Hoepli Scuola
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Paolo Camagni Ugo Bai Riccardo Nikolassy Ada Boni IN@PP Corso di SCIENZE E TECNOLOGIE APPLICATE Edizione OPENSCHOOL 1 LIBRODITESTO 2 E-BOOK+ 3 RISORSEONLINE 4 PIATTAFORMA HOEPLI PAOLO CAMAGNI RICCARDO NIKOLASSY UGO BAI ADA BONI In@pp Corso di Scienze e Tecnologie Applicate EDITORE ULRICO HOEPLI MILANO Copyright © Ulrico Hoepli Editore S.p.A. 2015 Via Hoepli 5, 20121 Milano (Italy) tel. +39 02 864871 – fax +39 02 8052886 e-mail [email protected] www.hoepli.it Tutti i diritti sono riservati a norma di legge e a norma delle convenzioni internazionali Presentazione La disciplina Scienze e tecnologie applicate è stata introdotta nel piano di studi con l’obiettivo specifico di orientare gli studenti alla scelta definitiva dell’indirizzo e dell’articolazione del corso di studi del secondo biennio e del quinto anno. Ad alcuni anni di distanza dall’entrata in vigore della riforma oggi la quasi totalità degli istituti procede alla formazione delle classi tenendo conto delle scelte orientative manifestate dagli studenti all’atto dell’iscrizione, organizzando le classi del primo anno quanto meno per area di interesse. In@pp raccoglie le indicazioni di chi, pioniere come noi, ha affrontato in questi tre anni la didattica di questa materia che, pur essendo in buona parte anche di carattere laboratoriale, non ha – di fatto – nel quadro orario ore specifiche riservate alla attività pratica. Concordi che l’orientamento non può essere fatto solo trasmettendo conoscenze ma che necessita di riferimenti concreti e operativi, abbiamo individuato un insieme di argomenti comuni agli indirizzi elettrico-elettronico e informatico fondamentali e imprescindibili dalla formazione specifica delle discipline, che tuttavia risultino utili al fine di effettuare una scelta consapevole per il proprio futuro professionale. Quest’opera è idealmente il seguito del volume Tecnologie Informatiche degli stessi autori: ne ricalca la struttura grafica e l’impostazione didattica in modo da mantenere la continuità con uno strumento che è stato apprezzato sia per la chiarezza dell’esposizione, per la semplicità di utilizzo e la facilità di apprendimento da parte dello studente, sia per la completezza degli argomenti e la ricchezza di esercizi e di proposte operative. Metodologia e strumenti didattici Le finalità e i contenuti dei diversi argomenti affrontati sono descritti dagli obiettivi generali e dalle indicazioni In questa lezione impareremo; alla fine di ogni lezione, per lo studente sono presenti esercizi, anche interattivi, di valutazione delle conoscenze e delle competenze raggiunte, suddivisi in domande a risposta multipla, a completamento, esercizi con procedure guidate. Caratteristiche dell’opera L’opera, in quanto Edizione Openschool, consente di: ◗◗ scaricare gratuitamente il libro digitale arricchito (eBook+) che permette in particolare di: eseguire tutte le esercitazioni a risposta chiusa in modo interattivo; accedere ai diversi video tutorial; accedere alle gallerie di immagini; scaricare gli approfondimenti tematici, le lezioni e le unità integrative. ◗◗ disporre di ulteriori esercitazioni online utilizzabili a discrezione del docente per classi virtuali gestibili attraverso la piattaforma didattica. Aspetti caratterizzanti ◗◗ Testo pienamente in linea con le recenti indicazioni ministeriali in merito alle nuove caratteristiche tecniche e tecnologiche dei libri misti e digitali e al loro stretto coordinamento con la piattaforma didattica. ◗◗ Totale duttilità di utilizzo in funzione delle scelte didattiche o dotazioni tecnologiche: • il libro cartaceo + CD-ROM consente di svolgere lezioni complete e attività di laboratorio con l’apparato offline presente nel CD-ROM; • l’eBook+, le risorse online e la piattaforma offrono il pieno supporto per una didattica multimediale, a discrezione delle scelte del docente. ◗◗ Lezioni autoconclusive ricche di esempi ed esercizi, adatte a essere svolte in una lezione o al massimo due. ◗◗ Teoria ridotta al minimo per privilegiare l’aspetto pratico. Materiali online Sul sito www.hoepliscuola.it sono disponibili numerose risorse online. In particolare, per lo studente: approfondimenti, utili integrazioni del testo e un numero elevato di esercizi sia per il recupero e il rinforzo sia per l’approfondimento degli argomenti trattati. Per il docente, una sezione riservata presenta alcune unità didattiche per l’approfondimento delle tematiche affrontate e un insieme di schede aggiuntive per la verifica dei livelli di apprendimento degli studenti, nonché lezioni (sotto forma di presentazioni in PowerPoint), utilizzabili efficacemente anche con le LIM. Materiali ed esercizi possono essere usati anche per creare attività didattiche fruibili tramite la piattaforma didattica accessibile dal sito. CD-ROM per lo studente Il CD-ROM per lo studente allegato al volume contiene i file degli esempi, nonché il materiale necessario per eseguire le procedure guidate passo passo degli esercizi svolti e da svolgere e le simulazioni informatiche di fine lezione e di fine unità. Contiene gli esempi dei codici presenti nel libro di testo. Struttura dell’opera ZOOM SU... Piccole sezioni di approfondimento DEFINIZIONI Spiegazione delle proprietà essenziali dei principali termini, funzioni e concetti trattati nel testo PROVA ADESSO! Per mettere in pratica, in itinere, quanto appreso nella lezione OSSERVAZIONI Un aiuto per comprendere e approfondire ESERCIZI Ampia sezione di esercizi per la verifica delle conoscenze e delle competenze V L’eBook+ riproduce le pagine del libro di testo in versione digitale e interattiva. È utilizzabile su tablet, LIM e computer e consente di annotare, sottolineare ed evidenziare il testo, salvando il proprio lavoro per poterlo consultare e sincronizzare sui diversi dispositivi. Apposite icone attivano i contributi digitali integrativi. APPROFONDIMENTI Contenuti, lezioni e unità integrative eBook+ ESERCIZI AGGIUNTIVI Esercizi per il recupero e l’approfondimento VIDEO Video tutorial per esemplificare azioni e procedimenti ESERCIZI Esercizi interattivi di varia tipologia con funzione di autocorrezione IMMAGINI E GALLERIE DI IMMAGINI Per esemplificare e rappresentare visivamente i contenuti LINK Rimandi interni al volume per navigare agevolmente tra i contenuti VII L’OFFERTA DIDATTICA HOEPLI L’edizione Openschool Hoepli offre a docenti e studenti tutte le potenzialità di Openschool Network (ON), il nuovo sistema integrato di contenuti e servizi per l’apprendimento. Edizione OPENSchOOl + LIBRO DI TESTO Il libro di testo è l’elemento cardine dell’offerta formativa, uno strumento didattico agile e completo, utilizzabile autonomamente o in combinazione con il ricco corredo digitale offine e online. Secondo le più recenti indicazioni ministeriali, volume cartaceo e apparati digitali sono integrati in un unico percorso didattico. Le espansioni accessibili attraverso l’eBook+ e i materiali integrativi disponibili nel sito dell’editore sono puntualmente richiamati nel testo tramite apposite icone. + + eBOOK+ RISORSE OnLInE PIATTAFORMA DIDATTICA L’eBook+ è la versione digitale e interattiva del libro di testo, utilizzabile su tablet, LIM e computer. Aiuta a comprendere e ad approfondire i contenuti, rendendo l’apprendimento più attivo e coinvolgente. Consente di leggere, annotare, sottolineare, effettuare ricerche e