Progetto Ricordi Secondo Biennio

Modulo
2
Progetto Ricordi Secondo Biennio - Corso di Impianti Tecnici
UD 1 Lez. 1 Impianti elettrici
pag. 1
Contenuto della lezione
1.
La corrente elettrica...................................................................................................................... 2
1.1.
Definizione di corrente elettrica............................................................................................. 2
1.2.
Materiali conduttori e isolanti ................................................................................................ 2
1.3.
Tensione elettrica ................................................................................................................. 2
1.4.
Resistenza elettrica e legge di Ohm ..................................................................................... 3
2. Effetto Joule, energia e potenza elettrica...................................................................................... 4
Modulo
1.
1.1.
2
Progetto Ricordi Secondo Biennio - Corso di Impianti Tecnici
UD 1 Lez. 1 Impianti elettrici
pag. 2
La corrente elettrica
Definizione di corrente elettrica
La corrente elettrica è dovuta al moto ordinato di cariche elettriche negative, ovvero, nei materiali
metallici, agli elettroni.
L'intensità di corrente elettrica, indicata usualmente col simbolo I, è assunta come grandezza
fondamentale nel sistema internazionale SI. La sua unità di misura è l'ampere, simbolo A.
1.2.
Materiali conduttori e isolanti
Un conduttore è una materiale in cui una carica può scorrere facilmente. I metalli, oro, argento e rame
in particolare, sono buoni conduttori perché i loro atomi hanno elettroni liberi di muoversi.
Un isolante è un materiale in cui una carica elettrica non scorre facilmente. La plastica e la gomma
sono buoni isolanti perché gli elettroni nei loro atomi hanno poca libertà, perciò non si trasferiscono
con facilità da un atomo all'altro. Alcuni di questi materiali sono impiegati per isolare i fili conduttori o le
macchine elettriche.
1.3.
Tensione elettrica
Affinché vi sia corrente elettrica in un materiale conduttore è necessario che vi sia “tensione elettrica”,
ovvero la tensione è quella forza (detta anche forza elettromotrice) che “costringe” gli elettroni a
muoversi in un senso.
Ad esempio, facendo riferimento alla figura sottostante, le batterie forniscono tensione elettrica alla
lampadina tramite cavi in materiale conduttore (rame) producendo una corrente elettrica che fa
accendere la lampadina.
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura della tensione elettrica è il volt, simbolo V.
Le batterie dispongono di due poli: il polo positivo e il polo negativo. Quando si crea un circuito
elettrico, ad esempio come quello sopra, gli elettroni fluiscono dal polo negativo a quello positivo e la
batteria si scarica in quanto al polo negativo vi sono sempre meno elettroni.
Lo schema elettrico del circuito di figura è il seguente.
Modulo
Progetto Ricordi Secondo Biennio - Corso di Impianti Tecnici
UD 1 Lez. 1 Impianti elettrici
2
pag. 3
I
+
V
-
Batteria
Lampadina
NOTA: Come si può notare la corrente indicata nel circuito di figura fluisce dal + al -. Tale è il verso
convenzionale della corrente elettrica ed è dovuto a ragioni storiche; si pensava infatti che la corrente
elettrica fosse dovuta alle cariche elettriche positive. Il verso reale della corrente elettrica è in realtà
l’opposto.
1.4.
Resistenza elettrica e legge di Ohm
La proprietà di farsi attraversare dalla corrente elettrica, oltre che dal materiale, dipende anche dalle
dimensioni e dalla lunghezza del cavo. Quindi anche le dimensioni tendono a frenare il flusso di
elettroni. Ad esempio due cavi elettrici della stessa sezione ma di lunghezza differente presentano un
diverso ostacolo al flusso di elettroni; ovviamente il cavo più lungo risulta ostacolarli maggiormente.
Allo stesso modo, presi due cavi di stessa lunghezza ma di sezione diversa, quello di sezione minore
presenterà maggior resistenza al flusso di elettroni.
Questa proprietà viene indicata col nome di “resistenza elettrica” e la sua unità di misura nel S.I. è
l’ohm, simbolo Ω.
Corrente elettrica, tensione e resistenza sono legate fra loro dalla legge di Ohm:
V  R I
ovvero resistenza e corrente sono inversamente proporzionali.
Ad esempio l’amperometro del circuito di figura indicherà una corrente di 2,4 A in quanto:
V 12V
I 
 2,4A
R 5
Modulo
2
Progetto Ricordi Secondo Biennio - Corso di Impianti Tecnici
UD 1 Lez. 1 Impianti elettrici
pag. 4
Nota: L’amperometro è lo strumento che misura la corrente elettrica mentre il voltmetro è lo strumento
che misura la tensione elettrica.
Per esercitarsi con la legge di Ohm è possibile utilizzare la seguente applicazione che necessita
l’installazione di Java.
http://www.walter-fendt.de/ph14i/ohmslaw_i.htm
2.
Effetto Joule, energia e potenza elettrica
Quando una corrente elettrica attraversa un conduttore produce un riscaldamento dello stesso.
Ad esempio la figura sopra mostra un resistore immerso in un liquido. Conseguentemente alla
chiusura del circuito si nota che la temperatura dell’acqua nel recipiente aumenta.
http://ww2.unime.it/weblab/ita/kim/joule/heat_ita.htm
Questo esperimento mostra come l’Energia elettrica, legata al moto di elettroni, possa essere
trasformata in energia termica (calore). Questo è noto come “effetto Joule”.
Si dimostra che l’energia elettrica è pari al prodotto:
E  V I t
dove t è il tempo. L’unità di misura è ovviamente il joule se il tempo è misurato in secondi.
Ad esempio l’energia elettrica trasformata in calore nell’esperimento virtuale mostrato sopra è pari a:
E  V  I  t  10  10  22  2200 J
Essendo la potenza elettrica pari a E/t (energia su tempo) la potenza elettrica risulta essere pari a:
P  V  I  R  I2