Elettrodinamica

Elettrodinamica
1. La corrente elettrica continua
2. I circuiti elettrici
Prof. Giovanni Ianne
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La corrente elettrica
Si chiama corrente elettrica
un moto ordinato di cariche
elettriche.
La lampada ad incandescenza si accende, perché la
corrente che passa nel filamento le cede energia elettrica.
In altre parole, l’ energia elettrica viene trasformata in
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calore + luce.
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Il moto di un liquido
Per fare scorrere l’acqua in una conduttura occorre che il
liquido si trovi a livelli diversi, in modo da avere tra essi una
differenza di energia potenziale
gravitazionale.
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Il moto delle cariche
Per far muovere le cariche nel filo conduttore è
necessaria una differenza di potenziale elettrico: le
cariche positive seguono la «discesa di potenziale»; le
cariche negative risalgono la «discesa di potenziale».
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L’intensità di corrente elettrica
Si chiama intensità di corrente elettrica il rapporto tra la
quantità di carica che attraversa una sezione trasversale
del conduttore e l’intervallo di tempo impiegato ad
attraversarlo.
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Corrente elettrica continua: intensità costante nel tempo.
In corrente continua il flusso di elettroni si muove nello stesso
verso, mentre in corrente alternata il flusso si inverte
periodicamente.
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L’ampere
Nel Sistema Internazionale l’intensità di corrente elettrica
si misura in ampere (simbolo A).
L’ ampere è la quantità di carica pari a 1 C che attraversa una
sezione qualunque di un conduttore in un secondo.
Lo strumento con il quale si misura l’intensità di corrente
elettrica e altre grandezze elettriche si chiama “tester” (che
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può essere di tipo analogico o digitale)
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La corrente continua
In una corrente continua, la carica che attraversa una sezione
del filo e il tempo trascorso sono direttamente proporzionali.
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Le cariche elettriche si muovono in un conduttore quando esiste
una d.d.p. ai suoi capi. Il dispositivo che mantiene costante
questa d.d.p. è il generatore di tensione (pila, batteria, ecc.).
Si può paragonare il generatore di tensione ad una pompa
idraulica che mantiene costante la d.d.l. tra i due serbatoi in
modo tale che il flusso d’ acqua nella condotta di collegamento
permanga finchè è in funzione la pompa.
Quando il liquido si trova allo stesso livello, la corrente non
fluisce più: La pompa toglie l’acqua dove il livello è basso (-) e
la trasporta dove il livello è alto (+), ricreando così il dislivello
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che causa la corrente di liquido.
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Lampadina spenta
Quando gli estremi del filo sono allo stesso
potenziale, la corrente non fluisce e la lampadina
rimane spenta.
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Lampadina accesa
Perché circoli corrente, occorre creare il dislivello
elettrico inserendo una pila.
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Il generatore di tensione continua
Si chiama generatore di tensione
continua un dispositivo capace
di mantenere ai suoi capi una
differenza di potenziale costante.
Per convenzione, si indica come
verso della corrente elettrica quello
percorso da cariche positive, cioè dal
polo positivo a quello negativo del
generatore.
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Gli elettroni
Nei conduttori metallici le uniche cariche in movimento sono
quelle degli elettroni. Pertanto, nei conduttori metallici la
corrente è un flusso ordinato di elettroni liberi (elettroni di
conduzione).
Gli elettroni, essendo negativi, risalgono la «discesa di
potenziale», spostandosi dal polo negativo al polo positivo e
quindi si muovono nel verso opposto a quello convenzionale
della corrente.
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Circuito elettrico elementare
Il circuito elettrico, nella sua
forma più semplice, è costituito
da
almeno
tre
elementi
fondamentali: il generatore di
tensione, l’ utilizzatore e la linea
La rappresentazione simbolica del circuito elettrico elementare è:
Tra i due poli della pila c’è una
d.d.p.:
il
terminale
a
potenziale più alto è il polo
positivo.
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I simboli elettrici
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Collegamento in serie
Più utilizzatori sono collegati in serie se sono posti in successione
tra loro. In essi passa la stessa intensità di corrente elettrica.
