elettricita` e corrente elettrica

ELETTRICITA’ E CORRENTE ELETTRICA Per capire il concetto di elettricità e corrente elettrica bisogna risalire alla struttura dell’atomo.

nucleo – cariche elettriche positive e neutre

eN P+

e- ( elettroni cariche elettriche negative)

movimento di elettroni (cariche elettriche negative) da un polo all’altro

Polo positivo e-

e-

Polo negativo e-

N P+

e-

e-

N P+

e-

 La corrente elettrica può definirsi come il passaggio di cariche elettriche negative (elettroni) da un polo all’altro.  Si raggiunge l’equilibrio elettrico quando il numero degli elettroni è uguale nei due poli.  Il numero diverso di elettroni si definisce differenza di potenziale ( pila da 1,5V – da 4,5V ecc.)

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CIRCUITO ELETTRICO Un circuito elettrico elementare si compone di : un generatore di corrente elettrica ( pila, dinamo, ecc.); i fili conduttori; l’interruttore; l’apparecchio utilizzatore ( lampadina, ferro da stiro, stufa, TV, ecc.) I circuiti elettrici vengono rappresentati graficamente usando simboli convenzionali unificati per indicare ciascuno dei componenti. NOME COMPONENTE

SIMBOLO ELETTRICO

Lampadina 1) generatore 2) Pila

1)

G

+

2)

Interruttore Circuito aperto

Circuito chiuso

Conduttore SCHEMA ELETTRICO

IMPIANTO INSTALLATO

Esercizio. Avendo a disposizione i simboli elettrici convenzionali, disegna due circuiti elettrici; uno chiuso e l’altro aperto.

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CONDUTTORI E ISOLANTI Vi sono due specie di materiali:  Conduttori. Quelli che lasciano passare la corrente al loro interno.  Isolanti ( o coibenti). Quelli che impediscono il passaggio della corrente. Tutti i metalli sono buoni conduttori di corrente; sono isolanti il vetro, la gomma, la porcellana, le materie plastiche. La corrente elettrica circola dal polo negativo al polo positivo, ma per convenzione si assume come senso della corrente quello che va dal polo positivo al polo negativo.

GRANDEZZE ELETTRICHE Intensità di corrente. E’ data dal numero di cariche elettriche che in un secondo passano attraverso una sezione del conduttore. Questa grandezza elettrica, generalmente indicata con la lettera I, si può paragonare alla quantità di acqua che in un secondo passa attraverso una sezione del tubo di un circuito idraulico, cioè alla portata. L’unità di misura della corrente elettrica è l’ampere (A). Può essere misurata inserendo nel circuito chiuso uno strumento chiamato amperometro. Inserimento di un amperometro e schema elettrico relativo. Tensione elettrica. E’ la differenza di potenziale che spinge la corrente attraverso un conduttore; può essere paragonata alla pressione che spinge una corrente d’acqua in un tubo. Si indica con V e viene misurata in Volt per mezzo di uno strumento chiamato voltometro inserito opportunamente. Inserimento di un voltometro e schema elettrico relativo .

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RESISTENZA ELETTRICA Il movimento degli elettroni liberi è variamente ostacolato dalla presenza di altri elettroni e dagli urti con gli atomi: quindi un conduttore presenta sempre una resistenza elettrica che si oppone al passaggio della corrente. Nei conduttori tale resistenza non impedisce il movimento degli elettroni; negli isolanti, invece, ha un valore così alto che impedisce il passaggio della corrente.

LA RESISTENZA ELETTRICA é la resistenza che oppone un conduttore al passaggio della corrente. Si indica con R e viene misurata in hom (Ω).

Il valore della resistenza elettrica è :   

direttamente proporzionale alla lunghezza l del conduttore; inversamente proporzionale all’area della sua sezione S; dipende, inoltre dal materiale di cui è costituito il conduttore. In simboli si ha :

dove K è la resistenza specifica o resistività del materiale. Materiale Argento Rame Alluminio Zinco Stagno Piombo

Valore di K 0,016 0,017 0,03 0,06 0,13 0,21

Tabella sulla resistività di alcuni materiali.

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Con la formula che abbiamo introdotto possiamo risolvere problemi di questo tipo:  Calcolare la resistenza di una matassa di filo di rame lunga 125 m. sapendo che il diametro del filo è di 1mm. Se S = π . r² = ( 3.14 x 0,5² ) mm² = 0,785 mm² e K = 0,017 ( valore fornito dalla tabella), si ha : R = K . __l__ = ( 0,017 x 125 ) Ω = 2,707 Ω S 0,785

Esercizio A) Calcolare il valore delle resistenze e rispondere alle domande) 1) Calcolare la resistenza di una matassa di filo di rame lunga 250 m. sapendo che il diametro del filo è di 1mm. 2) Calcolare la resistenza di una matassa di filo di rame lunga 125 m. sapendo che il diametro del filo è di 2 mm. 3) Calcolare la resistenza di una matassa di filo di argento lunga 125 m. sapendo che il diametro del filo è di 1mm. 1) E’ rispettata la proporzionalità tra le grandezze? l e S SI

NO

2) La resistenza elettrica dipende dal materiale di cui è costituito il conduttore? (K) SI NO

B) Calcolare la resistenza di una matassa di filo di alluminio lunga 300 m. sapendo che il diametro del filo è di 0,5 mm.

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Corrente continua Si ha quando il movimento degli elettroni avviene sempre nella stessa direzione e con intensità costante.

corrente alternata Si ha quando gli elettroni si spostano alternativamente in un senso e nel senso opposto.

LEGGE DI HOM L’intensità di corrente che percorre un tratto di conduttore è sempre uguale al rapporto fra la tensione V e la resistenza elettrica R relativa al tratto considerato.

I=V R

di cui otteniamo

R= V I I

;

V = R.I

Esercizi. 1) Calcolare la resistenza elettrica di un conduttore alimentato dalla tensione di 24 V e percorso dalla corrente di 5A. 2) Calcolare la corrente che circola in un circuito alimentato dalla tensione di 24 V e avente la resistenza di 8 Ω. 3) Calcolare la tensione necessaria per ottenere una corrente di 3,5 A in un conduttore avente la resistenza di 10 Ω. Risolvo 1) 2) 3)

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COLLEGAMENTO DEGLI UTILIZZATORI Col nome generico di utilizzatori si indicano tutti gli apparecchi che sfruttano la corrente elettrica per il loro funzionamento: lampade, resistenze elettriche, elettrodomestici, ecc. Collegamento in serie Due o più lampade ( o resistenze) sono collegate in serie quando sono una di seguito all’altra, in modo che la stessa corrente deve percorrerle tutte successivamente. Nel circuito in serie:

Quindi si ha una diminuzione di corrente per cui la luminosità risulta ridotta.

Collegamento in parallelo Due o più lampade ( o resistenze) sono collegate in parallelo quando hanno gli estremi sottoposti alla stessa tensione e la corrente si divide tra le varie derivazioni, incontrando una maggiore sezione e quindi una minore resistenza. Nel circuito in parallelo :

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