- Matematica e scienze

ORIGINE DELL’ELETTRICITÀ
L’origine dei fenomeni elettrici è da ricercare nella struttura dell’atomo
Ogni atomo è costituito da:
PROTONI (carica positiva)
NEUTRONI (privi di carica)
ELETTRONI (carica negativa)
Protoni e neutroni sono
contenuti nel nucleo, mentre
gli elettroni si muovono
intorno ad esso
ORIGINE DELL’ELETTRICITÀ
L’atomo è normalmente neutro in
quanto il numero di protoni è
uguale al numero di elettroni
CATIONI:
atomi che perdono elettroni e
risultano elettricamente positivi
ANIONI:
atomi che acquistano elettroni
e risultano elettricamente negativi
LA FORZA ELETTRICA
La FORZA ELETTRICA è definita come l’attrazione o la
repulsione che si esercita tra le cariche elettriche
Cariche elettriche dello stesso segno si respingono
mentre cariche elettriche di segno opposto si
attraggono
LA FORZA ELETTRICA
La forza che si esercita tra due cariche q1 e q2 si chiama
forza elettrostatica ed è definita dalla LEGGE DI COULOMB:
• è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche
• è inversamente proporzionale al quadrato della distanza
delle cariche
• è attrattiva se le cariche sono di segno opposto
• è repulsiva se le cariche hanno segno uguale
ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO
In condizioni normali qualsiasi corpo risulta neutro.
Quando un corpo acquista elettroni si carica di elettricità negativa
Quando un corpo perde cariche negative si carica di elettricità
positiva
Un corpo risulta ELETTRIZZATO quando non c’è equilibrio tra
le cariche positive e quelle negative
ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO
ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO
Strofinando con un panno di lana il vetro si manifesta elettricità
positiva: gli elettroni si trasferiscono dal vetro alla lana
Strofinando con un panno di lana l’ebanite (ambra, plastica) si
manifesta elettricità negativa: gli elettroni si trasferiscono dalla
lana all’ebanite
ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO
ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO
Si verifica quando un corpo si elettrizza perché entra a contatto con
un altro corpo carico
Toccando con una bacchetta di vetro elettrizzata una pallina di
polistirolo, le cariche positive si trasferiscono alla pallina che si
allontana dalla bacchetta
ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO
ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE
Si verifica quando un corpo si elettrizza perché viene avvicinato ad
un altro corpo carico
Avvicinando una bacchetta carica a pezzetti di carta o altro
conduttore si genera un movimento delle cariche libere del
conduttore: si creano due zone cariche di segno opposto. Se il
conduttore è molto leggero può essere attratto dal corpo carico
ELETTROSCOPIO
L’elettroscopio è uno strumento che
rileva la presenza di cariche
elettriche. Fu ideato dal fisico inglese
Abraham Bennet nel 1786 e
successivamente perfezionato da
Alessandro Volta con il nome di
Elettrometro. È costituito da un’asta
verticale alla cui base è appesa una
sottilissima lamina (d’oro o di
alluminio). Il tutto è racchiuso da un
contenitore di vetro per evitare che
l’aria faccia muovere le foglioline
metalliche. Il vetro del contenitore è
contrassegnato con delle tacchette
per rilevare lo spostamento delle
foglioline.
ELETTROSCOPIO
È possibile costruire un elettroscopio
«domestico»
utilizzando
un
contenitore di vetro (o di plastica) ed
applicando sul tappo un foro in cui
far passare un’asta di metallo (una
graffetta). Alla base è possibile
sospendere una piccola strisciolina di
alluminio
Passando un pettine ripetutamente
su capelli e avvicinandolo poi alla
graffetta si può osservare il
sollevamento delle alette di alluminio
CONDUTTORI E ISOLANTI
I materiali conduttori si lasciano
facilmente attraversare dalle cariche
elettriche. In essi le cariche si
muovono con estrema facilità,
neutralizzandosi velocemente.
Sono conduttori i metalli (soprattutto rame
e argento), la grafite, le leghe, l’acqua non
pura, le soluzioni acide, le basi, i sali, il
nostro corpo, la terra…
CONDUTTORI E ISOLANTI
I materiali isolanti non si
lasciano
facilmente
attraversare dalle cariche
elettriche. In essi le cariche si
muovono con estrema fatica,
neutralizzandosi lentamente.
Sono isolanti l’ambra, il vetro, la ceramica,
il legno, le resine, la seta…
LA CORRENTE ELETTRICA
La corrente elettrica è il movimento generato da un flusso di elettroni
che si muovono in modo ordinato attraverso un conduttore
Analogamente a quanto avviene
per i liquidi in base al principio
dei vasi comunicanti, affinché il
flusso
sia
mantenuto
è
necessario che ai due poli del
conduttore
sia
mantenuta
costante una differenza di
«livello» di carica elettrica.