accedere direttamente alle numerose risorse digitali integrative. Scaricare l’eBook+ è molto semplice. È suffciente seguire le istruzioni riportate nell’ultima pagina di questo volume. Il sito della casa editrice offre una ricca dotazione di risorse digitali per l’approfondimento e l’aggiornamento. Nella pagina web dedicata al testo è disponibile MyBookBox, il contenitore virtuale che raccoglie i materiali integrativi che accompagnano l’opera. Per accedere ai materiali è suffciente registrarsi al sito www.hoepliscuola.it e inserire il codice coupon che si trova nella terza pagina di copertina. Per il docente nel sito sono previste ulteriori risorse didattiche dedicate. La piattaforma didattica è un ambiente digitale che può essere utilizzato in modo duttile, a misura delle esigenze della classe e degli studenti. Permette in particolare di condividere contenuti ed esercizi e di partecipare a classi virtuali. Ogni attività svolta viene salvata sul cloud e rimane sempre disponibile e aggiornata. La piattaforma consente inoltre di consultare la versione online degli eBook+ presenti nella propria libreria. È possibile accedere alla piattaforma attraverso il sito www.hoepliscuola.it. Indice UNITÀ DI APPRENDIMENTO 1 Dall’energia al computer L1 Elettroni, elettricità ed energia elettrica Premessa ........................................................................................................... 2 Elettroni e struttura atomica ............................................................ 2 Campo elettrico e potenziale elettrico (cenni) ................... 4 Elettrologia, elettrizzazione ed elettricità ............................... 8 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 14 L2 Materiali nelle tecnologie elettriche ed elettroniche Premessa ........................................................................................................ 15 Materiali conduttori .............................................................................. 16 Materiali isolanti .................................................................................... 17 Semiconduttori ......................................................................................... 17 Semiconduttori drogati....................................................................... 19 Dispositivi elettronici ........................................................................... 20 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 24 L3 L’energia elettrica e la sua produzione Introduzione: richiami di fisica.................................................... 25 Cos’è l’energia ............................................................................................ 27 Fonti di energia non rinnovabili.................................................. 31 Fonti di energia rinnovabili............................................................. 33 È doveroso risparmiare energia ................................................... 38 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 40 L4 Generatori e segnali elettrici La fornitura domestica ....................................................................... 41 Circuito elettrico ..................................................................................... 44 Generatore elettrico.............................................................................. 45 Tensione sinusoidale ............................................................................ 47 Tensione rettangolare o onda quadra ...................................... 49 Utilizzatore................................................................................................... 50 Misurazione della corrente e della tensione....................... 51 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 53 L5 I bipoli e le leggi di Ohm Bipoli attivi e passivi ........................................................................... 54 La Prima legge di Ohm ....................................................................... 57 Potenza elettrica di un resistore ................................................ 61 Energia elettrica di un resistore ................................................ 61 La Seconda legge di Ohm ................................................................. 62 I pericoli dell’elettricità .................................................................... 65 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 67 Verifichiamo le competenze............................................................ 67 L6 Resistori e loro collegamento Resistore e resistenza .......................................................................... 69 Il collegamento di resistori .............................................................. 72 Due casi particolari ............................................................................... 77 Un esercizio completo ......................................................................... 78 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 83 Verifichiamo le competenze............................................................ 84 L7 Le leggi di Kirchhoff I circuiti elettrici Prima legge di Kirchhoff Seconda legge di Kirchhoff Verifichiamo le competenze L8 Reti elettriche lineari in regime stazionario Premessa Metodi per la soluzione delle reti Risoluzione completa di una rete elettrica con il metodo di Kirchhoff Un esempio completo Verifichiamo le competenze Puoi scaricare le lezioni 7 e 8 anche da hoepliscuola.it AREA digitale ◗◗ Esercizi ◗◗ Immagini ◗◗ L’atomo ◗◗ Le proprietà “curative” dell’ambra ◗◗ Conduttori, semiconduttori e superconduttori ◗◗ Come vengono realizzati i circuiti al silicio ◗◗ Cosa faccio con 1 kWh? ◗◗ James Joule e James Watt ◗◗ Pile a secco ◗◗ Multipli degli Hertz ◗◗ Alternatore ◗◗ Strumenti di misura ◗◗ Amperometri e galvanometri ◗◗ Resistività di alcuni materiali ◗◗ Coefficiente di temperatura di alcuni materiali ◗◗ Tecnologie di resistori ◗◗ Esercizi per il recupero ◗◗ Esercizi per l’approfondimento UNITÀ DI APPRENDIMENTO 2 La logica L1 La logica e il ragionamento Generalità ..................................................................................................... 88 I problemi di logica................................................................................ 89 Il ragionamento logico......................................................................... 92 Ragionamento deduttivo.................................................................... 93 Ragionamento induttivo .................................................................... 95 Verifichiamo le conoscenze ............................................................. 97 L2 Le forme proposizionali Proposizioni e non proposizioni .................................................. 98 Forme proposizionali o figure di ragionamento ........... 101 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 107 L3 Algebra di Boole e tabelle della verità Generalità .................................................................................................. 108 Tabelle della verità ............................................................................ 109 Un esempio classico ........................................................................... 113 Algebra degli insiemi e dei circuiti ......................................... 115 Verifichiamo le competenze......................................................... 