CORRENTE ELETTRICA

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CORRENTE ELETTRICA
Il moto ordinato di cariche elettriche all’interno di un materiale
è detto CORRENTE ELETTRICA. La corrente che scorre all'interno
di un corpo non e' qualcosa che viene dall'esterno: sono le
cariche elettriche contenute in quel corpo che si muovono
I = q/t
Intensita’ di corrente
>> Unita’ di misura nel S.I. : [A] Ampere 1A=1C/1s
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CONDUTTORI E ISOLANTI
Le proprieta’ elettriche di un corpo dipendono in modo
determinante dal fatto che siano disponibili o meno al
suo interno cariche elettriche libere di muoversi
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DIFFERENZA DI POTENZIALE
Affinche’ una o piu’ cariche si muovano tra due punti nello
spazio e’ necessario che tra i suddetti punti ci sia una
differenza di potenziale elettrico (simbolo ΔV)
Per comprendere il ruolo del potenziale elettrico e della
differenza di potenziale e’ utile l’analogia con il flusso
di acqua di un fiume. L’acqua (equivalente della carica
elettrica in questa analogia) scorre solo tra due punti
tra cui ci sia una differenza di altezza.
>> Unita’ di misura nel S.I. : [A] Ampere 1A=1C/1s
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CIRCUITI ELETTRICI
Prendiamo due corpi, uno carico positivamente e l’altro
carico negativamente, tra cui esiste una differenza di potenziale
V1
+
-
V2
Collegando i due corpi con un filo di materiale condutture le
cariche negative si muoveranno verso il corpo carico
positivamente per azzerare la differenza di potenziale
V1
+
-
V2
Collocando una lampadina lungo la strada delle cariche è
possibile accenderla
V1
+
-
V2
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CIRCUITI ELETTRICI
Per mantenere il moto delle cariche serve un generatore
di differenza di potenziale (ΔV)
Generatore di
+
differenza di potenziale DV
ΔV=V1-V2
Dispositivo
elettrico semplice
Spesso la differenza di potenziale viene anche chiamata
forza elettromotrice (f.e.m.) o tensione
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ESEMPI DI GENERATORI DI
TENSIONE
Pile
Batteria da 12V per
auto
L'elettricità che arriva nelle nostre case è prodotta in apposite
centrali elettriche e viaggia attraverso linee lunghe anche centinaia
di chilometri
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LEGGE DI OHM,
RESISTENZA ELETTRICA
Generatore
di tensione
(pila, dinamo, ..)
I
+
-
ΔV
Resistenza elettrica R
(lampadina, stufa, ...)
R
ΔV = R ⋅ I
>> Unita’ di misura nel S.I. : [Ω] ohm 1V= 1Ω × 1A
€
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ENERGIA ELETTRICA
L’energia elettrica rappresenta una delle forme d'energia più
comunemente e diffusamente utilizzate: basti pensare alla luce
artificiale e agli elettrodomestici che sono presenti nelle nostre case
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POTENZA ELETTRICA
Lavoro compiuto dalle forze elettriche per
portare una carica q da A a B:
I
A
+
-
?
