La corrente elettrica
Prof. Roberto Capone
Liceo Classico “F. De Sanctis “
Lacedonia (AV)
Intensità della corrente elettrica
Che cosa succede dentro questa
lampadina accesa?
Nel filamento di tungsteno di una
lampadina accesa un gran numero di
elettroni si sposta in modo ordinato.
Si dice allora che circola corrente
elettrica.
Si chiama corrente elettrica un moto
ordinato di cariche elettriche
Quali sono le condizioni affinché la
corrente elettrica attraversi
un
materiale?
Analogia tra fluidi e corrente elettrica
Per capirlo consideriamo un sistema di vasi comunicanti
Per fare scorrere l’acqua in una
conduttura occorre che il liquido si trovi
a livelli diversi in modo che un volumetto
d’acqua posto ai due livelli abbia una
differenza di energia potenziale.
Per far muovere le cariche è necessaria
una differenza di potenziale elettrico: le
cariche positive seguono la «discesa di
potenziale» mentre quelle negative la
risalgono.
Intensità di corrente
Se consideriamo una sezione
trasversale del filo,
aspettiamo un tempo ΔT. Il
rapporto tra la carica passata
e il tempo trascorso si
chiama intensità di corrente
elettrica.
Q
i
t
Intensità di corrente elettrica (A)
Carica elettrica
(C)
Intervallo di tempo
(s)
Nel sistema internazionale
la sua unità di misura è
l’Ampere
Il verso della corrente
Anche se la corrente elettrica è una grandezza scalare,
convenzionalmente le si attribuisce un verso che è quello
che vede le cariche positive muoversi verso il polo negativo
Questa convenzione si applica anche ai conduttori metallici nei quali la
corrente è dovuta soltanto al movimento degli elettroni
Dal punto di vista matematica la corrente di cariche positive è
equivalente alla corrente di cariche negative dunque per i conduttori
metallici si può ragionare in termini di cariche positive ipotetiche che
si muovono nel verso della corrente convenzionale
I generatori di tensione e i circuiti elettrici
Quando il liquido si trova allo
stesso livello, la corrente non
fluisce più
Per mantenere la corrente
del liquido occorre ricreare il
dislivello con una pompa
La pompa toglie l’acqua dove il livello è basso e la trasporta dove il
livello è alto, ricreando così il dislivello che causa la corrente di
liquido
In modo simile, la differenza di potenziale genera una corrente elettrica
I generatori di tensione e i
circuiti elettrici
Questa corrente, man mano che fluisce. tende ad
annullare la differenza di potenziale. Per mantenere la
corrente, occorre ricreare il dislivello di potenziale con
una pila o con un altro generatore di tensione.
Si chiama generatore ideale di tensione continua un
dispositivo capace di mantenere ai suoi capi una
differenza di potenziale costante, per un tempo
indeterminato e qualunque sia la corrente da cui è
attraversato
I generatori di tensione e i
circuiti elettrici
Un generatore di tensione continua,
come la pila, ha la stessa funzione della
pompa: preleva le cariche positive
(convenzionali) dove il potenziale è
basso (—) e le trasporta dove il
potenziale è allo (+). Poi. quando si
trovano a potenziale più alto, le cariche
scendono naturalmente lungo il
dislivello elettrico, creando una
corrente.
Il generatore ideale di tensione è (come il punto materiale o il gas
perfetto) un modello semplificato del comportamento dei dispositivi
reali, utile per analizzare in prima approssimazione il comportamento
dei sistemi fisici.
I circuiti
Colleghiamo i capi di una lampadina ai poli di una pila con due fili di
rame: vediamo che la lampadina si illumina. Ciò che abbiamo
realizzato è un circuito elettrico.
• Se la catena dei conduttori non è interrotta, il circuito si dice chiuso e in
esso fluisce una corrente elettrica.
Se è interrotta, il circuito si dice aperto e in esso non c’è corrente.
Il circuito è formato da una
pila e da tre conduttori:
una lampadina e due fili di
rame
I Simboli di un circuito
Collegamento in serie
Più conduttori sono collegati in serie se sono posti in successione tra loro.
In essi passa la stessa corrente elettrica.
Di solito sono poste in serie le lampadine dell’albero di Natale. Quando
una lampadina brucia, il circuito si apre, la corrente smette di circolare
e tutte le da uno altre si spengono.
Collegamento in parallelo
Più conduttori sono collegati in parallelo se hanno le prime estremità
connesse tra loro e anche i secondi estremi connessi tra loro. Essi sono
sottoposti alla stessa differenza di potenziale.
