Progetto Lauree Scientifiche La corrente elettrica 1 Conoscenze di base • • • • • Forza elettromotrice Corrente Elettrica Resistenza e resistività Legge di Ohm Circuiti 2 Una spira di rame in equilibrio elettrostatico In un circuito semplice come questo chiudendo l’interruttore,fluisce della corrente elettrica, cioè gli elettroni di conduzione passano dal morsetto negativo a quello positivo, e noi ce ne possiamo accorgere perchè a interruttore chiuso si accende la lampada La batteria mantiene una differenza di potenziale tra gli estremi del filo. C’è un campo elettrico che mantiene gli elettroni in moto.Dopo un breve tratto di tempo, il flusso di elettroni raggiunge una condizione stazionaria: si è instaurata una corrente i. 3 La corrente elettrica è il fluire di cariche elettriche in un filo conduttore. Rappresenta il numero di cariche elettriche che fluiscono attraverso una sezione nell’unità di tempo. dq i= dt Unità di misura è l’ ampere [A] 1C 1A = 1s La direzione della corrente è positiva nella direzione del fluire delle cariche positive, per un convenzione che risale al diciannovesimo secolo Quando la batteria è collegata le reazioni chimiche al suo interno provocano un movimento di cariche positive dal polo 4– al polo + In un secondo 15 Coulomb di carica attraversano il piano. Una corrente di 15 ampere (15A) attraversa il piano non è un filo piano immaginario A.M. Ampere(1775-1836) 5 CORRENTE ELETTRICA dq i= dt Definizione di corrente elettrica Se la corrente i non è funzione del tempo,si dice che è una corrente stazionaria. i=q/t La quantità di carica che attraversa i piani aa’,bb’ e cc’ nell’unità di tempo è sempre la stessa Se la corrente i è stazionaria, ha lo stesso valore nei piani aa’ bb’ cc’ La carica elettrica si conserva 6 cariche negative che si muovono verso sinistra sono equivalenti a cariche positive che si muovono verso destra CORRENTE CONVENZIONALE è la direzione immaginaria nella quale fluiscono portatori di carica positiva immaginari in un filo conduttore le uniche particelle che si muovono sono gli elettroni 7 ρ è una caratteristica microscopica del materiale 8 Calcolo della resistenza nota la resistività Una d.d.p V viene applicata ai capi di un filo conduttore di lunghezza L e sezione A V E= ; L V R= i V A A ρ= × =R i L L resistenza ohmica L R=ρ A Conduttori omogenei isotropi V,i,R quantità macroscopiche 9 Abbiamo trovato la legge di Ohm La corrente che scorre in un conduttore è sempre proporzionale alla differenza di potenziale ΔV applicata al conduttore stesso V R= i iR = V 10 resistenza e legge di Ohm [ V] [Ω] = [A] V R= i La resistenza si misura in ohm o si usa il simbolo Ω A ρ=R L La resistività si misura in Ωm L R=ρ A la resistenza dipende dalla struttura microscopica del conduttore e dalla sua geometria 11 Quando si applica la stessa d.d.p a bacchette di sostanze diverse, la corrente che si rileva è diversa La caratteristica del conduttore che entra Un conduttore la cui funzione in in gioco è la resistenza. un circuito è quella di fornire una resistenza è detto resistore simbolo Resistenza Resistività 1V V R = 1Ω = 1A i Se in un punto del materiale conduttore si ha un campo elettrico E ed una densità di corrente J si definisce resistività del materiale in quel punto Unità di misura ohm (Ω) E ρ= J Ω.m La resistenza è una proprietà di un determinato corpo La resistività è una proprietà di una determinata sostanza 12 foto di resistenze che si usano normalmente in circuiti elettrici 13 I circuiti elettrici calcolo della corrente le maglie i nodi 14 Definizione di NODI E MAGLIE • Un NODO è il punto di incontro di almeno tre conduttori • Una MAGLIA è una poligonale chiusa i cui vertici sono nodi e i cui lati, detti rami, sono dei conduttori che possono collegare elementi circuitali 15 Circuito elementare, maglia singola Per mantenere un flusso di cariche attraverso una resistenza occorre un generatore di forza elettromotrice (f.e.m) batterie, generatore di corrente elettrica, cella fotovoltaica (solare), termopila Definizione di forza elettromotrice che si misura in Volt E fem dL = dq Un generatore ideale non oppone resistenza interna al fluire della corrente Un generatore reale oppone una resistenza interna 16 al fluire della corrente Legge delle maglie la somma algebrica delle differenze di potenziale in un giro completo di un circuito chiuso è nulla ∑ femi + ∑ Vi = 0 La seconda legge di Kirchoff rappresenta il principio di conservazione dell’energia 17 seconda legge di Kirchoff Calcolo della corrente nel circuito elementare l’energia di una carica data q che circola nel circuito si deve conservare e quindi l’energia persa nel resistore R deve essere uguale all’energia acquistata nel generatore dW = E f .e.m dq = E f .e.midt = i 2 Rdt E f .e.m = iR i= E f .e . m R Se si misurano le tensioni lungo il circuito, partendo dal punto a si trova Va + E f .e.m. − iR = Va E f .e.m. − iR = 0 18 seconda legge di Kirchoff Circuito a maglia singola con batteria reale, con resistenza interna r ed Ef.e.m E f .e.m − ir − iR = 0 Due tipi di circuiti a maglia singola 19 i nodi non è un nodo! 20 Le correnti sono quantità scalari, non vettori. Le frecce sulle correnti indicano il verso della corrente Il verso della corrente è quello nel quale si muoverebbero le cariche positive 0 1 2 Il punto a è un nodo. i =i +i La corrente i0 si suddivide in due rami pio m ese Quali sono intensità e direzione della corrente in questo ramo? 21 in un nodo tanta corrente entra quanta ne esce i0 = i1 + i2 in un nodo la somma delle correnti è sempre nulla ∑i k =0 Legge dei nodi la somma algebrica delle correnti afferenti ad un nodo circuito chiuso è nulla. Questa rappresenta il principio di conservazione della carica prima legge di Kirchoff 22 I circuiti elettrici collegamenti di resistenze 23 Resistenze in serie E f .e.m − iR1 − iR2 − iR3 = 0 Req = R1 + R2 + R2 , i= E f .e . m R1 + R2 + R3 E f .e.m − iReq = 0, i= E f .e . m Req n n resistenze in serie Req = ∑ Ri i 24 Resistenze in parallelo i1 = V , R1 i2 = V , R2 i3 = V R3 ⎛1 1 1 ⎞ + ⎟⎟ i = i1 + i2 + i3 = V ⎜⎜ + ⎝ R1 R2 R3 ⎠ 1 1 1 1 = + + Req R1 R2 R3 V i = Req n resistenze in parallelo n 1 1 =∑ Req 1 Ri 25