Elettricità

L’ELETTRICITA’ Per elettricità si intende una serie di fenomeni prodotti dalle cariche elettriche. L’origine dell’elettricità è da ricercare nella struttura dell’atomo (costituente fondamentale di ogni forma di materia). Sappiamo che l’atomo è composto da particelle elettroni, protoni e neutroni Protoni: sono particelle con carica elettrica positiva che si trovano nel nucleo; Neutroni: sono particelle che non possiedono nessuna carica sono cioè particelle neutre e anch’essi si trovano nel nucleo; Elettroni: sono particelle con carica elettrica negativa e girano attorno al nucleo. Sappiamo che la materia risulta essere neutra ( priva di cariche), perché il numero di elettroni in un atomo è sempre uguale al numero di protoni. Tuttavia gli atomi se perdono o acquistano elettroni si possono trasformare in particelle cariche chiamate ioni. Gli atomi che perdono elettroni risultano essere elettricamente positivi e sono chiamati ioni positivi o cationi, mentre, gli atomi che acquistano elettroni risultano elettricamente negativi e sono definiti ioni negativi o anioni. E’ proprio l’acquisto o la perdita di elettroni da parte degli atomi che è all’origine dei fenomeni elettrici. Sperimentalmente sappiamo che cariche elettriche dello stesso segno si respingono, mentre cariche elettriche di segno opposto si attraggono. L’attrazione o la repulsione che si esercita fra cariche elettriche è chiamata forza elettrica che dipende dalla quantità di carica (numero di cariche che ciascun corpo possiede) e dalla distanza tra i corpi. La quantità di carica si misura in coulomb (C), in onore del fisico Charles A. de Coulomb . L’intensità della forza elettrica che si verifica tra
due corpi posti a distanza R uno dall’altro è espressa dalla legge di Coulomb: Cioè: •
•
Tra due corpi puntiformi con cariche Q1 e Q2 si esercita una forza F che è: direttamente proporzionale alle cariche Q1 e Q2; inversamente proporzionale al quadrato della distanza r tra i due corpi. Prof. Marco La Fata
Elettrizzazione dei corpi Come abbiamo visto, finché gli atomi che costituiscono un corpo sono neutri, anche il corpo nel suo complesso è neutro. Se invece gli atomi del corpo acquistano o perdono elettroni, esso diventa carico. E precisamente se un corpo acquista elettroni, assume un eccesso di cariche negative e si carica di elettricità negativa; se , invece gli elettroni vengono perduti, il corpo assume un eccesso di cariche positive, cioè si carica positivamente. Quando si verifica ciò si dice che il corpo è elettrizzato. Sono solo gli elettroni a trasferirsi da un corpo all’altro, mentre i protoni rimangono dentro il nucleo. L’elettrizzazione di un corpo può avvenire per: • Strofinio • Contatto • induzione Elettrizzazione per strofinio Strofinando con un panno di lana una bacchetta di vetro, quest’ultima si carica di elettricità positiva, mentre la lana si carica di elettricità negativa ( durante lo strofinio, gli atomi della bacchetta di vetro cedono elettroni al panno di lana. Invece, strofinando con un panno di lana una bacchetta di ebanite o plastica, quest’ultima si carica negativamente, mentre la lana si carica di elettricità positiva ( in questo caso gli elettroni si trasferiscono dalla lana all’ebanite. Elettrizzazione per contatto Se tocchiamo una pallina di polistirolo, inizialmente neutra, con una bacchetta di vetro elettrizzata positivamente, per contatto, un certo numero di elettroni si trasferisce dalla pallina alla bacchetta. In questo modo, anche la pallina si carica positivamente e poiché i due corpi presentano elettricità dello stesso segno , si respingeranno. La stessa cosa si verifica se tocchiamo una pallina neutra con una bacchetta di ebanite. Anche la pallina si diventa negativa e viene respinta dalla bacchatta. Elettrizzazione per induzione E’ facile