118 L4 Logica sillogistica Generalità sulla logica sillogistica ........................................... 121 Enunciati singolari, particolari o universali .................... 122 Enunciati universali ........................................................................... 122 Enunciati particolari.......................................................................... 124 La conversione degli enunciati.................................................. 128 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 131 L5 Il ragionamento sillogistico L3 La realizzazione degli automi La definizione analitica di automa ......................................... 162 La rappresentazione degli automi mediante grafi di transizione .......................................................................................... 163 Due automi differenti: l’automa di Mealy e l’automa di Moore ............................... 169 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 172 Verifichiamo le competenze......................................................... 173 L4 Pattern recognition Generalità Automi riconoscitori di sequenze Verifichiamo le competenze Il sillogismo e il ragionamento Forme sillogistiche Verifichiamo le conoscenze L6 Errori nei ragionamenti sillogistici Fonti di errore nel ragionamento sillogistico Fallacie formali Fallacie informali Errori per induzione Errori per l’intuizione I paradossi Verifichiamo le competenze L7 Tre tipologie di giochi logici Perché vengono utilizzati i test ed i giochi logici I problemi di identificazione Problemi con mentitori Problemi epistemici Verifichiamo le competenze Puoi scaricare le lezioni 5, 6, 7 anche da Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 160 Verifichiamo le competenze......................................................... 160 hoepliscuola.it AREA digitale ◗◗ Esercizi Puoi scaricare la lezione 4 anche da hoepliscuola.it AREA digitale ◗◗ Esercizi UNITÀ DI APPRENDIMENTO 4 Ambienti visuali per la pseudocodifica L1 Programmiamo con Scratch e BYOB Cos’è Scratch Installazione di BYOB L’ambiente di lavoro Gli elementi di un programma Primo programma in BYOB Verifichiamo le competenze L2 Suoni e animazioni ◗◗ La negazione di una proposizione Lista degli sprite ................................................................................... 176 Le animazioni ......................................................................................... 178 I suoni ........................................................................................................... 180 Verifichiamo le competenze......................................................... 183 UNITÀ DI APPRENDIMENTO 3 L3 Eventi, interazione e sensori Sistemi, modelli e automi L1 Introduzione ai sistemi a stati finiti Il concetto di sistema........................................................................ 134 La rappresentazione dei sistemi............................................... 136 Lo stato di un sistema ...................................................................... 138 Classificazione dei sistemi ............................................................ 139 La rappresentazione dei sistemi: i modelli ...................... 142 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 146 Verifichiamo le competenze......................................................... 147 L2 Gli automi a stati finiti Generalità .................................................................................................. 148 Gli automi nella storia ..................................................................... 149 Macchine a stati finiti ....................................................................... 152 Prima descrizione analitica di un automa ........................ 155 Eventi dovuti all’utente ................................................................... 185 Sensori di contatto.............................................................................. 189 Verifichiamo le competenze......................................................... 191 L4 Variabili e gestione dell’input/output Le variabili ............................................................................................... 193 La lettura dei dati in ingresso ovvero la gestione dell’I/O ............................................................. 196 Verifichiamo le competenze......................................................... 199 Puoi scaricare la lezione 1 anche da AREA digitale ◗◗ Esercizi per il recupero ◗◗ Esercizi per l’approfondimento hoepliscuola.it UNITÀ DI APPRENDIMENTO 5 Il linguaggio C Il trattamento e la trasmissione dell’informazione L1 Installiamo l’ambiente di sviluppo C e C++ L1 Analogico e digitale Il linguaggio C e C++ Come si scrive un programma in C e C++ Installiamo l’ambiente di lavoro Dev-C++ Scriviamo il nostro primo programma “Rientriamo” nell’ambiente Dev-C++ Verifichiamo le conoscenze Analogico e digitale ............................................................................ 244 Perché il digitale? ................................................................................ 247 Digitale o binario? ............................................................................... 248 Codifica in bit o binaria .................................................................. 249 Rappresentazione dei dati alfabetici ..................................... 250 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 253 Verifichiamo le competenze......................................................... 254 L2 Primi programmi in C La struttura di un programma C .............................................. 202 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 207 Verifichiamo le competenze......................................................... 208 L3 La selezione e gli operatori logici La condizione logica .......................................................................... 209 La selezione doppia e semplice ............................................... 210 Gli operatori logici .............................................................................. 216 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 219 Verifichiamo le competenze......................................................... 220 Il ciclo a condizione iniziale: while ... {...} ....................... 221 Il ciclo a condizione finale: do ... while .............................. 224 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 228 Verifichiamo le competenze......................................................... 229 L5 I vettori e il ciclo a conteggio Il tipo di dato strutturato array................................................. 231 I vettori o array monodimensionali ....................................... 232 Il ciclo a conteggio for ...................................................................... 234 Ciclo con contatore negativo ...................................................... 237 Un ciclo dentro un ciclo: cicli annidati .............................. 238 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 240 Verifichiamo le competenze......................................................... 