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Collegamento in parallelo
Più utilizzatori sono collegati in parallelo se hanno le prime
estremità connesse tra loro e anche i secondi estremi connessi
tra loro. Essi sono sottoposti alla stessa differenza di potenziale.
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Gli elettrodomestici sono collegati in parallelo
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La prima legge di Kirchhoff o legge dei nodi
Per la conservazione della carica elettrica, la somma delle
intensità di corrente che entrano in un nodo è sempre uguale
alla somma di quelle che escono.
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Come si misura la corrente che attraversa un conduttore?
Amperometro: misura l’intensità di corrente
L’amperometro viene inserito nel circuito in serie; è attraversato
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dalla stessa corrente che attraversa
l’utilizzatore.
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Come si misura la differenza di potenziale ai capi di un conduttore?
Voltmetro: misura la differenza di potenziale
È inserito nel circuito in parallelo: ai suoi capi c’è la stessa
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d.d.p. presente ai capi dell’utilizzatore.
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La prima legge di Ohm
Nei conduttori metallici l’intensità di corrente è direttamente
proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro
capi; maggiore è la d.d.p. più grande è l’ intensità di corrente..
la d.d.p. più grande è l’intensità di corrente
R è la resistenza elettrica del conduttore.
La prima legge sperimentale di Ohm può anche essere
enunciata:
La d.d.p. è direttamente proporzionale all’ intensità di corrente
elettrica.
V
i
R
 V  R  i
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La prima legge di Ohm
Andamento lineare della corrente in funzione della d.d.p. per un
conduttore ohmico o resistore. La pendenza cambia da materiale
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a materiale.
La resistenza elettrica
La costante di proporzionalità R si chiama resistenza elettrica
e si misura in volt fratto ampere (V/A). Questa unità di misura
è chiamata ohm (Ω).
Un conduttore ha la resistenza di 1 Ω quando, sottoposto
a una differenza di potenziale di 1 V, è percorso dalla corrente
di 1 A.
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I resistori
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La seconda legge di Ohm
La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla
sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area trasversale.
La costante di proporzionalità ρ si chiama resistività, dipende dal
particolare materiale con cui è fatto il filo e si misura in ohm per
metro (Ω x m).
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La resistività
Per quale ragione i fili elettrici delle nostre case sono di
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rame piuttosto che porcellana?
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Conduttori e isolanti
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Resistori in serie
• Due o più resistenze sono collegate in serie quando sono
attraversate dalla stessa intensità di corrente.
• R è detta resistenza equivalente delle due resistenze in serie
perché, dal punto di vista della pila, non cambia niente se nel
circuito ci sono le due resistenze originali o la sola resistenza R.
• Ogni resistore aggiunto in serie aumenta la resistenza totale del
circuito, perché si aggiunge un nuovo ostacolo al fluire della
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corrente.
Resistori in parallelo
• Due o più resistenze sono collegate in parallelo quando
sono sottoposte alla stessa d.d.p.
• Se si hanno diversi resistori collegati in parallelo, l’inverso
della loro resistenza equivalente R è uguale alla somma degli
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inversi delle resistenze dei Prof
singoli
resistori.
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Due resistenze in parallelo
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Lo studio dei circuiti elettrici
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Lo studio dei circuiti elettrici
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Un buon amperometro
Un buon amperometro deve avere una resistenza interna
molto piccola.
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Un buon voltmetro
Un buon voltmetro deve avere una resistenza interna
molto grande.
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La forza elettromotrice
La forza elettromotrice fem = E di un generatore è il rapporto
tra il lavoro W = L che esso compie per spostare una carica q
al suo interno e la carica q stessa.
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Chi riscalda l’aria del phon?
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La potenza dissipata
Si chiama potenza dissipata
dal resistore la rapidità con
cui l’energia elettrica è
trasformata in calore.
P  iV poichè V  Ri
P  iRi   Ri 2
2
V
V
 
P  iV   V 
R
R
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Il kilowattora
1 kWh = 1000 W x 3600 s = 3,6 x 106 J
Un kilowattora è l’energia assorbita in un’ora da un
dispositivo che assorbe la potenza di 1000 W.
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