osservare come pezzettini di carta vengono attirati sia da una bacchetta di vetro elettrizzata positivamente, sia da una bacchetta di ebanite elettrizzata negativamente. Come mai avviene ciò se i pezzettini di carta sono neutri? Ciò è dovuto al fatto che quando un corpo carico elettricamente si avvicina ad un corpo neutro si ha una separazione di cariche cioè gli elettroni della carta vicini alla bacchetta vengono respinti verso il lato opposto mentre sul lato della carta , vicino alla bacchetta rimangono cariche positive che vengono attratte dalle cariche negative presenti sulla punta della bacchetta. Possiamo verificare ancora ciò con una bacchetta elettrizzata ( ebanite o vetro) e una pallina di polistirolo. L’elettrizzazione per induzione è una elettrizzazione temporanea, cioè dura finchè il corpo che induce la carica elettrica resta nelle vicinanze del corpo che viene caricato. Prof. Marco La Fata
La corrente elettrica La corrente elettrica consiste in un flusso di elettroni che si muovono in maniera ordinata lungo un filo conduttore. La quantità di corrente che scorre in un conduttore è misurata con una grandezza che è detta intesità di corrente elettrica che indica il numero di elettroni che attraversano un conduttore in 1 secondo. Nel S.I. l’unità di misura dell’intensità di corrente è l’ampere ( A ), in onore del fisico francese Andrè-­‐ Marie Ampèere. La Differenza di Potenziale o Tensione (DDP) Gli elettroni si muovono spontaneamente da un punto dove si trovano in eccesso verso un punto dove sono in difetto Cioè da un punto “ negativo” a uno “positivo”, infatti affinchè passi corrente in un conduttore, deve esserci una diversa concentrazione di elettroni ai suoi estremi. Chiamiamo polo negativo ( o anodo) quello con maggiore concentrazione di elettroni, polo positivo ( o catodo) quello con concentrazione minore. Gli elettroni nel conduttore si muovono spontaneamente dal polo negativo al polo positivo. La proprietà che determina la maggiore o minore forza con cui gli elettroni vengono spinti nel conduttore è la differenza di potenziale (ddp) o tensione elettrica. Nel S.I. la ddp si misura in volt ( V ). La Resistenza Quando la corrente passa all’interno di un materiale, le particelle di quest’ultimo ne ostacolano il movimento frenando il flusso degli elettroni. Si chiama Resistenza elettrica ( R ) la maggiore o minore difficoltà che il conduttore offre al passaggio della corrente. L’unità di misura della resistenza è L’ohm ( Ω ). Gli isolanti oppongono una resistenza maggiore dei conduttori. I metalli invece hanno una resistenza molto bassa, per cui sono dei buoni conduttori . Le leggi di Ohm Il fisico tedesco Ohm (1784-­‐1854) agli inizi del 1800 dimostrò che in un filo conduttore percorso da corrente elettrica esiste una relazione tra la d.d.p. ai suoi capi, la resistenza del filo e l'intensità di corrente che percorre il conduttore. Egli formulò due importanti leggi che prendono il suo nome. Prima legge di Ohm In un filo conduttore l'intensità di corrente ( I ) è direttamente proporzionale al voltaggio ( V ) ed inversamente proporzionale alla resistenza ( R ). Con parole più semplici possiamo dire che, in un circuito: la corrente aumenta all'aumentare della tensione della pila o al diminuire della resistenza del circuito stesso. • la corrente diminuisce se diminuisce la tensione della pila o aumenta la resistenza del circuito. Questi concetti sono riassunti nella prima legge di Ohm, che ha la seguente formula: •
I =
V
R
V = R ⋅ I R =
Prof. Marco La Fata
V
I
Seconda legge di Ohm
La resistenza (R ) di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ( l ) e
inversamente proporzionale alla sua sezione ( s ) e dipende dalla grandezza ρ ( ro) , che è tipica del particolare materiale di cui è fatto il conduttore : R = ρ ⋅
Prof. Marco La Fata
l
s