242 L6 L’ordinamento e la ricerca I problemi classici dell’informatica Ordinamento per scambio (a bolle) Ricerca sequenziale (o lineare) Verifichiamo le competenze AREA digitale ◗◗ Esercizi ◗◗ Specifiche degli identificatori ◗◗ Generazione di numeri casuali ◗◗ Esercizi per il recupero ◗◗ Esercizi per l’approfondimento L2 Immagini, suoni e filmati Introduzione ............................................................................................ 255 Immagini digitali................................................................................... 256 Compressione delle immagini .................................................... 265 Immagine vettoriale .......................................................................... 267 Filmati digitali ........................................................................................ 268 Suoni digitali............................................................................................ 269 Esempio riepilogativo........................................................................ 272 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 273 Verifichiamo le competenze......................................................... 273 L3 Reti digitali L4 L’iterazione ovvero i cicli indeterminati Puoi scaricare le lezioni 1 e 6 anche da UNITÀ DI APPRENDIMENTO 6 Generalità .................................................................................................. 275 Funzioni logiche fondamentali ................................................. 276 Funzioni logiche non fondamentali ...................................... 278 Trasformazioni di reti logiche .................................................... 280 Circuiti logici........................................................................................... 284 Verifichiamo le competenze......................................................... 287 L4 L’architettura di un computer L’architettura secondo Von Neumann.................................. 288 La CPU ......................................................................................................... 289 L’unità di controllo ............................................................................. 290 La memoria centrale ......................................................................... 291 La memoria di massa ........................................................................ 293 L’input/output ......................................................................................... 296 I bus di comunicazione ................................................................... 296 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 297 L5 Arduino e i sistemi embedded hoepliscuola.it I sistemi embedded ............................................................................ 298 Il progetto Arduino ............................................................................. 299 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 303 Verifichiamo le competenze......................................................... 303 L6 La trasmissione delle informazioni Introduzione alle reti di telecomunicazioni .................... 304 La comunicazione digitale ............................................................ 306 Tecniche di commutazione .......................................................... 307 Reti multimediali per la fornitura di servizi a utenti residenziali .................................................... 311 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 312 AREA digitale ◗◗ Esercizi ◗◗ Immagini ◗◗ Prefissi binari per il byte ◗◗ Tabella dei colori RGB ◗◗ Circuiti combinatori ◗◗ Flip-flop di tipo SR ◗◗ I registri delle CPU x86 ◗◗ Sensori e trasduttori ◗◗ Esercizi per il recupero ◗◗ Esercizi per l’approfondimento UNITÀ DI APPRENDIMENTO 7 HTML e il Web L1 Internet e HTML Internet ........................................................................................................ 314 Il cloud computing .............................................................................. 317 L’architettura del Web ...................................................................... 318 I servizi di Internet ............................................................................. 319 I domini, il DNS e la registrazione di siti .......................... 320 HTML e il WWW ................................................................................... 321 L’HTML......................................................................................................... 322 La creazione di una pagina ......................................................... 323 La sintassi HTML ................................................................................. 324 Il corpo del documento (tag <body>) .................................. 326 I paragrafi e la formattazione del testo ............................... 327 La definizione del carattere ......................................................... 331 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 333 Verifichiamo le competenze......................................................... 333 L2 Approfondiamo HTML Le immagini ............................................................................................. 335 Le liste .......................................................................................................... 337 Le tabelle .................................................................................................... 339 I collegamenti ipertestuali (link) ............................................. 342 Le mappe sensibili .............................................................................. 344 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 345 Verifichiamo le competenze......................................................... 346 L3 Multimedialità e moduli nelle pagine Web Gli oggetti multimediali................................................................... 348 Inserire applet Java ............................................................................ 351 Moduli e server Web .......................................................................... 351 Il modulo di immissione form .................................................... 352 Gli elementi che compongono i moduli (campi) ......... 353 Come disabilitare i controlli ...................................................... 357 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 359 Verifichiamo le competenze......................................................... 360 AREA digitale ◗◗ Esercizi ◗◗ Immagini ◗◗ Video ◗◗ Intestazione e comando DOCTYPE ◗◗ I codici dei colori esadecimali ◗◗ Collegamento ipertestuale alla mail ◗◗ Link al download di un file UNITÀ DI APPRENDIMENTO 8 Sistemi operativi a linea di comando L1 La shell dei comandi di Windows La shell di sistema............................................................................... 362 I comandi di shell ................................................................................ 364 Il comando PATH ................................................................................. 368 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 370 L2 I comandi principali Il file system............................................................................................. 371 Il comando prompt ............................................................................. 373 Le unità logiche ................................................................................... 