Questo
livello
è
definito
POTENZIALE
ELETTRICO
e la
differenza di livello elettrico tra i
due poli è detto DIFFERENZA DI
POTENZIALE ELETTRICO o TENSIONE
LA CORRENTE ELETTRICA
Il polo in cui la concentrazione di cariche elettriche (elettroni) è
maggiore si chiama CATODO o POLO NEGATIVO. Il polo con minore
concentrazione di elettroni si chiama ANODO o POLO POSITIVO.
Fra il polo negativo e quello positivo si genera quindi un flusso di
elettroni (corrente elettrica) che per convenzione si dice vada dal polo
positivo a quello negativo
GENERATORI DI CORRENTE
Il generatore di corrente elettrica serve a mantenere la differenza di
potenziale elettrico tra i due poli elettrici
Il primo generatore fu ideato agli inizi
dell’ottocento da Alessandro Volta: era
costituito da una «pila» di dischi di rame e
dischi di zinco, separati da un disco di panno
imbevuto di una soluzione di acido solforico.
Collegando con un filo di rame il disco di
zinco posto all’estremità superiore con il
disco di rame posto a quella inferiore,
ottenne un passaggio di corrente elettrica dal
polo positivo (il rame) a quello negativo (lo
zinco), per ritornare al polo positivo dopo
aver attraversato l’interno della pila
GENERATORI DI CORRENTE
Nelle pile moderne (dette a secco o di Leclanché) la soluzione acida
è stata sostituita da biossido di manganese impregnato di cloruro di
ammonio. Lo zinco rappresenta l’involucro della pila e costituisce il
polo negativo. Il rame è stato sostituito da un bastoncino di carbone
che funge da polo positivo.
CIRCUITI ELETTRICI
Il circuito elettrico è un qualsiasi dispositivo formato da un
generatore di corrente (pila), un filo conduttore (filo di rame), un
interruttore e un apparecchio utilizzatore (lampadina)
Quando l’interruttore è chiuso la corrente elettrica è libera di passare e
la lampadina si accende. Viceversa se si apre l’interruttore il passaggio
si interrompe e la lampadina si spegne
CIRCUITI ELETTRICI
A volte è necessario inserire nel circuito più utilizzatori: questo può
avvenire può avvenire in due modi
Nei circuiti in serie l’accensione è contemporanea per tutte le
lampadine (luci dell’albero di Natale). Nei circuiti domestici si utilizza
la disposizione in parallelo per evitare che il guasto di un solo
utilizzatore comprometta il funzionamento dell’intero impianto
GRANDEZZE ELETTRICHE
L’intensità esprime dunque il NUMERO
DI ELETTRONI che attraversa la sezione
di un conduttore in un certo tempo
L’unità di misura dell’intensità elettrica
è l’AMPERE e lo strumento di
misurazione è L’AMPEROMETRO
GRANDEZZE ELETTRICHE
La quantità di CARICA ELETTRICA si
misura in coulomb (C), in onore
del fisico francese Charles A. de
Coulomb (136-1806)
q=ixt
ì
1 Coulomb corrisponde alla
carica elettrica di 6,25 miliardi di
miliardi di elettroni (6,25 x 1018 )
GRANDEZZE ELETTRICHE
la TENSIONE o differenza di potenziale elettrico che esiste tra gli
estremi del filo conduttore rappresenta la forza con cui gli elettroni
vengono spinti attraverso il conduttore
Le pile hanno voltaggi (o
tensioni) che variano dagli 1,5 ai
9 Volt.
La tensione che si genera nei fili
degli impianti domestici è invece
di 220 volt ed è in grado di
uccidere un uomo
GRANDEZZE ELETTRICHE
la RESISTENZA ELETTRICA (R) è una grandezza che esprime la facilità
con cui un conduttore si lascia attraversare da un flusso di elettroni.
L’unità di misura è l’ohm (Ω) che è definita come la resistenza
incontrata dalla corrente di q ampere in un conduttore ai cui estremi
viene applicata la tensione di 1 volt
LEGGI DI OHM
LEGGI DI OHM
EFFETTO JOULE
L’effetto Joule o effetto termico consiste nel fatto che il passaggio di
corrente elettrica in un conduttore determina la liberazione di calore
Questa particolare proprietà della corrente
trova numerose applicazioni in tutti gli
apparecchi che devono produrre calore:
dalla stufetta al forno elettrico, dal ferro da
stiro al fon
Essi hanno al loro interno una resistenza che al
passaggio della corrente elettrica si scalda
EFFETTO CHIMICO
Il passaggio della corrente elettrica in una soluzione acida, basica o
salina, produce la dissociazione nei suoi componenti chimici della
sostanza disciolta in acqua
Questo fenomeno prende il
nome di ELETTROLISI e viene
sfruttato per:
• ricoprire oggetti di metallo
con uno strato di un
metallo diverso (es. oro o
argento) per deposizione
elettrolitica mediante un
processo
detto
galvanostegia,
• per estrarre i metalli da
determinati
materiali
attraverso
l’elettrometallurgia
• per
costruire
gli
accumulatori di corrente
elettrica (batterie)