamente tra gli atomi passando da atomo ad atomo
sulle rispettive orbite esterne.
A seconda della caratteristica dei materiali di permettere il movimento di cariche elettriche possiamo distinguerli in prima approssimazione in due categorie:
◗◗ conduttori;
◗◗ isolanti.
CONDUTTORI
Chiameremo conduttori i materiali che hanno questa caratteristica, cioè che hanno la
tendenza a perdere elettroni, e che dunque favoriscono il movimento degli elettroni
stessi.
I conduttori sono essenzialmente i metalli, hanno cariche negative abbastanza libere di
muoversi dato che, come si è detto, le orbite elettroniche più esterne non sono completamente riempite e gli elettroni di conduzione possono migrare di orbita in orbita e anche
uscire dal conduttore se questo è collegato con un altro conduttore o se viene fornita suffciente energia: ad esempio, se viene fornito calore (energia termica) in quantità suffciente
da liberarli dalla forza di attrazione che li lega al nucleo (energia di estrazione) aumenta il
numero di elettroni liberi che si muovono nel materiale.
Negli isolanti (o dielettrici) le orbite elettroniche più esterne sono o completamente riempite o quasi completamente riempite, le migrazioni di elettroni sono praticamente proibite
e l’energia di estrazione è più alta.
Sono conduttori tutti i metalli (rame, ferro, argento, piombo, zinco) mentre sono isolanti le
materie plastiche, il legno, il vetro, l’aria, la carta.
Inoltre tra i solidi conduttori di elettricità possiamo effettuare una ulteriore classifcazione in metalli e semiconduttori, elementi di base per la realizzazione dei dispositivi elettronici (ad esempio il silicio).
10
AREA
digitale
Conduttori, semiconduttori
e superconduttori
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
ESEMPIO
Lezione 1
isolamento
interno
Un esempio di come “convivono” conduttori e isolanti è il flo che alimenta tutte le
nostre apparecchiature che necessitano
di alimentazione elettrica per funzionare:
questo è composto da una doppia guaina di
materiale isolante, una interna che avvolge
ciascuno dei due conduttori di rame, e una
esterna che “raggruppa i due fli”.
isolamento esterno
fili che portano corrente
In un conduttore, in assenza di campo elettrico esterno, gli elettroni liberi si muovono in
modo casuale, proprio come le molecole
ur di un gas all’interno di un recipiente: se invece
lo sottoponiamo a un campo elettrico E si
Il flusso di questi elettroni prende il nome
crea un movimento di elettroni che tendodi corrente elettrica, viene indicata con la
no ad andare nel punto in cui il potenziale
lettera I e nel Sistema Internazionale ha coè più alto, cioè dove è presente un eccesso
me unità di misura l’◀ ampere ▶ (A).
di cariche positive.
◀ André-Marie Ampère fu tra i più importanti fisici francesi (Lione 1775 - Marsiglia 1836) e dedicò
parte della sua vita alle ricerche su elettricità e magnetismo. In suo onore è stata denominata l’unità
di misura della corrente elettrica. ▶
CORRENTE ELETTRICA
Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche.
Si definisce intensità della corrente elettrica I il rapporto tra la quantità di carica ΔQ che
passa attraverso una sezione del conduttore e l’intervallo di tempo Δt in cui avviene il passaggio:
I=
ΔQ
Δt
Quindi 1 ampere è defnito come l’intensità di una corrente che trasporta, attraverso la
sezione del conduttore, la carica di 1 coulomb in 1 secondo:
1A=
1C
1s
L’intensità della corrente elettrica può cambiare istante per istante oppure rimanere costante nel tempo:
◗◗quando è unidirezionale e la sua intensità rimane costante nel tempo si dice che la corrente è continua;
◗◗se l’intensità e il verso variano periodicamente nel
tempo, la corrente si dice alternata: un suo parametro
tipico è la frequenza, misurata in Hertz, che indica il
numero di cicli completi che effettua in un secondo.
i(t)
continua
t
alternata
11
UdA 1
Dall’energia al computer
Zoom su...
CORRENTE DOMESTICA
Per avere una corrente elettrica è quindi necessario avere una
differenza di potenziale: tutti i dispositivi domestici che funzionano a energia elettrica “ricevono la corrente” mediante le
prese a muro dove il nostro fornitore di energia elettrica (come ad esempio l’Enel) provvede a mantenere una differenza
di potenziale di 220 volt alternati con frequenza di 50 hertz.
L’intensità della corrente che “attraversa” i nostri elettrodomestici è invece variabile e dipende
da un insieme di caratteristiche del dispositivo che verranno analizzate in una prossima lezione.
Il fornitore di energia elettrica si impegna a mantenere costante la d.d.p. ai capi delle prese:
l’energia elettrica, come vedremo, non è presente in natura e quindi è una fonte di energia secondaria che deve essere ricavata mediante la trasformazione di una fonte di energia primaria,
quali il Sole, il petrolio, il vento ecc.
Convenzione sul moto della corrente
La corrente elettrica è fsicamente un fusso ordinato di elettroni che attraversano un flo
metallico (o un altro materiale conduttore) per un tempo prolungato: in pratica consiste
in un moto di cariche negative che si muovono dal punto di potenziale più basso (indica
to con –) al punto di potenziale più alto (indicato con +) per cercare di equilibrare i due
potenziali portandoli allo stesso valore, cioè in equilibrio.