373 I comandi di gestione delle directory ................................... 375 Gli attributi dei file ............................................................................. 378 I comandi per i file ............................................................................. 379 I comandi di copia .............................................................................. 380 I comandi di rete .................................................................................. 381 Verifichiamo le conoscenze .......................................................... 385 Verifichiamo le competenze......................................................... 387 L3 I caratteri jolly, reindirizzamento e pipelining I caratteri jolly Il reindirizzamento I comandi filtro Verifichiamo le conoscenze Verifichiamo le competenze L4 I file batch I file batch La selezione Il comando for Verifichiamo le competenze Puoi scaricare le lezioni 3 e 4 anche da hoepliscuola.it AREA digitale ◗◗ Esercizi ◗◗ Correggere lo stato dei supporti di memoria ◗◗ Creare un’Unità virtuale ◗◗ Esempi di comandi CD, MD e RD ◗◗ La gestione delle utenze APPENDICE La filiera e le figure professionali Come utilizzare il coupon per scaricare la versione digitale del libro (eBook+) e i contenuti digitali integrativi (risorse online).......................................... 384 UNITÀ DI APPRENDIMENTO Dall’energia al computer 1 L1 Elettroni, elettricità ed energia elettrica L2 Materiali nelle tecnologie elettriche ed L3 L4 L5 L6 L7 L8 elettroniche L’energia elettrica e la sua produzione Generatori e segnali elettrici I bipoli e le leggi di Ohm Resistori e loro collegamento Le leggi di Kirchhoff Reti elettriche lineari in regime stazionario Conoscenze • • • • • • • • Gli elementi che sono alla base dell’elettrologia L’elettricità e la corrente elettrica La relazione tra l’energia, il lavoro e la potenza Le fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili I componenti circuitali Le onde periodiche Elementi passivi e resistenza Le modalità di collegamento di resistori Competenze • • • • • Classificare le fonti di energia Riconoscere gli elementi attivi e quelli passivi Individuare il periodo di un’onda periodica Riconoscere il valore dei resistori dal codice colore Individuare nodi e maglie di un circuito Abilità • • • • Riconoscere un conduttore e un isolante Effettuare la misurazione della resistenza di un bipolo Applicare le leggi di Ohm Calcolare la variazione di resistenza per effetto della temperatura • Risolvere i circuiti elettrici mediante il metodo di Kirchhoff AREA digitale ◗◗Esercizi ◗◗Immagini ◗◗LÕatomo ◗◗Le proprietˆ ÒcurativeÓ dellÕambra ◗◗Conduttori, semiconduttori e superconduttori ◗◗ Come vengono realizzati i circuiti al silicio ◗◗Cosa faccio con 1 kWh? ◗◗James Joule e James Watt ◗◗Pile a secco ◗◗Multipli degli Hertz ◗◗Alternatore ◗◗Strumenti di misura ◗◗Amperometri e galvanometri ◗◗Resistivitˆ di alcuni materiali ◗◗Coefficiente di temperatura di alcuni materiali ◗◗Tecnologie di resistori ◗◗Esercizi per il recupero ◗◗Esercizi per lÕapprofondimento Esempi proposti Consulta il CD-ROM in allegato al volume Soluzioni (prova adesso, esercizi, verifiche) Puoi scaricare il file anche da hoepliscuola.it LEZIONE 1 Elettroni, elettricità ed energia elettrica In questa lezione impareremo... ◗ gli elementi che sono alla base dell’elettrologia ◗ in cosa consiste l’elettricità ◗ cos’è la corrente elettrica ■◗ Premessa Scopo di questa lezione è quello di introdurre i concetti di base dell’energia elettrica, cercando di dare le risposte e sciogliere i principali dubbi su cosa è effettivamente la “corrente elettrica”, fornendo quelle poche nozioni di base indispensabili per affrontare lo studio dei circuiti elettrici. ■◗ Elettroni e struttura atomica Per poter comprendere i fenomeni elettrici è necessario partire dalla costituzione della materia e quindi da una “sommaria” descrizione dall’atomo. ATOMO L’atomo (dal greco ἄτομος - àtomos , indivisibile) è la più piccola porzione di un elemento chimico che conservi le proprietà dell’elemento stesso. Il termine atomo fu introdotto dal flosofo greco Leucippo (in “collaborazione” col suo allievo Democrito) attorno al 400 a.C. per defnire le entità elementari, indistruttibili e indivisibili, di cui egli riteneva che fosse costituita la materia; oggi sappiamo che l’atomo è una struttura molto complessa ma per la nostra trattazione non è necessario entrare nei dettagli ed è suffciente schematizzarlo con un nucleo centrale formato da protoni, particelle a 2 Elettroni, elettricità ed energia elettrica Lezione 1 carica positiva, e neutroni, particelle a carica neutra, attorno al quale ruotano come satelliti gli elettroni, che hanno carica negativa. protoni neutroni Ogni atomo è elettricamente neutro, nel senso che il numero di elettroni che ruotano attorno al nucleo è uguale al numero di protoni in esso presente, quindi il numero di cariche positive è uguale al numero di cariche negative. AREA nucleo elettroni digitale L’atomo I protoni e i neutroni sono circa 2000 volte più pesanti degli elettroni che, in realtà, non percorrono vere e proprie orbite attorno al nucleo ma concettualmente le si può considerare tali per non entrare troppo nel dettaglio: con buona approssimazione possiamo considerare accettabile il modello dell’atomo dove gli elettroni ruotano su di un’orbita circolare generata dall’equilibro tra la forza di attrazione che il nucleo esercita sull’elettrone e la forza centrifuga che spinge l’elettrone verso l’esterno (legata alla sua velocità), come riportato nella fgura a fanco. ▶ orbi ta circolare nucleo + – forza di attrazione elettrostatica forza centrifuga La forza di attrazione è chiamata forza di attrazione elettrostatica ed è dovuta al fatto che tra cariche negative e cariche positive si genera una attrazione mentre tra cariche dello stesso segno la forza tra di esse è repulsiva (è lo stesso fenomeno che avviene avvicinando due calamite che si respingono o si attraggono a seconda della polarità). Alla carica positiva viene associato il simbolo + mente alla carica negativa il simbolo –, “prendendo in prestito” i simboli dall’algebra; viene spesso anche assegnato un colore di riferimento, che è blu (o nero) per la carica negativa e rosso per 3 UdA 1 Dall’energia al computer quella positiva: i vedremo in seguito che tali colori saranno indicati anche sui dispositivi (e sui fli) per indicarne la ◀ polarità ▶. ◀ Se in un dispositivo (o in una sostanza) esiste una localizzazione di cariche opposte in punti distanti tra loro questi punti vengono detti poli e il valore di carica in eccesso presente su di essi si chiama polarità ▶ Nel 1897 il fsico inglese John Joseph Thomson misurò la massa dell’elettrone in 10–30 kg e ad esso viene associata la carica: e = −1, 6022 ⋅ 10−19 C dove l’unità di misura della carica elettrica nel ◀ Sistema Internazionale ▶ è il coulomb (simbolo C), dal nome dello scienziato francese Charles Augustin de Coulomb. Per ottenere una carica negativa di −1 C (dato che la carica dell’elettrone è negativa) occor1 = 6, 2414 ⋅ 1018 elettroni! rono quindi 1, 6002 ⋅ 10−19 ◀ Il Sistema internazionale di unità di misura, abbreviato in SI (Système International d’Unités), è il più diffuso sistema di unità di misura: è basato su sette unità fondamentali, con le quali vengono definite le unità derivate. Il SI, inoltre, definisce una sequenza di prefissi da premettere alle unità di misura per identificare i loro multipli e sottomultipli. ▶ ■◗ Campo elettrico e potenziale elettrico (cenni) Avvicinando due cariche queste si attraggono (o si respingono) a seconda se hanno tipo di carica concorde o discorde (come avviene per i magneti) e l’intensità della forza di attrazione o repulsione è legata alla loro distanza, analogamente a come avviene per l’attrazione dei corpi e dei pianeti, e ha la stessa espressione: F = k0 q1 q2 d2 dove: ◗◗ F è la forza (detta anche forza di coulomb) espressa in Newton; ◗◗ k0 è una costante di proporzionalità che dipende dal mezzo dove sono poste le cariche (dielettrico) ◗◗ q1 e q2 sono i valori delle due cariche; ◗◗ d è la distanza. Questa relazione prende il nome legge di Coulomb e ha la medesima struttura della legge di gravitazione universale: entrambe le forze sono direttamente proporzionali al prodotto delle proprietà dei due corpi (la massa nel caso della forza gravitazionale, la carica elettrica nel caso della forza elettrostatica) e inversamente proporzionali al quadrato della loro distanza. 