La corrente elettrica

L’elettricità
L’elettricità
Nell’atomo i protoni hanno
una carica elettrica di segno
positivo e gli elettroni di segno
negativo. Questi ultimi non
sfuggono alle loro orbite
ellittiche a causa
dell’attrazione su di essi
esercitata dai protoni, che
essendo in numero pari a
quello degli elettroni fanno si
che l’atomo, in condizioni
normali, sia in equilibrio
elettrico.
L’elettricità
L’elettricità quindi non è altro che la «colla» che
tiene insieme l’atomo e poiche tutta la materia
esistente è composta di atomi tutti i corpi
dell’Universo possiedono elettricità. Tuttavia
ogni atomo si presenta elettricamente neutro,
poichè il numero dei protoni (+) è uguale al
numero degli elettroni (-).
L’atomo di rame
Un atomo di rame è
costituito da un nucleo
contenente 29 protoni
(+) e 29 neutroni (=),
circondato da un guscio
di 29 elettroni (-).
Nel suo insieme l’atomo
è neutro,
La corrente elettrica
La corrente elettrica
Come dice la parola stessa, corrente è qualcosa
che scorre, che fluisce. La corrente elettrica è un
movimento continuo di cariche elettriche
elementari, cioè un flusso ordinato di elettroni,
che ha luogo all’interno di alcuni materiali.
Materiali conduttori (rame, argento,alluminio)
Materiali semiconduttori (silicio)
Materiali isolanti (ceramiche, vetro, gomma)
MATERIALI ISOLANTI
MATERIALI
SEMICONDUTTORI
MATERIALI CONDUTTORI
elettricità e corrente
elettrica
In un filo di rame lungo 1 metro di diametro 0,3
millimetri ci sono circ 500 milioni di miliardi di
elettroni liberi!
La quantità di elettricità dovrebbe essere la
carica elementare posseduta dall’elettrone.
Tuttavia poichè essa è troppo piccola per essere
usata praticamente, si impega i coulomb (C)
definito come la carica di 6,2 x 1018 elettroni.
Il circuito elettrico
Le apparecchiature elettriche e gli elettrodomestici funzionano solo se collegati all’impianto elettrico, che
consiste in una serie di fili conduttori collegati in circuito.
1. II generatore
- É una macchina che riceve
energia (meccanica o
chimica) dall’esterno (o la
produce, come una pila) e la
trasforma in energia
elettrica.
- Produce una forza che
spinge gli elettroni lungo il
circuito.
3. L’apparecchio utilizzatore
- Elemento che riceve energia
elettrica attraverso i conduttori
e la trasforma in un’altra forma
di energia, richiesta
dall’impiego previsto (luminoso,
termico, meccanico).
2. I fili conduttori
- Gli elettroni, spinti dalla
forza del generatore, vanno
verso l’utilizzatore passando
attraverso un filo (di solito
metallico), per poi tornare al
generatore stesso.
- Sono dimensionati in
funzione della quantità di
corrente che li attraversa.
4. L’interruttore
- Ha il compito di aprire e chiudere
il circuito
- Nel circuito chiuso vi è continuità
metallica e la corrente può
circolare.
- Nel circuito aperto non esiste la
continuità metallica fra le due
estremità del circuito, per cui la
corrente non può circolare.
3
2
4
1
Il circuito elettrico: i simboli
Perché gli uccelli posati
sui fili della luce non
prendono la scossa?
Una delle caratteristiche della corrente elettrica, è che dà la
scossa solo quando passa attraverso un corpo che è,
contemporaneamente, a contatto con due zone aventi
potenziale elettrico differente o tensione elettrica(ossia zone
con una diversa
carica di energia).
Siccome, però, gli uccelli toccano
solamente UNO dei fili elettrici, la corrente elettrica
non va da nessuna parte, non scorre attraverso il
loro corpo come se fosse un filo elettrico.
Le tre grandezze
fondamentali
In un circuito elettrico sono presenti tre grandezze
principali, meglio conosciute con le rispettive unità di
misura:
volt
ampere
ohm
DIFFERENZA DI POTENZIALE
O TENSIONE ELETTRICA
INTENSITÀ DI CORRENTE
ELETTRICA
RESISTENZA ELETTRICA
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Ricorrimo all’esempio di un circuito idraulico: un circuito
elettrico assomiglia ad un circuito idraulico.
• Immaginiamo di avere due recipienti vuoti collegati tra
loro attraverso un tubo uscente dal loro fondo e munito
di una valvola che inizialmente è chiusa è impedisce la
comunicazione tra due recipienti.
• Versiamo poi in uno di essi dell’acqua fino a riempirlo
completamente ed apriamo quindi la valvola.
• L’acqua scorrerà nel tubo dal recipiente pieno a quello
vuoto a causa dell’energia potenziale posseduta e tale
flusso continuerà finchè il suo livello non sarà lo stesso
nei due recipienti.
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Inseriamo adesso una pompa, che avrà l’effetto di
mantenere la differenza di livello tra i due recipienti.
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Se ora, ritornando al campo
elettrico, sostituiamo il
recipiente ed il tubo con un
conduttore e l’acqua con le
cariche elettriche potremo
meglio comprendere il concetto
di differenza di potenziale.
La corrente elettrica che
consiste in un movimento di
elettroni, scorre dentro il filo
conduttore perchè ai suoi capi A
e B c’è un «dislivello elettrico»,
o per essere più precisi una
tensione elettrica.
