Correnti elettriche e leggi relative APPUNTI DI FISICA CORRENTI ELETTRICHE E LEGGI RELATIVE Quando delle cariche si mettono in movimento si dice che generano una corrente elettrica. Questa definizione viene presa in analogia al normale scorrere dei fluidi nei tubi di flusso. Proprio in analogia ai fluidi, il flusso di corrente ha origine se tra due porzioni di tubo si stabilisce una differenza di potenziale (come nel caso di due contenitori riempiti di liquido e messi in concomitanza nel campo gravitazionale). Convenzionalmente il flusso di corrente viene indicato con i ed è pari alla quantità di carica che passa nell’unità di superficie del tubo nell’unità di tempo: i Q t . Convenzionalmente si sceglie come verso positivo della corrente quello che va da punti a potenziale più alto a quello a potenziale più basso. Quando l’intensità della corrente non cambia nel tempo, si dirà Continua. Per fare in modo che due porzioni del tubo di flusso delle cariche abbia un potenziale diverso così da metterle in moto, si utilizzano dei dispositivi che, con vari metodi che vanno da basi chimiche a quelle meccaniche, sono in grado di mantenere una differenza di potenziale ai propri capi. Questi dispositivi si chiamano Generatori elettrici e se mantengono costante la d.d.p. ai loro capi a prescindere dalla corrente che li attraversa sono generatore ideale di tensione continua che in commercio si possono trovare sotto forma di pile elettriche. Non tutti i materiali sono in grado di mettere in moto le cariche. Le unità di misura della corrente è l’Ampere definito come la quantità di corrente necessaria a far passare una carica di 1 Coulomb attraverso una superficie nell’unità di tempo. I materiali in natura, in base alle loro proprietà elettrofisiche, si suddividono in isolanti semiconduttori e conduttori a seconda dell’energia posseduta dagli elettroni intorno all’atomo. Normalmente gli elettroni si dispongono su livelli di energia tali da riempire i livelli in maniera crescente rispetto all’energia. Quando i livelli energetici degli elettroni sono abbastanza elevati, questi sono in grado di spostarsi e mettersi in conduzione visto che sono solo debolmente legati all’atomo. Collegando tra loro diversi conduttori e ad un generatore si costituisce quello che si chiama carica detta resistività che è tipica dei materiali e attraverso la quale si determina una caratteristica Giuseppe Ziello® Pag. Legata ai conduttori vi è una caratteristica intrinseca che determina il numero dei portatori di 1 circuito elettrico. Correnti elettriche e leggi relative degli elementi circuitali detta resistenza R che dipende anche dalla geometria del conduttore stesso: R l 1 dove l è la lunghezza del conduttore e S è la sua superficie. S Si possono considerare le resistenze come dei dipoli e si dicono collegati in serie se sono posti in successione tra loro in modo che in tutti passi la stessa intensità di corrente elettrica. Conduttori si dicono collegati in parallelo se hanno i terminali omologhi collegati tra loro. Essi sono sottoposti alla stessa d.d.p. Ai resistori è legata la prima Legge di Ohm: V R i . i conduttori che rispettano la legge di Ohm sono detti Ohmici. Nei conduttori Ohmici l’intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi. L’unità di misura della resistenza è l’ohm: 1 Ω = simbolo elettrico per i resistori è V . nei circuiti il A , in base a quanto detto in precedenza nei resistori in serie resta costante la corrente che circola nei resistori e quindi se si considerano i resistori come un unico resistore la Resistenza equivalente è pari alla somma delle resistenze che compongono la serie. Dato che per resistori in parallelo come detto la tensione rimane la stessa mentre la corrente totale si ripartisce tra i resistori si ha che il reciproco della resistenza equivalente è pari alla somma dei reciproci delle singole resistenze che compongono il parallelo: RS i Ri 1 1 i RP Ri Nelle applicazioni è spesso utile risolvere un circuito di cui sono note le caratteristiche dei generatori e delle resistenze che lo compongono. Risolvere un circuito consiste nel determinare correnti e tensioni su ognuna delle resistenze che compongono il circuito. Per misurare tensioni e correnti si utilizzano dei dispositivi chiamati amperometri per le correnti e voltmetri per le tensioni. Un amperometro viene posto in serie alle resistenze per la misurazione delle correnti mentre un voltmetro va posto in parallelo ad essere per misurarne la tensione ai loro capi e per questo mentre un buon amperometro deve avere una resistenza interna trascurabile un buon voltmetro deve avere di contro una resistenza molto grande per non influenzare le misure. Pag. porzione di circuito tra due nodi; una porzione di circuito chiusa tra due nodi si chiama maglia ed è 2 In un circuito si chiama nodo ogni punto che è confluenza di 3 o più conduttori si chiama ramo la 1 Seconda legge di Ohm Giuseppe Ziello® Correnti elettriche e leggi relative composta da più rami. Per i circuiti valgono le leggi: Legge di Kirchhoff sui nodi: « La somma algebrica delle intensità di corrente in un nodo è nulla. Questo significa che le correnti che entrano sono pari a quelle che escono dal nodo in rispetto della conservazione di carica »: i1 i2 ... in k ik 0 Legge di Kirchhoff sulle maglie: « La somma algebrica delle tensioni sui rami di una maglia è nulla »: V1 V2 ... Vn k Vk 0 Il passaggio di corrente nei conduttori causa un aumento della temperatura dovuta all’aumento dell’energia interna che si trasforma in energia termica. Questo effetto, noto come Effetto Joule, è responsabile della perdita di potenza (potenza dissipata) nei conduttori ed è direttamente legata alla tensione e alla corrente che attraversa il conduttore: P V i V2 Ri 2 R La dimostrazione di quest’effetto segue direttamente dalla definizione di corrente e dal suo legame con la tensione nella legge di Ohm: q i t W i t V P W i V R i 2 t Pag. 3 (Da riportare appunti sui fogli) Giuseppe Ziello® Pag. 4 Correnti elettriche e leggi relative Giuseppe Ziello® Pag. 5 Correnti elettriche e leggi relative Giuseppe Ziello® Correnti elettriche e leggi relative Pag. 6 La forza di attrazione tra le armature di un condensatore piano Giuseppe Ziello®
