L`energia elettrica Introduzione Energia potenziale elettrica

Istituto Provinciale di Cultura e Lingue “Ninni Cassarà”
Classe V A
L’energia elettrica
Prof. E. Modica
Introduzione
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Consideriamo una carica elettrica positiva che si trova all’interno di un campo elettrico uniforme E .
Le forze del campo elettrico compiono un lavoro per spostare la carica +q dal punto A al punto B.
Tale lavoro fa si che la carica acquisti un’energia cinetica T = 12 mv 2 . Inoltre, il lavoro compiuto dalle
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forze del campo elettrico E è dato dalla formula:
L = F · s = qEs
essendo F = qE.
Energia potenziale elettrica
Analogamente a quanto avviene nel caso del campo gravitazionale, in cui si definisce l’energia potenziale gravitazionale come
EP = mgh
con h altezza, è possibile definire l’energia potenziale elettrica come segue. Consideriamo una carica
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elettrica positiva +q all’interno di un campo elettrico uniforme E .
Quando la carica si trova nel punto A risentirà di una forza repulsiva maggiore della forza che agisce
su di essa quando si trova nel punto B. Quindi, analogamente a quanto avviene per i corpi in caduta
libera che possiedono un’energia potenziale tanto maggiore quanto più si trovano in alto, l’energia
potenziale elettrica in A è maggiore di quella in B.
Definizione 1 L’ energia potenziale elettrica di una carica in un punto A è uguale al lavoro
compiuto dalla forza elettrica quando la carica si sposta dalla posizione iniziale A a quella di riferimento
(livello zero).
Osservazione 1
L’energia potenziale immagazzinata nel campo elettrico è quella che si trasforma in energia cinetica
nel motori elettrici, in calore nelle stufe elettriche, in energia luminosa nelle lampadine.
La differenza di potenziale
Consideriamo il campo elettrico generato da una carica puntiforme +Q e avviciniamo una carica di
prova q. Le forze del campo respingono la carica di prova q verso l’esterno ed è come se essa “scendesse”
seguendo una discesa elettrica.
Osservando il disegno è semplice immaginare la presenza di un “dislivello elettrico” tra due punti del
campo elettrico generato da +Q, che permette alla carica di prova q di muoversi. Al fine di formalizzare
questo concetto astratto di dislivello elettrico, si introduce una grandezza fisica che prende il nome di
differenza di potenziale (d.d.p.).
Definizione 2 La differenza di potenziale VA − VB tra due punti A e B di un campo elettrico è
uguale al lavoro LA→B che le forze del campo compiono quando la carica q si sposta da A a B, diviso
per q stessa. In formule:
LA→B
VA − VB =
q
Questa grandezza fisica viene anche detta tensione o voltaggio e si misura in volt (V):
1V =
1J
1C
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Se si considera un campo elettrico E uniforme, per calcolare la d.d.p. tra i due punti A e B procediamo
come segue:
LA→B = F · s = qE · s
VA − VB =
quindi
LA→B
qEs
=
= Es
q
q
Quindi la d.d.p. dipende dal campo elettrico e dalla distanza tra i punti A e B.
Moto naturale delle cariche elettriche
Le cariche elettriche positive “scendono” lungo il dislivello elettrico, ovvero si dirigono dai punti a
potenziale più alto a quelli a potenziale più basso.
Le cariche elettriche negative “salgono” lungo il dislivello elettrico, ovvero si dirigono dai punti a
potenziale più basso a quelli a potenziale più alto.
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