La corrente elettrica

1. Prof. Antonello Tinti La corrente elettrica

2. La corrente elettrica ΔV + - + + + + Si chiama CORRENTE ELETTRICA un moto ordinato di cariche elettriche prodotto dall’azione di un CAMPO ELETTRICO Possiamo anche dire che la corrente elettrica è un passaggio di cariche elettriche in un conduttore determinata da una d.d.p. che viene ricostruita continuamente da un’apposito dispositivo chiamato GENERATORE. Le cariche si muovono dal potenziale maggiore al potenziale minore Il moto delle cariche è simile al moto di un liquido

3. + - S + + + + La definizione di intensità di corrente elettrica - - - - - Si chiama intensità i di corrente elettrica il rapporto tra la quantità di carica ΔQ che attraversa una sezione S del conduttore e l’intervallo di tempo Δt impiegato ad attraversarlo.

4. L’unità di misura è l’Ampere 1 Ampere è l’intensità di corrente che trasporta la carica di 1 Coulomb in 1 secondo Verso positivo della corrente quello in cui si muovono le cariche positive Per convenzione il verso della corrente è quello delle cariche positive Verso negativo della corrente quello in cui si muovono le cariche negative.

5. L’intensità di corrente è una GRANDEZZA UNITARIA, simile alla portata di un fiume o al traffico giornaliero medio

6. Una corrente elettrica si dice CONTINUA quando la sua intensità non cambia nel tempo La corrente elettrica domestica non è continua ma ALTERNATA perché le cariche vanno avanti e indietro 50 volte al secondo (frequenza di 50 Hz).

7. V + - pompa In una corrente continua (i=costante), la carica che attraversa una sezione del filo e il tempo trascorso sono direttamente proporzionali. Si chiama GENERATORE DI CORRENTE CONTINUA un dispositivo elettrico capace di mantenere ai suoi capi una d.d.p. costante, per un intervallo di tempo indeterminato e qualunque sia la corrente da cui è attraversato

8. La corrente nei conduttori metallici Traiettoria in assenza di campo elettrico Reticolo cristallino di un metallo e gli elettroni di conduzione La velocità di deriva vd Traiettoria in presenza di campo elettrico

9. Campo elettrico

10. La forza elettromotrice Un generatore di tensione ha la funzione di mantenere ai suoi capi una d.d.p. costante. Per fare ciò deve compiere al suo interno un lavoro per spostare le cariche elettriche in verso opposto a quello in cui si sposterebbero spontaneamente. La forza elettromotrice (fem) di un generatore è il LAVORO per unità di carica che esso compie per spostare le cariche al suo interno

11. In questo spazio una forza muove le cariche in modo da mantenere costante la d.d.p.

12. 4.5 V 1.5 V 12 V

13. E + - + + + + La densità di corrente j L’intensità di corrente i è una caratteristica macroscopica di ogni singolo conduttore Ladensità di corrente j è invece una caratteristica microscopica del conduttore È una grandezza vettoriale, ed è una caratteristica locale di ogni punto interno al conduttore Direzione e verso della forza a cui sarebbe soggetta una carica positiva in quel punto. A

14. Possiamo calcolare la velocità di deriva vd degli elettroni di conduzione a partire dalla densità di corrente Numero n di elettroni di conduzione in un tratto di cavo L n rappresenta il numero degli elettroni di conduzione per unità di volume A∙Lrappresenta il volume del tratto di cavo La velocità vd avrà la stessa direzione di j ma verso opposto

15. Resistenza e resistività RAME LEGNO ∆V ∆V Se applichiamo la stessa d.d.p. abbiamo correnti diverse PERCHE’ ? Dipende dalla RESISTENZAELETTRICA del conduttore

16. Un conduttore che in un circuito ha la funzione di fornire una data resistenza si chiama RESISTORE

18. La RESISITIVITA’  è un’altra grandezza fisica legata alla resistenza. Essa è una caratteristica del particolare MATERIALEcostituente il conduttore

20. E + - + + + + Dalla resistività alla resistenza Per conduttori omogenei, isotropi con sezione ortogonale uniforme soggetti ad un campo uniforme A

21. V + - V + - 2i i V + - 3i V V V + + + - - - La prima legge di Ohm L’intensità di corrente dipende dalle caratteristiche fisiche del conduttore e dalla d.d.p. del generatore L’intensità di corrente elettrica che scorre in un conduttore è direttamente proporzionale alla d.d.p. applicata ai suoi capi

23. La seconda legge di Ohm La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ed inversamente proporzionale alla sua sezione

24. Possiamo avere più utilizzatori, ciascuno con la sua resistenza, collegati in: Tutti in serie. Tutti in parallelo. Parte in serie e parte in parallelo.