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Gli elettroni si spostano naturalmente dal polo in cui sono
presenti in maggiore quantità (-), a quello in cui ve ne sono
meno (+).
Il fluso di elettroni della corrente elettrica si ha soltanto se
tra le estremità del conduttore esiste quella che si definisce
una differenza di potenziale elettrico o tensione.
Quando più grande è la differenza di potenziale agli
estremi di un conduttore, tanto maggiore è la quantità di
corrente che lo attraversa. E la differenza di potenziale sarà
tanto maggiore quanto maggiore sarà la forza che spinge gli
elettroni.
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Questa forza si chiama
tensione elettrica è si misura
con il voltmetro.
La sua unità di misura è il volt
(simbolo V), il cui nome deriva
da quello del famoso fisico
italiano Alessandro Volta
(1745-1827).
La differenza di potenziale
o tensione elettrica
Oggi senza la corrente elettrica si fermerebbe tutto. Dove
troviamo la corrente in casa nostra?
Naturlmente nelle prese, le comunissime prese di corrente.
Occorre però fare una precisazione: nelle prese non c’è la
corrente, ma c’è la tensione, ovvero quella forza che spinge
gli elettroni a muoversi, dando origine alla corrente. Questa
forza ha un valore ben preciso: 220 volt
L’intensità di corrente
Immaginiamo di essere sul bordo di
un’autostrada per misurare
l’intensità del traffico in quel punto:
usando coe traguardo una linea
immaginria, trasversale alla corsia,
conteremo il numero di autoveicoli
che la oltrepassano in un certo
intervallo di tempo. Con lo stesso
metodo possiamo misurare
l’intensità della corente elettrica,
che consiste nello spostamento di
elettroni liberi all’interno di un
circuito.
L’intensità di corrente
Come la quantità d’acqua che nell’unità di tempo attraversa
una sezione di un tubo si chiama «portata» e si misura in
metricubi, e la portata d’acqua aumenta in relazione alla
sezione del tubo e al dislivello ai capi del tubo, così la
quantità di elettroni che nello stesso tempo attraversa una
sezione di un conduttore si definisce intensità della
corrente elettrica.
L’intensità di corrente
L’unità di misura della intensità
di corrente elettrica è l’ampere
(simbolo A), dal nome del
fisico francese Andrè Marie
Ampère (1775-1836) e si
misura con gli amperometri e,
per piccole intensità, con i
galvanometri.
La resistenza elettrica
Abbiamo visto che la corrente scorre per effetto di una
forza detta tensione; c’è però qualcosa che contrasta di più
o di meno questa forza e tende a frenare lo scorrere degli
elettroni: questa forza frenante, che dipende dalla natura
del materiale attraversato, viene detta resistenza elettrica.
La resistenza elettrica
Come mai alcune lampade fanno tanta luce ed altre ne
fanno molto poca, pur essendo tutte collegate alla stessa
presa dove ci sono 220 volt?
Quelle che fanno poca luce vengono attraversate da poca
corrente, quelle che fanno molta luce vengono attraversate
da una corrente più forte.
La resistenza elettrica
Maggiore è questa resistenza e minore è la correnete che
riesce a passare (in alcuni materiali, detti isolanti, la
corrente non passa). Le lampdine che fanno più luce sono
costruite in modo tale che il loro filamento, cioè quel filo
che si scalda e diventa incandescente, abbia una resistenza
bassa e possa quindi far passare più corrente.
La resistenza elettrica
Questo risultato si può ottenere in vari modi:
Si può usare un materiale che per sua natura abbia una
minore resistenza elettrica e quindi presenti una maggiore
attitudine ad essere attraversato dalla corrente;
Scelto un certo materiale, si può usare un filo più grosso:
più è grosso il filo, maggiore è la corrente che riesce a
passare;
Si può fare in modo che la lunghezza del filo sia minore: più
corto è il filo, più corrente passa;
La resistenza elettrica
La resistenza elettrica, la cui
unità di misura è l’ohm
(simbolo Ω), è tanto maggiore
quando più lungo è il
conduttore e quanto minore
è la sua sezione.
LA PRIMA LEGGE DI OHM
Tra ohm, ampere e volt esiste una relazione, detta Prima legge
di Ohm, in base alla quale
«la differenza di potenziale (V), agli estremi di un conduttore
percorso dalla corrente elettrica, è proporzionale all’intensità di
corrente (I) e alla resistenza (R)».
volt
V
V
ampere
I
A
ohm
R
Ω
LA PRIMA LEGGE DI OHM
«la differenza di potenziale (V), agli estremi di un conduttore
percorso dalla corrente elettrica, è proporzionale all’intensità di
corrente (I) e alla resistenza (R)».
V = I x R
I =
V
R
R=
V
I
RIEPILOGO
Un materiale può essere attraversato da corrente se è
conduttore.
La corrente che passa in un materiale dipende da due fattori:
1- dalla tensione applicata
2- dalla resistenza del materiale
Con riferimento ad un conduttore di determinate dimensioni, se
indichiamo con con V la tensione appicata, con I la corrente che
attraversa il conduttore e con R la sua resistenza, possiamo
esprimere matematicamente la relazione che esiste fra le tre
grandezze.
In pratica questo vuol dire che conoscendo il valore di due delle
tre grandezze in gioco, è possibile calcolare la terza.
LABORATORIO VIRTUALE