4 Elettroni, elettricità ed energia elettrica Lezione 1 Quindi una carica elettrica posta in una regione di spazio ne altera il suo stato: la regione che “ne sente gli effetti” viene chiamata campo elettrico, così come un magnete genera un campo magnetico. Se la carica che crea il campo è positiva, i ◀ vettori campo elettrico ▶ sono diretti verso l’esterno mentre se la carica che crea il campo è negativa, i vettori campo elettrico sono diretti verso l’interno. + – ◀ Vettore campo elettrico. Il campo elettrico è una grandezza vettoriale, definita da un’intensità, da una direzione e da un verso: la direzione e il verso del vettore campo elettrico esprimono la direzione e il verso di percorrenza della traiettoria che una carica positiva di prova q posta in quel punto prenderebbe per effetto del campo elettrico. ▶ Se poniamo due cariche vicine si generano campi diversi a seconda che le cariche siano di segno opposto oppure dello stesso segno: 2 1 + 3 Ð 2 1 + 3 + ◗◗ nel primo caso, nella zona 1 i campi si rafforzano, perché se introduciamo una carica di prova positiva questa è respinta verso destra dalla carica positiva e attratta verso destra da quella negativa; ◗◗ nel secondo caso, nella zona 1 i campi tendono ad annullarsi, perché in questo caso se introduciamo una carica di prova positiva questa è respinta verso destra dalla prima carica e respinta verso sinistra dalla seconda. Nelle zone esterne 2 e 3 il campo assomiglia a quello della carica puntiforme più vicina: nella zona 2 il campo è simile a quello di una sola carica positiva, perché l’altra carica, che è lontana, fa sentire poco la sua infuenza. 5 UdA 1 Dall’energia al computer Quindi, a seconda della posizione, gli effetti del campo elettrico sono diversi: a ogni punto del campo viene associato un valore, indicato come energia potenziale elettrica (E), che è un parametro dipendente dalla forza che agisce in quel punto. Esiste una stretta analogia tra l’energia potenziale elettrica e l’energia potenziale gravitazionale: sappiamo che l’energia potenziale gravitazionale si trasforma in energia cinetica e così, come vedremo, avviene anche per l’energia potenziale elettrica. ESEMPIO Nell’esempio riportato nella fgura a fanco il campo elettrico viene generato da due superfci cariche di segno opposto: la carica q+, quando è in A, ha un’energia potenziale elettrica maggiore che in B. + + A + + + + + + + + – – – E q+ B – – – – – – Una grandezza fondamentale in elettrologia che ci permette di misurare il “dislivello elettrico” tra due punti del campo è la differenza di potenziale: esprime la capacità di un campo elettrico di compiere un lavoro. DIFFERENZA DI POTENZIALE La differenza di potenziale VA − VB (tra i punti A e B) è uguale al lavoro WA→B che la forza del campo compie quando la carica di prova positiva q+ si sposta da A a B, diviso per questa carica q+: W VA − VB = A→B q La differenza di potenziale elettrico (d.d.p.) si misura in Volt, in onore al grande fsico comasco Alessandro Volta, e viene indicata con ΔVAB dove sono riportati i due punti in cui viene misurato il potenziale oppure, anche semplicemente, solamente con ΔV. Dalla differenza di potenziale possiamo defnire il potenziale elettrico in un punto A scegliendo il secondo punto con valore 0, in modo che risulti: VA − VB = VA − 0 = VA Il secondo punto che viene preso come riferimento è il potenziale della terra, che per convenzione viene posto al valore 0, e viene grafcamente indicato con il simbolo: 6 Elettroni, elettricità ed energia elettrica Lezione 1 Dato che alla terra viene attribuito il potenziale zero, il valore del potenziale di un dato punto potrà essere inteso come la d.d.p. fra questo punto e la terra: questo potenziale sarà positivo o negativo a seconda che esso sia maggiore o minore di quello della terra. Zoom su... MESSA A TERRA Mettere a terra un punto significa collegarlo al suolo mediante un altro conduttore che consente il passaggio delle cariche (generalmente viene utilizzato un cavo elettrico di colore giallo e verde). Negli impianti elettrici delle abitazioni, per la legge sulla sicurezza degli impianti, deve essere disponibile una connessione a terra alla quale connettere ogni dispositivo: fisicamente la messa a terra può essere realizzata mediante un dispersore di terra che altro non è se non un’asta di acciaio zincato o ramato della lunghezza di un metro o 1,5 metri (chiamato anche puntazza) che viene parzialmente inserito nel terreno come si vede nelle seguenti immagini. Lasciamo alla fsica la defnizione rigorosa di potenziale elettrico: si misura in Volt, viene indicato con la lettera V ed è in stretta relazione con l’energia potenziale elettrica dato che è l’energia posseduta da una distribuzione di carica elettrica che genera la forza esercitata dal campo. Zoom su... POSITIVA O NEGATIVA L’attribuzione del nome di carica positiva e negativa assegnato ai protoni e agli elettroni è associato proprio al concetto di potenziale elettrico: dove il potenziale elettrico è più elevato si associa un valore positivo e quindi in corrispondenza sono presenti in maggior numero cariche positive oppure c’è una carenza di cariche negative (polo positivo) mentre se si ha un potenziale elettrico più basso ci sono cariche negative in eccesso o cariche positive in difetto (polo negativo). 