ΔV
Potenza elettrica:
B
I
L’energia fornita dal generatore elettrico viene dissipata in R
sotto forma di calore (effetto Joule)
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ELETTRICITA’ PER USO DOMESTICO
L'elettricità che arriva nelle nostre case è prodotta in apposite
centrali elettriche e viaggia attraverso linee lunghe anche centinaia
di chilometri
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CORRENTE ALTERNATA
La differenza di potenziale tra i due poli di una
comune presa di corrente e’ alternata, ovvero
presenta un andamento periodico con pocchi positivi
e picchi negativi (in Europa +-310 V a 50 Hz)
Si puo’ dimostrare che la
potenza media dissipata
nella resistenza e’ uguale
a quella che si avrebbe se
alla
resistenza
fosse
applicata una differenza
di potenziale costante di
220 V
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CONDUZIONE ELETTRICA NEL
CORPO UMANO
Il corpo umano è un buon conduttore elettrico perché nei suoi liquidi vi
è un’elevata concentrazione di ioni. La resistenza offerta al passaggio
di corrente dipende dai punti tra cui è applicata la tensione e dalle
condizioni: la pelle secca è isolante (R=2kW), se bagnata conduce
(R=2W)
Il passaggio di corrente può sviluppare calore, soprattutto nei punti in
cui la corrente esce ed entra dal corpo, e causare scottature e ustioni
Se la corrente attraversa la regione cardiaca possono prodursi
eccitazioni che interferiscono con l’attività di cuore e polmoni
Tempi di esposizione alla corrente brevi (< 1s) non sono in genere
pericolosi
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Conduzione elettrica nel corpo umano
Tempi di esposizione lunghi ad una corrente alternata con frequenza
50Hz possono dar luogo a:
I
~
1 mA
10 mA
70 mA
100÷200 mA
> 200 mA
ok
tetanizzazione dei muscoli
difficoltà di respirazione
fibrillazione
ustioni e blocco cardiorespiratorio
Se assumiamo per il corpo umano una R=2kW (pelle asciutta) il
contatto accidentale con la tensione alternata presente nelle nostre
case darebbe luogo ad una corrente:
Potenzialmente
mortale
Per questo nelle case ci sono dispositivi di messa a terra e un
interruttore salvavita che controlla la corrente che circola
nell’impianto e interrompe il circuito in pochi ms se riscontra anomalie
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FENOMENI MAGNETICI
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MAGNETISMO
Il magnetismo è un’altra delle proprietà fondamentali della materia
Alcune pietre (calamite naturali o
magneti) si attraggono a vicenda ed
attraggono materiali come il ferro o
l’acciaio
Un pezzo di acciaio temperato in
presenza di un magnete acquista
proprietà magnetiche che non
perde neppure quando lo si
separa dal magnete: diventa una
calamita permanente
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LA TERRA E’ UNA GRANDE
CALAMITA
Un ago calamitato libero di girare intorno al suo
centro (bussola) assume rispetto alla terra una
posizione definita, orientandosi lungo la
direzione nord-sud. L’estremità dell’ago che si
orienta verso Nord si chiama “Polo Nord” del
magnete. Analogamente è chiamata “Polo Sud”
l’estremità che si rivolge a Sud
Anche la Terra si
comporta come una grande
calamita
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POLI MAGNETICI
Qualunque magnete, come l’ago magnetico,
presenta un Polo Nord e un Polo Sud.
Se si spezza in due un magnete si
ottengono 2 magneti, ciascuno con un Polo
Sud e un Polo Nord. La stessa cosa accade
se dividiamo in due i “magnetini” ottenuti.
Fino ad oggi non si è ancora riusciti ad
individuare
un
oggetto
magnetico
costituito da un ‘unico polo
Il polo Nord di una calamita
respinge il polo Nord di un’altra
calamita, mentre attrae il suo Polo
Sud
Poli uguali si respingono
Poli opposti si attraggono
repulsione
attrazione
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APPLICAZIONI MEDICHE DI
ELETTRICITA’ e MAGNETISMO
Diverse sono le apparecchiature mediche che utilizzano campi
elettrici e magnetici a scopo diagnostico
ECG, EEG osservando le differenze di potenziale tra
diverse parti del corpo si traggono informazioni sul
funzionamento del cuore e del cervello
La risonanza magnetica utilizza campi
magnetici e onde radio per produrre
immagini tridimensionali degli organi
Defibrillatore: se alla regolare attività elettrica del
cuore subentra un’attività continua e anarchica si ha
fibrillazione
ventricolare
con
arresto
della
circolazione. Se il cuore in fibrillazione è
attraversato da una corrente elettrica intensa ma di
breve durata, le cellule cardiache vengono
simultaneamente depolarizzate e possono riprendere
il giusto ritmo.
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FENOMENI ONDULATORI
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ONDA
Oscillazione ma ... di che cosa?
