Circuiti
Fabrizio Margaroli
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Corrente elettrica
• Quando mettiamo a contatto due conduttori con cariche (e potenziali)
diverse, alla fine si trovano entrambi alla stessa carica (e potenziale).
• Studiamo ora il fenomeno transitorio di passaggio di carica da un mezzo
all’altro.
• Dato che il fenomeno e’ molto rapido, per questo studio e’ necessario
disporre di uno strumento che realizzi una differenza di potenziale
costante - e.g. una pila.
Gli elettroni si muovono dentro un conduttore con velocita’ di 10^6 m/s
per via dell’agitazione termica, ma la velocita’ di deriva e’ “solo” 10-4m/s.
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Corrente elettrica
3
Corrente elettrica
Il verso della corrente e’
positivo nella direzione
di viaggio delle cariche
positive
Se la corrente è costante, cioè non cambia in funzione del tempo, si ha una corrente
stazionaria – detta anche corrente continua.
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La corrente e’ un flusso di
cariche microscopiche
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La corrente e’ un flusso di cariche
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La corrente e’ un flusso di cariche
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Resistenza elettrica
Perche’ ci sia una corrente, deve esserci una differenza di potenziale. La
corrente risultante e’ legata alla differenza di potenziale, attraverso un
parametro che misura la resistenza del conduttore a far passare la corrente.
L’inverso e’ la conduttanza.
Si osserva che in alcuni conduttori (detti
ohmici) la resistenza non dipende dalla
corrente che li attraversa.
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V
[R] = [⌦]
R=
i
1
i
G=
=
[G] = [⌦
R
V
1
]
Seconda legge di Ohm
• Si osserva che la resistenza di un
conduttore dipende dalla natura
del materiale utilizzato (la
resistivita’) e dalla sua geometria.
• In particolare per un filo, si ha la
seguente, dove L e’ la lunghezza
del filo, e S e’ la sua sezione.
L
R=⇢
S
• dove rho(resistivita’) dipende dalla
natura del materiale (rho0) e dalla
temperatura
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Seconda legge di Ohm
Seconda legge di Ohm
Potenza dispositivo elettrico
•
Affinché scorra della corrente, serve un dispositivo che produca
una differenza di potenziale
•
Chiamiamo DeltaV a volte “tensione”, e il suo generatore, un
generatore di tensione.
•
•
Certe volte viene chiamata anche forza elettromotrice.
Dato un dispositivo elettrico che lavora con un potenziale V, la
sua potenza e’ pari a
P = dU/dt = dQV /dt = IV
•
oppure, usando la prima legge di Ohm:
2
V
P = IV = I 2 R =
R
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Potenza dispositivo elettrico
P = dU/dt = dQV /dt = IV
Dunque IDeltat=Q e’ la carica della batteria in Ampereora
L’energia della battera e’ in Wh (il mio telefono 7.98Wh)
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Effetto Joule
• L’energia potenziale di una carica si dissipa nell’attraversare una
resistenza, trasformandosi in energia cinetica disordinata nel
corpo attraversato dalla corrente.
• Dunque in cosa si trasforma l’energia? In calore.
• La potenza e’ fissata dalle caratteristiche del circuito (V, R, I)
dunque all’aumentare del tempo, aumentera’ l’energia spesa
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Effetto Joule
• L’energia potenziale di una carica si dissipa nell’attraversare una
resistenza, trasformandosi in energia cinetica disordinata nel
corpo attraversato dalla corrente.
• Dunque in cosa si trasforma l’energia? In calore.
• La potenza e’ fissata dalle caratteristiche del circuito (V, R, I)
dunque all’aumentare del tempo, aumentera’ l’energia spesa
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Effetto Joule
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Corrente alternata
DC = Direct Current
AC= Alternate Current
I = I0 sen(!t)
V = IR = I0 Rsen(!t) = V0 sen(!t)
I¯ = V̄ = 0
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Corrente alternata
2
2
2
I0 Rsen (!t)
1 V02
P =I R=
1 2
P̄ = I0 R =
2
2 R
I = I0 sen(!t)
V = IR = I0 Rsen(!t) = V0 sen(!t)
p
I¯ = V̄ = 0
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I
0
2
¯
Iqm = I = p
2
p
V0
2
Vqm = V̄ = p
2
Corrente alternata
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Corrente alternata
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Elettricita’ e l’uomo
Il sistema nervoso e’ una rete elettrica che usa correnti molto basse.
Uno shock elettrico - anche con correnti molto basse, provoca gravi
disfnzioni al sistema nervoso, e dunque ai muscoli e al cuore
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Elettricita’ e l’uomo
Il sistema nervoso e’ una rete elettrica che usa correnti molto basse.
Uno shock elettrico - anche con correnti molto basse, provoca gravi
disfnzioni al sistema nervoso, e dunque ai muscoli e al cuore
A parita’ di voltaggio, la corrente alternata e’ ~4 volte piu’ pericolosa
all’uomo che quella continua
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Elettricita’ e l’uomo
Il sistema nervoso e’ una rete elettrica che usa correnti molto basse.
Uno shock elettrico - anche con correnti molto basse, provoca gravi
disfnzioni al sistema nervoso, e dunque ai muscoli e al cuore
A parita’ di voltaggio, la corrente alternata e’ ~4 volte piu’ pericolosa
all’uomo che quella continua
The biological effects of an electrical shock are a function of the
duration, magnitude, frequency, and path of the current passing
through the body, as well as skin moisture.
Electric Current damages the body in three different ways:
(1) it harms or interferes with proper functioning of the nervous
system and heart
(2) it subjects the body to intense heat, and
(3) it causes the muscles to contract.
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Elettricita’ e l’uomo
Electric
Current
(1 second
contact)
Physiological Effect
Dry body,
no skin
damage
Wet body,
skin
damage
100,000 ohms 1,000 ohms
1 mA
Threshold of feeling, tingling sensation.
100 V
1V
5 mA
Accepted as maximum harmless current
500 V
5V
10-20 mA
Beginning of sustained muscular contraction
("Can't let go" current.)
1000 V
10 V
100-300 mA
Ventricular fibrillation, fatal if continued.
Respiratory function continues.
10,000 V
100 V
6A
Sustained ventricular contraction followed by
normal heart rhythm. (defibrillation).
Temporary
respiratory
paralysis
and la
possibly
Oltre
questo
punto,
pelle
burns.
600,000 V
6000 V
non
isola piu’ i tessuti sottostanti
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Elettricita’ e l’uomo
Electric
Current
(1 second
contact)
Physiological Effect
Dry body,
no skin
damage
Wet body,
skin
damage
100,000 ohms 1,000 ohms
1 mA
Threshold of feeling, tingling sensation.
100 V
1V
5 mA
Accepted as maximum harmless current
500 V
5V
10-20 mA
Beginning of sustained muscular contraction
("Can't let go" current.)
1000 V
10 V
100-300 mA
Ventricular fibrillation, fatal if continued.
Respiratory function continues.
10,000 V
100 V
6A
Sustained ventricular contraction followed by
normal heart rhythm. (defibrillation).
Temporary respiratory paralysis and possibly
burns.
600,000 V
6000 V
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