7 UdA 1 Dall’energia al computer ■◗ Elettrologia, elettrizzazione ed elettricità Più di duemila anni fa i Greci erano rimasti colpiti dalle caratteristiche dell’ambra, una resina prodotta da alcuni alberi: dopo averla strofinata con un panno di lana, essa acquista la proprietà di attrarre corpi leggeri che si trovano nelle sue immediate vicinanze. Questo fenomeno prende il nome di elettrizzazione: strofnando un oggetto gli si cede energia per attrito, che viene acquistata dagli elettroni esterni che sono più vicini alla superfcie dell’oggetto, e le cariche negative passano da un corpo all’altro; se ora si prende quello con un eccesso di cariche negative e lo si avvicina a un oggetto leggero questo oggetto viene attirato del primo. Zoom su... AMBRA Ambra (in greco antico ήλεκτρον, elektron) è un termine usato in passato come sinonimo di resina fossile e la varietà baltica è la più importante dal punto di vista mineralogico. L’ambra è emessa dalle conifere sotto forma di resina e si fossilizza successivamente con il tempo; in alcuni casi si solidifica con dei resti di insetti morti. Attualmente si raccoglie comunemente in Polonia, Lituania, Lettonia, Russia, Danimarca, Germania e Svezia; la sua lavorazione è molto diffusa nei paesi che si affacciano al mar Baltico. La Via dell’ambra, un tempo detta anche “via Imperiale”, è un percorso di circa 418 km che attraversa i Paesi Baltici e la Russia, tradizionali produttori di ambra fossile. L’ambra contiene al suo interno numerose sfumature di colori e luci e viene impiegata nella produzione di impugnature di bastoni, collane, orecchini, braccialetti, anelli, bocchini per sigarette e cannelli di pipe. Nelle vicinanze di San Pietroburgo, a Tsarskoye Selo, l’architetto italiano Francesco Bartolomeo Rastrelli su incarico di Elisabetta Petrovna realizzò la “Camera d’Ambra”, che è il vero tesoro del Palazzo di Caterina II la Grande: si tratta di una stanza, a suo tempo adibita a studio, le pareti della quale sono ricoperte con pannelli di mosaici d’ambra con sfumature diverse. 8 AREA digitale Le proprietà “curative” dell’ambra Elettroni, elettricità ed energia elettrica Lezione 1 L’elettrizzazione così ottenuta prende il nome di elettrizzazione per strofnio ma non tutti gli oggetti hanno questa capacità: ad esempio i metalli, al contrario della plastica, non possono attirare nessun oggetto. Zoom su... ELETTRIZZAZIONE Oltre a quello per strofinio esiste un secondo modo per elettrizzare un corpo: l’induzione. Quando un oggetto elettricamente neutro viene posto all’interno di un campo elettrico le cariche all’interno di esso si “muovono” e si ridistribuiscono in base all’oggetto che viene avvicinato: se questo è carico negativamente, le cariche negative interne al campo elettrico vengono respinte mentre quelle positive vengono attratte e i due oggetti si attirano, se invece si avvicina un oggetto carico positivamente avviene il contrario, cioè le cariche positive vengono respinte mentre le cariche negative vengono attratte. La parola elettricità deriva dal greco elektron, che vuol dire appunto ambra e con essa si intende l’insieme dei fenomeni prodotti dalla carica elettrica. L’elettrologia è la parte della fsica che studia i fenomeni connessi con l’elettricità: ◗◗ si parla di elettrostatica quando vengono studiati i fenomeni dovuti alle cariche elettriche statiche, cioè con grandezza e posizione determinate e invariabili nel tempo; ◗◗ si parla invece di elettrodinamica quando si studiano le mutue azioni fra circuiti percorsi da cariche elettriche in movimento (azioni elettrodinamiche) e, più in generale, le interazioni fra cariche in moto e campi elettromagnetici. La corrente elettrica Nella materia gli elettroni si dispongono attorno all’atomo su sette orbite ellittiche diverse (livelli energetici), ciascuna caratterizzata da un preciso numero massimo di elettroni: se sono presenti tutti gli elettroni in un’orbita questa si dice completa. orbita n°1 max 2 elettroni orbita n°2 max 8 elettroni orbita n°3 max 18 elettroni orbita n°4 max 32 elettroni orbita n°5 max 18 elettroni orbita n°6 max 9 elettroni orbita n°7 max 2 elettroni Gli elettroni tendono a occupare sempre il livello energetico libero più basso (più vicino al nucleo) fno a saturarlo e solo allora si dispongono in livelli energetici più esterni. 9 UdA 1 Dall’energia al computer Quando un atomo assorbe energia un elettrone passa da un livello più interno a uno più esterno, compiendo il cosiddetto salto quantico (o transizione elettronica) e l’atomo si viene a trovare in una situazione di instabilità (stato eccitato): quando l’elettrone ritorna al livello energetico di partenza, viene restituita esattamente la medesima quantità di energia assorbita e l’atomo riacquista il suo stato originario. Se un atomo ha l’ultima orbita non completa tenderà: ◗◗ a perdere gli elettroni dell’ultima orbita non completa se essi sono pochi; ◗◗ a completare l’orbita catturando elettroni di altri atomi, ma se questi elettroni continuano a mantenere il legame con il loro nucleo originario si forma una molecola, cioè un insieme di atomi legati tra di loro dagli elettroni messi in comune. I materiali che hanno pochi elettroni in una orbita che dovrebbe essere “affollata” hanno la tendenza a perdere questi elettroni (che sono detti elettroni di conduzione): in questi casi gli elettroni “liberi” gireranno disordinatamente tra gli atomi passando da atomo ad atomo sulle rispettive orbite esterne. A seconda della caratteristica dei materiali di permettere il movimento di cariche elettriche possiamo distinguerli in prima approssimazione in due categorie: ◗◗ conduttori; ◗◗ isolanti. CONDUTTORI Chiameremo conduttori i materiali che hanno questa caratteristica, cioè che hanno la tendenza a perdere elettroni, e che dunque favoriscono il movimento degli elettroni stessi. I conduttori sono essenzialmente i metalli, hanno cariche negative abbastanza libere di muoversi dato che, come si è detto, le orbite elettroniche più esterne non sono completamente riempite e gli elettroni di conduzione possono migrare di orbita in orbita e anche uscire dal conduttore se questo è collegato con un altro conduttore o se viene fornita suffciente energia: ad esempio, se viene fornito calore (energia termica) in quantità suffciente da liberarli dalla forza di attrazione che li lega al nucleo (energia di estrazione) aumenta il numero di elettroni liberi che si muovono nel materiale. Negli isolanti (o dielettrici) le orbite elettroniche più esterne sono o completamente riempite o quasi completamente riempite, le migrazioni di elettroni sono praticamente proibite e l’energia di estrazione è più alta. Sono conduttori tutti i metalli (rame, ferro, argento, piombo, zinco) mentre sono isolanti le materie plastiche, il legno, il vetro, l’aria, la carta. Inoltre tra i solidi conduttori di elettricità possiamo effettuare una ulteriore classifcazione in metalli e semiconduttori, elementi di base per la realizzazione dei dispositivi elettronici (ad esempio il silicio). 10 AREA digitale Conduttori, semiconduttori e superconduttori Elettroni, elettricità ed energia elettrica ESEMPIO Lezione 1 isolamento interno Un esempio di come “convivono” conduttori e isolanti è il flo che alimenta tutte le nostre apparecchiature che necessitano di alimentazione elettrica per funzionare: questo è composto da una doppia guaina di materiale isolante, una interna che avvolge ciascuno dei due conduttori di rame, e una esterna che “raggruppa i due fli”. isolamento esterno fili che portano corrente In un conduttore, in assenza di campo elettrico esterno, gli elettroni liberi si muovono in modo casuale, proprio come le molecole ur di un gas all’interno di un recipiente: se invece lo sottoponiamo a un campo elettrico E si Il flusso di questi elettroni prende il nome crea un movimento di elettroni che tendodi corrente elettrica, viene indicata con la no ad andare nel punto in cui il potenziale lettera I e nel Sistema Internazionale ha coè più alto, cioè dove è presente un eccesso me unità di misura l’◀ ampere ▶ (A). di cariche positive. ◀ André-Marie Ampère fu tra i più importanti fisici francesi (Lione 1775 - Marsiglia 1836) e dedicò parte della sua vita alle ricerche su elettricità e magnetismo. In suo onore è stata denominata l’unità di misura della corrente elettrica. ▶ CORRENTE ELETTRICA Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche. Si definisce intensità