Oscillazione della posizione,
velocità, accelerazione di un
mezzo materiale
ONDA ELASTICA (esempio:
onde del mare, onde sonore,
onde lungo una corda
vibrante)
Oscillazione dei vettori campo
elettrico e magnetico
ONDA
ELETTROMAGNETICA
si propaga anche nel vuoto
Se l’oscillazione si ripete ad intervalli regolari l’onda è detta
periodica
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LUNGHEZZA D’ONDA
Immaginiamo di fotografare una corda in oscillazione
 otteniamo un’istantanea a tempo fissato
Lunghezza d’onda:
distanza tra due
massimi successivi; si
indica con λ (“lambda”)
e si misura in metri
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PERIODO
Immaginiamo di fissare sempre lo stesso punto di una
corda in oscillazione al trascorrere del tempo 
otteniamo una ripresa a spazio fissato
Periodo: distanza tra
due massimi successivi;
si indica con T e si
misura in secondi
Frequenza: l’inverso del
periodo, f = 1/T, si
misura in secondi-1
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VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE
velocità = spazio/tempo
velocità = lunghezza d’onda/periodo
v = λ/T = λf
Si osservi che lunghezza d’onda e frequenza
sono inversamente proporzionali
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ONDE ACUSTICHE
ONDE ACUSTICHE:
compressione e rarefazione aria
‘onde di pressione’
Δp = Δpo sen(2 π ⋅ x λ )
•  Se di frequenza compresa tra 20 Hz e 20000 Hz  suono udibile
dall’orecchio umano
•  Sotto i 20 Hz  infrasuoni
€
•  Sopra i 20000  ultrasuoni
Numerose applicazioni mediche, per esempio flussimetria Doppler e
ecografia a ultrasuoni
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ONDE ACUSTICHE
Materiale
Velocità di propagazione
Aria
344 m/s
Acqua
1480 m/s
Tessuto corporeo
1570 m/s
Legno
3850 m/s
Alluminio
5100 m/s
Vetro
5600 m/s
NOTA: Nel passaggio tra due mezzi con diverse velocità di propagazione,
la frequenza dell’onda si mantiene inalterata mentre varia la
lunghezza d’onda.
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POTENZA E INTENSITA’ SONORA
Potenza P di una sorgente [W]
È l’energia emessa da una sorgente (sonora) nell’unità di tempo
Intensità di un’onda I
[W/m2]
Rappresenta l'energia trasportata dall’onda che nell'unità di tempo
fluisce attraverso una superficie unitaria
L’intensità è inversamente proporzionale al quadrato della distanza
dalla sorgente
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LOG10
Il log10 di un numero qualsiasi a (base) e’ l’esponente che devo dare a 10 per
ottenere a
Il calcolo dei logaritmi si semplifica notevolmente quando la base e’ una
potenza di 10
log10 10n = n!
Infatti l’esponente che devo dare a 10 per ottenere 10n e’ n!
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DECIBEL
L’orecchio umano è sensibile ad intensità sonore tra 10-12 W/m2 e 102 W/m2.
Tuttavia, la sensazione uditiva non è proporzionale all’intensità sonora, ma
approssimativamente al suo logaritmo.
Livello di intensità sonora IL [dB]
E` definito come il logaritmo del rapporto fra l’intensità misurata ed una
intensità di riferimento (I0):
Per convenzione internazionale:
I0 = 10-12 W/m2 (minima intensità percepibile dall’orecchio umano)
10-12 W/m2 a 102 W/m2 → tra 0 e 140 dB
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Esempi di intensità sonora
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ONDE ELETTROMAGNETICHE
Si può verificare sperimentalmente che
  un campo elettrico variabile nel tempo produce un campo magnetico
  un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico
Campo magnetico variabile genera campo elettrico  questo campo
elettrico è variabile e genererà un campo magnetico  questo campo
magnetico è variabile e genererà a sua volta un campo elettrico variabile
…
Il Risultato è la
produzione di un’onda che si propaga nello spazio detta
onda elettromagnetica
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ONDE ELETTROMAGNETICHE
Tutte le onde em nel vuoto
si propagano con la stessa
velocità, pari alla velocità
della luce:
c= 3·108 m/s
La relazione tra lunghezza d’onda frequenza e velocità di propagazione
per un’onda elettromagnetica diventa:
c = λ/T = λ·f
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SPETTRO ELETTROMAGNETICO
 All’ aumentare della lunghezza d’onda diminuiscono la frequenza e
l’energia
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SPETTRO ELETTROMAGNETICO
Come vengono utilizzate le onde elettromagnetiche
alle varie frequenze?
Scintigrafia
SPECT
Radiologia TAC
Radioterapia
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