25. Più utilizzatori si dicono collegati in SERIE, quando la corrente elettrica uscente da ciascuno di essi, ha la stessa intensità di quella entrante nel successivo. La d.d.p. ai capi del generatore deve essere uguale alla somma delle d.d.p. ai capi di ciascun utilizzatore. Per la 1° legge di Ohm Resistenza equivalente Più utilizzatori sono “visti” dal generatore come un unico utilizzatore avente come resistenza la somma delle resistenze dei singoli utilizzatori

26. Più utilizzatori sono disposti in parallelo quando ai loro capi esiste la stessa d.d.p. L’intensità di corrente erogata dal generatore è la somma delle intensità di corrente assorbite da ciascun utilizzatore. Per la 1° legge di Ohm L’inverso della resistenza si chiama CONDUTTANZA Più utilizzatori in parallelo sono “visti” dal generatore come un unico utilizzatore avente come CONDUTTANZA la somma delle conduttanze dei singoli utilizzatori

27. La potenza elettrica Quando un generatore G trasferisce una carica elettrica q attraverso una certa d.d.p. compie un lavoro L Tale lavoro si identifica con l’energia potenziale U fornita dal generatore G per far circolare la corrente i per un tempo t Questa energia U è ottenuta a spese di altra energia (meccanica, chimica, …). E a sua volta questa energia viene trasformata nel circuito in altre forme (meccanica, chimica,…) Quando il circuito è Ohmico tutta l’energia elettrica assorbita viene integralmente trasformata in calore

28. Dividendo ambo i membri per t La potenza elettrica rappresenta l’energia termica per unità di tempo prodotta dal passaggio della corrente nel conduttore Nel caso dei conduttori Ohmici

29. Unità di misura Quando ci si riferisci ai consumi di energia elettrica si usa il chilowattora È l’energia trasformata in 1 ora in un circuito che assorbe la potenza di 1kW

30. Effetto Joule Nei conduttori puramente Ohmici, l’energia elettrica U si trasforma totalmente in calore calore Se U è espresso in Joule e Q in calorie In qualunque conduttore percorso da corrente è sempre presente l’effetto Joule. Il calore prodotto è direttamente proporzionale alla resistenza R Legge di Joule

31. La resistenza interna di un generatore di fem Un generatore IDEALE è in grado di fornire qualsiasi intensità di corrente Un generatore REALE invece ha un limite alla quantità di corrente che può erogare + 1,5V - Sia R=0.01  la resistenza di un corto filo di rame Questa corrente elettrica dissiperebbe una potenza che lo vaporizzerebbe

32. Ma questo sappiamo che non accade, quindi la ddp ai capi della pila non è 1,5V ma è inferiore. Diciamo che 1,5V è la ddp della pila quando non eroga corrente. + Quando la pila eroga corrente la ddp è sicuramente inferiore La resistenza interna è una caratteristica intrinseca del generatore: più è grande, meno corrente il generatore riesce ad erogare - Rinterna

33. Calcoliamo la caduta di potenziale Ri Ri V V + + ∆V = fem ∆V < fem fem fem i - - i Rc i

34. Se la Rc è molto grande rispetto alla Ri allora Ri + Rc Rc e l’intensità di corrente è molto piccola e quindi il generatore si comporta quasi come un generatore ideale. Quando il circuito è aperto non passa corrente e allora la ddp è uguale alla fem La forza elettromotrice fem è la ddp di un generatore a circuito aperto Se la Rc è molto piccola rispetto alla Ri allora l’intensità di corrente dipende da quest’ultima e il generatore funziona male