della corrente elettrica I il rapporto tra la quantità di carica ΔQ che passa attraverso una sezione del conduttore e l’intervallo di tempo Δt in cui avviene il passaggio: I= ΔQ Δt Quindi 1 ampere è defnito come l’intensità di una corrente che trasporta, attraverso la sezione del conduttore, la carica di 1 coulomb in 1 secondo: 1A= 1C 1s L’intensità della corrente elettrica può cambiare istante per istante oppure rimanere costante nel tempo: ◗◗quando è unidirezionale e la sua intensità rimane costante nel tempo si dice che la corrente è continua; ◗◗se l’intensità e il verso variano periodicamente nel tempo, la corrente si dice alternata: un suo parametro tipico è la frequenza, misurata in Hertz, che indica il numero di cicli completi che effettua in un secondo. i(t) continua t alternata 11 UdA 1 Dall’energia al computer Zoom su... CORRENTE DOMESTICA Per avere una corrente elettrica è quindi necessario avere una differenza di potenziale: tutti i dispositivi domestici che funzionano a energia elettrica “ricevono la corrente” mediante le prese a muro dove il nostro fornitore di energia elettrica (come ad esempio l’Enel) provvede a mantenere una differenza di potenziale di 220 volt alternati con frequenza di 50 hertz. L’intensità della corrente che “attraversa” i nostri elettrodomestici è invece variabile e dipende da un insieme di caratteristiche del dispositivo che verranno analizzate in una prossima lezione. Il fornitore di energia elettrica si impegna a mantenere costante la d.d.p. ai capi delle prese: l’energia elettrica, come vedremo, non è presente in natura e quindi è una fonte di energia secondaria che deve essere ricavata mediante la trasformazione di una fonte di energia primaria, quali il Sole, il petrolio, il vento ecc. Convenzione sul moto della corrente La corrente elettrica è fsicamente un fusso ordinato di elettroni che attraversano un flo metallico (o un altro materiale conduttore) per un tempo prolungato: in pratica consiste in un moto di cariche negative che si muovono dal punto di potenziale più basso (indica to con –) al punto di potenziale più alto (indicato con +) per cercare di equilibrare i due potenziali portandoli allo stesso valore, cioè in equilibrio. Nei circuiti elettrici il movimento della corrente viene indicato con una freccia e convenzionalmente si indica col segno positivo la corrente che si “muove dal morsetto + al morsetto –”, intendendo con questa notazione la corrente come un fusso di cariche positive che passano dal potenziale più alto al potenziale più basso, come si può vedere nelle fgure seguenti: moto convenzionale della corrente + + + + + + + + + + flusso ordinato di cariche positive moto reale della corrente – – – – – – – – – – flusso ordinato di cariche negative In questo caso si parla proprio di moto convenzionale della corrente o più semplicemente di corrente convenzionale. Osserviamo come, sia che si studi un circuito elettrico considerando il moto reale della corrente, sia che lo si analizzi considerando il moto convenzionale delle cariche, i risultati ottenuti sono gli stessi. 12 Elettroni, elettricità ed energia elettrica Lezione 1 ESEMPIO Lo verifchiamo con un esempio numerico: si supponga che il punto A sia a potenziale 10 V e il punto B a potenziale 2 V, così da avere una differenza di potenziale ΔV = 8 V tra di essi; il polo A è a potenziale maggiore del polo B e quindi sarà il polo positivo mentre il polo B sarà il polo negativo. Caso 1: moto cariche positive (convenzionale) Convenzionalmente il moto è delle cariche positive che vanno dai punti a potenziale maggiore a quelli a potenziale minore: si supponga che una quantità Q1 di cariche positive “arrivi al punto B” e faccia aumentare il potenziale in quel punto di 2 V. Q1 10 V 2V + A B Ora il potenziale VA del punto A è diminuito di 2 V e vale VA = 8 V, mentre il potenziale VB del punto B vale VB= 4 V; la differenza di potenziale ΔV adesso è: 4V 8V A B ΔV = VA – VB = 4 V Caso 2: moto cariche negative (reale) Fisicamente il moto è delle cariche negative che vanno dai punti a potenziale minore a quelli a potenziale maggiore: si supponga ora che una quantità Q1 di cariche negative “arrivi al punto A” e faccia diminuire il potenziale in quel punto di 2 V. Q1 10 V A – 2V B Ora il potenziale VA del punto A è diminuito di 2 V e vale VA = 8 V, mentre il potenziale VB del punto B è aumentato e vale VB = 4 V; la differenza di potenziale ΔV adesso è: 8V A 4V B ΔV = VA – VB = 4 V Il risultato, naturalmente, è lo stesso. Per questo fatto il verso di una corrente elettrica può esseredella indifferentemente riferito Per consuetudine si considera come “verso convenzionale” corrente elettrica il versosia dial movimento di elettricità negativa siarispetto al movimento in senso opposto di elettricità scorrimento delle cariche positive alle cariche negative: tale verso è dunquepositiva. opposto a quello secondo cui realmente avviene il movimento degli elettroni lungo il circuito. In un circuito elettrico si dirà quindi convenzionalmente: ◗◗ che la corrente esce dal polo positivo del generatore e rientra dal polo negativo; ◗◗ che la d.d.p. che esiste tra i poli di un generatore agisce dal polo positivo al polo negativo, ovvero il polo positivo è a potenziale maggiore rispetto a quello negativo. 13 UdA 1 Dall’energia al computer Verifichiamo le conoscenze 1. Risposta multipla 1 Un atomo è elettricamente: a. neutro b. dipendente dal numero degli elettroni c. dipendente dal numero dei protoni d. dipendente dal materiale 4 La differenza di potenziale elettrico : a. viene indicata con ddp oppure ΔV b. è sempre maggiore di 0 c. è riferita al potenziale della terra d. si misura il volt 2 In merito alle cariche, quali tra le seguenti affermazioni sono vere? a. alla carica positiva viene associato il simbolo + b. la carica positiva ruota attorno al nucleo c. alla carica positiva viene associato il colore di riferimento rosso d. in un atomo la somma algebrica delle cariche è uguale a 0 5 Quali tra le seguenti orbite degli elettroni riportano un numero massimo di elettroni errato? a. 1° orbita: 2 elettroni b. 3° orbita: 18 elettroni c. 5° orbita: 18 elettroni d. 6° orbita: 8 elettroni e. 7° orbita: 2 elettroni 3 L’unità di misura della carica elettrica è: a. il watt b. il coulomb c. il joule d. il newton 6 Quale tra i seguenti elementi è un conduttore? a. rame b. vetro c. l’aria d. argento e. carta f. piombo AREA digitale 2. Vero/falso 14 1 Gli elettroni sono particelle subatomiche con carica negativa. 2 I protoni e gli elettroni sono cariche che ruotano attorno al nucleo. 3 Tra cariche di segno diverso esiste una forza di repulsione. 4 Se in un dispositivo esiste una localizzazione di cariche opposte in punti distanti tra loro questi punti vengono detti poli. 5 Un elettrone ha una carica di circa e = −1,6022 × 10–19 C. 6 La differenza di potenziale esprime la capacità di un campo elettrico di compiere lavoro. 7 Dove il potenziale elettrico è più elevato si associa un valore positivo. 8 In tutti gli oggetti è possibile effettuare l’elettrizzazione per strofinio. 9 Gli elettroni tendono a occupare sempre il livello energetico libero più basso. 10 Con salto quantico si intende il passaggio di un elettrone da un livello più interno a uno più esterno. 11 La corrente elettrica è un flusso di cariche positive che passano dal potenziale più alto al potenziale più basso. VF VF VF VF VF VF VF VF VF VF VF