Nei circuiti elettrici il movimento della corrente viene indicato con una freccia e convenzionalmente si indica col segno positivo la corrente che si “muove dal morsetto + al morsetto
–”, intendendo con questa notazione la corrente come un fusso di cariche positive che passano dal potenziale più alto al potenziale più basso, come si può vedere nelle fgure seguenti:
moto convenzionale
della corrente
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
flusso ordinato di cariche positive
moto reale
della corrente
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
flusso ordinato di cariche negative
In questo caso si parla proprio di moto convenzionale della corrente o più semplicemente
di corrente convenzionale.
Osserviamo come, sia che si studi un circuito elettrico considerando il moto reale della
corrente, sia che lo si analizzi considerando il moto convenzionale delle cariche, i risultati
ottenuti sono gli stessi.
12
Elettroni, elettricità ed energia elettrica
Lezione 1
ESEMPIO
Lo verifchiamo con un esempio numerico: si supponga che il punto A sia a potenziale
10 V e il punto B a potenziale 2 V, così da avere una differenza di potenziale ΔV = 8 V tra
di essi; il polo A è a potenziale maggiore del polo B e quindi sarà il polo positivo mentre il
polo B sarà il polo negativo.
Caso 1: moto cariche positive (convenzionale)
Convenzionalmente il moto è delle cariche positive che vanno dai punti a potenziale maggiore a quelli a potenziale minore: si supponga che una quantità Q1 di cariche positive
“arrivi al punto B” e faccia aumentare il potenziale in quel punto di 2 V.
Q1
10 V
2V
+
A
B
Ora il potenziale VA del punto A è diminuito di 2 V e vale VA = 8 V, mentre il potenziale VB
del punto B vale VB= 4 V; la differenza di potenziale ΔV adesso è:
4V
8V
A
B
ΔV = VA – VB = 4 V
Caso 2: moto cariche negative (reale)
Fisicamente il moto è delle cariche negative che vanno dai punti a potenziale minore a
quelli a potenziale maggiore: si supponga ora che una quantità Q1 di cariche negative “arrivi al punto A” e faccia diminuire il potenziale in quel punto di 2 V.
Q1
10 V
A
–
2V
B
Ora il potenziale VA del punto A è diminuito di 2 V e vale VA = 8 V, mentre il potenziale VB
del punto B è aumentato e vale VB = 4 V; la differenza di potenziale ΔV adesso è:
8V
A
4V
B
ΔV = VA – VB = 4 V
Il risultato, naturalmente, è lo stesso.
Per questo
fatto il verso
di una corrente
elettrica
può esseredella
indifferentemente
riferito
Per consuetudine
si considera
come “verso
convenzionale”
corrente elettrica
il versosia
dial
movimento
di elettricità
negativa
siarispetto
al movimento
in senso
opposto
di elettricità
scorrimento
delle cariche
positive
alle cariche
negative:
tale verso
è dunquepositiva.
opposto
a quello secondo cui realmente avviene il movimento degli elettroni lungo il circuito.
In un circuito elettrico si dirà quindi convenzionalmente:
◗◗ che la corrente esce dal polo positivo del generatore e rientra dal polo negativo;
◗◗ che la d.d.p. che esiste tra i poli di un generatore agisce dal polo positivo al polo negativo,
ovvero il polo positivo è a potenziale maggiore rispetto a quello negativo.
13
UdA 1
Dall’energia al computer
Verifichiamo le conoscenze
1. Risposta multipla
1 Un atomo è elettricamente:
a. neutro
b. dipendente dal numero degli elettroni
c. dipendente dal numero dei protoni
d. dipendente dal materiale
4 La differenza di potenziale elettrico :
a. viene indicata con ddp oppure ΔV
b. è sempre maggiore di 0
c. è riferita al potenziale della terra
d. si misura il volt
2 In merito alle cariche, quali tra le seguenti
affermazioni sono vere?
a. alla carica positiva viene associato il simbolo +
b. la carica positiva ruota attorno al nucleo
c. alla carica positiva viene associato il colore di
riferimento rosso
d. in un atomo la somma algebrica delle cariche è
uguale a 0
5 Quali tra le seguenti orbite degli elettroni
riportano un numero massimo di elettroni errato?
a. 1° orbita: 2 elettroni
b. 3° orbita: 18 elettroni
c. 5° orbita: 18 elettroni
d. 6° orbita: 8 elettroni
e. 7° orbita: 2 elettroni
3 L’unità di misura della carica elettrica è:
a. il watt
b. il coulomb
c. il joule
d. il newton
6 Quale tra i seguenti elementi è un conduttore?
a. rame
b. vetro
c. l’aria
d. argento
e. carta
f. piombo
AREA digitale
2. Vero/falso
14
1 Gli elettroni sono particelle subatomiche con carica negativa.
2 I protoni e gli elettroni sono cariche che ruotano attorno al nucleo.
3 Tra cariche di segno diverso esiste una forza di repulsione.
4 Se in un dispositivo esiste una localizzazione di cariche opposte in punti distanti tra loro questi punti
vengono detti poli.
5 Un elettrone ha una carica di circa e = −1,6022 × 10–19 C.
6 La differenza di potenziale esprime la capacità di un campo elettrico di compiere lavoro.
7 Dove il potenziale elettrico è più elevato si associa un valore positivo.
8 In tutti gli oggetti è possibile effettuare l’elettrizzazione per strofinio.
9 Gli elettroni tendono a occupare sempre il livello energetico libero più basso.
10 Con salto quantico si intende il passaggio di un elettrone da un livello più interno a uno più esterno.
11 La corrente elettrica è un flusso di cariche positive che passano dal potenziale più alto al potenziale
più basso.
VF
VF
VF
VF
VF
VF
VF
VF
VF
VF
VF