Nell’esempio, la differenza di potenziale ai capi di ciascuna lampadina è
quella fornita dalla pila e quindi è la stessa.
Perché gli elettrodomestici sono in
parallelo?
Leggi di Ohm
Come varia la corrente elettrica che circola in un
conduttore quando cambiamo la differenza di
potenziale ai suoi capi?
Per capirlo prendiamo un circuito elettrico che ci consenta
di misurare entrambe le grandezze.
Colleghiamo un amperometro in serie con il conduttore e
un voltmetro in parallelo con il conduttore.
Chiudiamo l’interruttore e riportiamo i valori misurati dai
due strumenti in un diagramma corrente/tensione
La legge dei nodi
Per la conservazione della carica elettrica, la somma
delle intensità di corrente che entrano in un nodo è sempre uguale
alla somma di quelle che escono.
Come si misura la corrente che attraversa un
conduttore?
Come si misura la differenza di potenziale ai capi
di un conduttore?
I conduttori ohmici
Ripetiamo la misurazione utilizzando valori diversi della
tensione e della corrente e riportiamo sul grafico i punti cosi
ottenuti.
Quella che troviamo è chiamata curva caratteristica del
conduttore
In generale la natura di questa curva dipende dal conduttore ma
vi sono particolari conduttori per cui la curva è una retta
passante per l’origine degli assi: i conduttori ohmici
La prima legge di Ohm (2)
La I legge di Ohm
Nei conduttori ohmici l’intensità
di corrente è direttamente
proporzionale alla differenza
di potenziale applicata ai capi
del conduttore stesso
Intensità di corrente
Elettrica (A)
Si
chiama
resistore
un
componente elettrico che
segue la prima legge di Ohm.
1V
1
1A
Differenza di potenziale(V)
V
i
R
Resistenza elettrica (V/A)
Req R1 R2 ..... Rn
Consideriamo un
circuito con due
resistenze disposte in
serie. Esso è
attraversato da una
sola corrente elettrica
Resistori in serie
La corrente che attraversa il circuito è
la stessa che si avrebbe se in serie al
generatore ci fosse un’unica resistenza
equivalente di valore pari alla somma
delle resistenze presenti nel circuito
Req R1 R2 ..... Rn
Per la prima legge di Ohm applicata ai capi dei
resistori abbiamo
Dimostrazione
∆V1 = R1i
e
∆V2 = R2i.
Poiché
∆V=∆V1+∆V2, si ha
∆ V = R1i + R2i = (R1 + R2)i
Che dimostra la legge nel caso di due resistenze
La legge per le resistenze in serie mostra che ogni resistore
aggiunto in serie aumenta la resistenza totale del circuito; ciò è
dovuto al fatto che ogni resistore in più aggiunge un nuovo
ostacolo al fluire della corrente.
1 1 1
1
...
Resistenze in parallelo
Req R1 R2
Rn
Quando i resistori sono collegati in
parallelo la differenza di potenziale
rimane la stessa. In questo caso la
resistenza equivalente è data dalla
seguente formula
Chi riscalda l’aria del phon?
La potenza dissipata
Si chiama potenza dissipata
dal resistore la rapidità
con cui l’energia elettrica
è trasformata in calore.
Il kilowattora
1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 106 J
La soluzione elettrolitica
La corrente elettrica nei liquidi
La cella a combustibile
Di che cosa sono fatti i fulmini?
I fulmini si generano
quando tra le nuvole
e la terra si stabiliscono
tensioni di molti milioni
di volt. Sono correnti
elettriche (chiamate
correnti di scarica)
che attraversano l’aria.
La scarica elettrica
Nelle correnti di scarica si ha
la ionizzazione degli atomi contro
cui urtano gli elettroni: gli atomi
perdono un elettrone e diventano
ioni positivi. Queste cariche,
appena formate, sono accelerate
dal campo elettrico e urtano
altri atomi, ionizzandoli a loro
volta.
La corrente elettrica di scarica è dovuta sia a cariche negative,
sia a cariche positive.
Il tubo al neon (1)
Un tubo al neon contiene un gas a bassa pressione,
che emette luce quando è attraversato da una corrente
elettrica.
Il tubo al neon (2)
Il colore della luce dipende dalle caratteristiche dell’atomo
di cui è fatto il gas. Per esempio, il gas neon emette luce rossa,
mentre l’argon emette luce violetta.
