Tesina di scienze
L’Elettricità
Le forze elettriche
In natura esistono due forme di elettricità: quella negativa e quella
positiva.
Queste due energie si attraggono fra loro, mentre gli stessi tipi di
energie si respingono.
Ci sono due modi per elettrizzare un oggetto: per strofinio o
induzione. L’elettrizzazione per strofinio avviene quando un oggetto
composto da una sostanza che ha delle determinate capacità
elettriche viene strofinato contro un altro e le cariche negative
passano da un corpo all’altro e inseguito se si avvicina l’oggetto
carico negativamente ad un oggetto leggero il primo attira a sé il
secondo. Non tutti gli oggetti però hanno questa capacità, ad
esempio i metalli al contrario della plastica non possono attirare
nessun oggetto.
L’elettrizzazione per induzione avviene quando un oggetto
elettricamente neutro si trova all’interno di un campo elettrico le
cariche all’interno si ridistribuiscono in base all’oggetto che avvicini.
Se avvicini un oggetto carico negativamente, le cariche negative
interne al campo elettrico vengono respinte mentre quelle positive
vengono attratte e i due oggetti si attirano. Se invece avvicini un
oggetto carico positivamente avviene il contrario: le cariche positive
vengono respinte mentre le cariche negative vengono attratte.
Il campo elettrico è dovuto a un oggetto elettrizzato che attorno a
sé crea una forza elettrica pronta ad agire su altri oggetti.
L’Origine dell’Elettricità
Nel Novecento alcuni fisici scoprirono che gli atomi, le particelle
che compongono la materia, sono formati da particelle ancora più
piccole.
In particolare vicino al nucleo degli atomi ci sono gli elettroni, che
determinano il comportamento chimico degli elementi e trasportano
l’elettricità.
Gli elettroni sono l’elettricità negativa mentre i protoni sono
l’elettricità positiva. Solo gli elettroni sono in grado di muoversi e
trasportare elettricità mentre i protoni non hanno libertà di
movimento.
Gli elettroni però non si muovono con facilità in tutti gli oggetti.
Per questo gli oggetti vengono classificati in due categorie: isolanti
e conduttori.
Negli isolanti le cariche elettriche si muovono con difficoltà alcuni
esempi sono: la plastica il vetro, il legno, la ceramica e la gomma.
Nei conduttori le cariche elettriche si spostano con facilità come i
metalli, la Terra e il nostro corpo.
La corrente elettrica ed i circuiti
I fenomeni elettrici dovuti all’induzione o allo strofinio sono
fenomeni elettrostatici cioè derivano da un accumulo di cariche
elettriche ferme.
Nella vita di tutti i giorni però usiamo cariche
elettriche in movimento: la corrente elettrica.
La corrente elettrica si ha quando un conduttore è percorso da un
flusso di elettroni.
Per avere un flusso di elettroni ci deve essere una differenza di
potenziale elettrico, detta anche tensione elettrica. Il potenziale
elettrico dipende da quante carice elettriche sono accumulate in un
oggetto.
Quando c’è la tensione elettrica gli elettroni all’interno di un
conduttore si spostano per cercare di annullare questa differenza e
si ha la corrente elettrica.
Per mantenere la corrente si ha bisogno di un generatore di
tensione che mantenga la differenza di potenziale elettrico tra le
due estremità di un conduttore.
Il primo generatore di tensione è stato costruito da Alessandro
Volta nell’Ottocento.
Volta costruì una pila alternando dischetti di due diversi metalli,
rame e zinco, separati da un panno imbevuto di una soluzione di
acido solforico.
Grazie alle reazioni chimiche che avvengono sulle superfici di
contatto con la soluzione, i due metalli tendono a caricarsi uno
negativamente (lo zinco) e l’altro positivamente (il rame). Tra ogni
coppia di dischetti si forma così una piccola differenza di
potenziale.
I contributi delle diverse coppie di dischi si sommano e danno
origine a una tensione più consistente alle due estremità della pila,
che vengono chiamate elettrodi.
Quando si dispone di un generatore di tensione si può creare un
circuito elettrico.
Se si collegano con un filo conduttore i due elettrodi del
generatore, il filo viene attraversato da una corrente di elettroni
che si muovono dall’elettrodo negativo all’elettrodo positivo.
Questa corrente elettrica può essere sfruttata inserendo lungo il
filo un utilizzatore, ad esempio una lampadina, o un amperometro
uno
strumento
che
misura
l’intensità
della
corrente.
Nei circuiti di solito è presente anche un interruttore che permette
di interrompere il flusso della corrente o di ripristinarlo.
La resistenza elettrica e leggi di Ohm
Ogni conduttore al passaggio della corrente elettrica oppone una
certa resistenza. La resistenza è dovuto all’attrito tra gli elettroni
e gli atomi del reticolo del conduttore.
La resistenza dei conduttori, come tutti gli attriti, libera calore
facendo aumentare l’agitazione termica degli atomi.
Questo fenomeno viene chiamato effetto Joule e grazie ad esso il
filamento metallico delle lampadine elettriche diventa velocemente
incandescente al passaggio della corrente elettrica ed emette la
luce. Una lampadina inserita in un circuito emette più luce se
l’intensità della corrente che attraversa il suo filamento aumenta.
Quindi eseguendo alcuni esperimenti si è scoperto che: l’intensità
della corrente cresce al crescere della tensione elettrica, la
resistenza dei conduttori aumenta con la loro lunghezza, un filo
conduttore a parità di lunghezza ha resistenza minore e che non
tutti i conduttori hanno la stessa resistenza.
Questi concetti si riassumono nelle leggi di Ohm scoperte
nell’Ottocento dal fisico tedesco Ohm.
La prima legge di Ohm afferma che l’intensità di corrente in un
conduttore è direttamente proporzionale alla tensione elettrica
applicata ai due capi del conduttore e inversamente proporzionale
alla resistenza del conduttore.
Quindi se la resistenza è R, l’intensità di corrente è i e la tensione
elettrica è V avremo la prima legge di Ohm che dice:
i = V : R
Automaticamente avremo anche la formula inversa per trovare la
tensione elettrica:
V = R x i
La formula inversa per trovare la resistenza:
R = V : i
