Corso di Elettromagnetismo e
circuiti
Stage Invernali 2010 LNF – INFN
Tutors : Massimiliano Bazzi
Alessandro Rizzo
Teoria ed evidenze dell’elettromagnetismo
Componenti fondamentali dei circuito
Applicazioni
Semiconduttori
Grecia del VII sec. A.C.
CAMPO ELETTRICO
Generato da una carica elettrica, è una regione di spazio dove
una carica di prova subisce una variazione del suo stato di quiete
o di moto.
Evidenze e studi empirici:
Otto von Geuricke
Bottiglia di Leida
Elettricità atmosferica
Verso uno studio sistematico
Charles Augustin de Coulomb
La pila di Volta
CAMPO MAGNETICO
Generato da corrente elettrica, è quella regione di
spazio dove se posto un corpo magnetizzato, esso si
orienta secondo le linee di campo.
Evidenze empiriche:
Grecia VII sec.
Le prime bussole
(Cina 2000 a.C.)
Gilbert: "De magnete, magneticisque
corpibus, et de magno magnete
tellure"
Verso uno studio più sistematico…
Hans Christian Oersted
Legge di Biot-Savart:
CONNESSIONE TRA CAMPO ELETTRICO E CAMPO MAGNETICO
EQUAZIONI EMPIRICHE:
Carl Friedrich Gauss
Andre’ Marie Ampere
µ0= permeabilità magnetica.
ϵ0=costante dielettrica.
4π=angolo solido completo
Faraday (flusso di campo magnetico)
La forza elettromagnetica indotta in una spira da un
campo magnetico è pari all’opposto della variazione
del flusso magnetico attraverso l'area della spira.
Equazioni di Maxwell-unione campo elettrico e magnetico
Legge di Ohm
RI=V
esprime una relazione tra la tensione ai capi di un
conduttore e la corrente che lo attraversa.
Intensità di corrente [I]:
La corrente è il flusso di cariche che attraversa la sezione del conduttore per
unita’ di tempo.
Resistenza [R]:
Ogni corpo attraversato da corrente oppone una resistenza al flusso di elettroni
(proprietà intrinseca del corpo)
Tensione elettrica (ddp) [V]:
Potenziale necessario per far fluire le cariche da un punto all’altro del conduttore.
UNITA’ DI MISURA
Volt(V): tra due punti A e B di una regione di spazio sede di un campo elettrico c'è una differenza di potenziale di 1 V se la
forza elettrica compie il lavoro di 1 J per portare una carica di 1 C da A a B.
Ampere(A):è l'intensità di corrente elettrica che, se mantenuta in due conduttori lineari paralleli, di lunghezza infinita e
sezione trasversale trascurabile, posti a un metro di distanza l'uno dall'altro nel vuoto, produce tra questi una forza pari a
2 · 10-7 newton per metro di lunghezza.
Ohm(Ω):un resistore ha resistenza pari ad 1 ohm quando una differenza di potenziale ai suoi capi pari ad un volt genera una
corrente di intensità pari ad un ampere.
Coulomb(C):1 coulomb è la quantità di carica elettrica trasportata da una corrente di 1 ampere che scorre per 1 secondo.
Joule(J):un Joule è il lavoro richiesto per esercitare una forza di un newton per una distanza di un metro.
Watt(W):un watt equivale a 1 joule al secondo.
Componenti dei circuiti
Le Resistenze
La Resistività è la
capacità di un
materiale di
opporsi al
passaggio di
carica elettrica
Le resistenze sono componenti
elettriche fondamentali
Le Reattanze
Reattanze Capacitive
Reattanze Induttive
Applicazioni
Il Trasformatore
CIRCUITI ELETTRICI
Filtri
Filtro RC
Filtro RLC
Filtro CR
Filtro RC-CR
Il campo E per accelerare particelle cariche
Acceleratori Elettrostatici
La prima idea..
eV – definizione:
Si definisce 1eV
come l’energia
acquistata da un
elettrone
attraversando
una ddp di 1 V
Utilizzare una ddp per accelerare particelle
cariche!
Acceleratori Elettrostatici
Cockroft e Walton
Enormi dimensioni
Isolati in aria per evitare
le scariche
Van der Graaff
I laboratori dove
I fisici facevano
gli esperimenti
erano qui dentro!
Colonne
d’isolamento
Funzionamento
Meccanico:
La legge di Faraday
E=-ΔΦ(B)/Δt
Dato un campo
magnetico e un lavoro
meccanico è possibile
produrre energia
elettrica
Alternatore e Motore
É un sistema che trasforma il
lavoro meccanico in energia
elettrica attraverso un campo
magnetico
Il motore elettrico è
strutturalmente identico
all'alternatore
Attraverso la forza repulsiva
magnetica genera lavoro
meccanico
Semiconduttori
Semiconduttore
Sono materiali che
hanno un
comportamento
resistivo intermedio
tra conduttori e
isolanti
La natura dei 3
materiali si
rappresenta
attraverso il modello a
bande energetiche
Drogaggio n-p
Nel drogaggio n si
inseriscono nel silicio
impurita’ pentavalenti
(n=5, p.e. fosforo)
Nel drogaggio p si
inseriscono invece
impurità trivalenti
(n=3, p.e. boro)
Giunzione p-n
Polarizzazione diretta e inversa
Congiungendo una regione
p con una n si ottiene un
nuovo componente
(diodo)
Polarizzando il diodo in
diretta il dispositivo
risulta essere conduttivo
In inversa si comporta
come un circuito aperto
Diodi e Transistor
E' formato da due blocchi di
silicio di diverso drogaggio
Permette il passaggio di
corrente in un solo verso
E' formato da due giunzioni
(npn o pnp)
Ha tre terminali (base,collettore
ed emettitore)
Puo’ lavorare in interdizione,
conduzione e saturazione
