Fisica - CORRENTE ELETTRICA e forza elettromotrice PDF

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Riassunto da libro di Fisica per argomenti di quinto anno - capitolo sulla Corrente elettrica, con definizioni e concetti principali....

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Riassunto da libro Fisica - prima parte

LA CORRENTE ELETTRICA - FORZA ELETTROMOTRICE Un tipico esempio è data da una batteria a litio; questa fornirà un’ energia elettrica che farà funzionare il dispositivo in cui si trova. Per esempio, all’interno di un lettore MP3 l’energia elettrica si trasforma in energia sonora (e in parte anche in calore). Questa trasformazione di energia è possibile poiché attraverso il circuito che connette batteria e componenti elettronici passa un flusso di elettroni . Si possono considerare la batteria a litio come un generatore di energia elettrica mentre i componenti elettronici che trasformano l’energia ricevuta costituiscono l’utilizzatore.

La conduzione elettrica nei metalli Gli atomi dei metalli sono organizzati in strutture cristalline che vibrano attorno ad un centro fisso. A seconda del metallo, ogni atomo può liberare (cedere) uno o due elettroni, così facendo, questi atomi diventano ioni positivi (in quanto hanno ceduto la carica negativa ovvero l’elettrone). Questi ioni positivi (particelle cariche) non si allontanano dalle loro posizioni di equilibrio in quanto non sono loro a trasportare l’elettricità ma gli elettroni liberi, detti anche elettroni di conduzione.

L’agitazione termica e il moto di deriva degli elettroni Gli elettroni liberi (o elettroni di conduzione), a temperatura ambiente si muovono continuamente in un moto caotico e casuale. Questo moto disordinato di energia termica non va però considerata come una corrente elettrica in quanto quest’ultima è costituita da un flusso di elettroni diretti lungo la stessa direzione. Invece, in questo moto caotico per ogni elettrone che si muove in un verso, ci sarà un altro elettrone che si muove nel verso opposto. Come creare una corrente elettrica, cioè un moto di elettroni diretti nello stesso ?verso Per esempio creando una differenza di potenziale agli estremi di un filo metallico. A questo punto nel filo si instaura un campo elettrico e gli elettroni di conduzione risentiranno di una forza che li metterà in movimento tutti nella stessa direzione del campo, ma in verso opposto ad esso. Al moto di agitazione termica (casuale e disordinato) si sovrapporrà dunque una corrente elettrica: un moto ordinato di elettroni: moto di deriva.

CORRENTE ELETTRICA E’ un movimento ordinato di particelle dotate di carica elettrica (elettroni). Nei conduttori metallici le particelle cariche che si .spostano sono gli elettroni, che hanno carica negativa

Il verso della corrente Nel XIX secolo ebbero inizio i primi studi sulla corrente elettrica. Tuttavia gli elettroni non erano ancora stati scoperti, così si definì come verso convenzionale della corrente il verso di spostamento di una carica positiva, ovvero quello del campo elettrico. Tutt’oggi questo è considerato per convenzione il verso della corrente: un filo metallico è percorso da una corrente dall’estremo A all’estremo B, cioè all’interno del filo esiste un flusso di elettroni in verso opposto, cioè da B ad A. Si definisce forza elettromotrice quella forza che fa muovere la carica da un estremo all’altro.

L’intensità della corrente elettrica La corrente all’interno di un filo conduttore fluisce in maniera uniforme in ogni suo punto. La quantità di carica che attraversa una sezione trasversale del conduttore, indica l’intensità della corrente.

INTENSITA’ DI CORRENTE L’intensità i della corrente elettrica che attraversa un conduttore è il rapporto tra: la quantità di carica elettrica q che scorre in un intervallo di tempo Δt e l’intervallo di tempo :stesso i = q / Δt :Dove (i : intensità di corrente (A (q : carica elettrica (C (Δt : Intervallo di tempo (s

Nel SI l’intensità di corrente si misura in ampere (A). Una corrente che scorre sempre nello stesso verso con intensità costante nel tempo è detta:

corrente continua.

Generatori elettrici Non è scontato mantenere costante nel tempo il flusso di corrente elettrica perché quando gli elettroni lungo il filo metallico scorrono, fanno diminuire il potenziale elettrico dell’estremo A del filo, facendo però aumentare la differenza di potenziale elettrico dell’estremo B. Di conseguenza si tende ad annullare la differenza di potenziale e quindi anche l’intensità di corrente, perciò il flusso si fermerebbe. Per mantenere costante la corrente è quindi necessario ripristinare in ogni istante tra i due estremi del filo conduttore, la differenza di potenziale (d.d.p.) iniziale. Questo è possibile tramite un generatore elettrico, ad esempio una pila. ES: Immaginiamo un circuito, all’interno del quale la corrente scorre dal polo positivo a quello negativo. Nella pila invece, fluisce nel verso opposto cioè dal polo negativo a quello positivo. Il generatore elettrico ha lo scopo di mantenere la differenza di potenziale che . permette al flusso di elettroni di rimanere costante nell’unità di tempo Allo stesso modo funziona il generatore elettrico di una pompa a circuito idraulico: al posto degli elettroni abbiamo un flusso d’acqua.

La forza elettromotrice Per portare una massa d’acqua ad una certa altezza in un tubo, la pompa idraulica deve compiere un lavoro uguale all’aumento di energia potenziale del liquido, opponendosi alla forza di gravità. Allo stesso modo, un generatore elettrico deve compiere un lavoro L contro la forza elettrica per portare una carica positiva q dal polo negativo al polo positivo (perché per natura, al contrario, la carica positiva verrebbe attratta dal polo negativo). Dunque ogni generatore è costituito da una: forza elettromotrice (f): è una grandezza definita come la d.d.p. ΔV esistente tra i poli opposti del generatore a .circuito aperto Quando chiudo questo circuito però la d.d.p. fra i poli diventa minore della forza elettromotrice (f.e.m.). Spesso accade che la differenza sia trascurabile e si ha più o meno che f = ΔV, indipendentemente dalla corrente che scorre nel circuito. Il generatore elettrico è detto anche generatore di forza elettromotrice o generatore di tensione.

FORZA ELETTROMOTRICE DI UN GENERATORE La forza elettromotrice (f.e.m.) di un generatore è il rapporto

tra il lavoro L che serve per portare una carica positiva q dal :polo negativo al polo positivo, e la carica stessa f=L/q :Dove (f : Forza elettromotrice (V (L : Lavoro (J (q : carica elettrica (C

Inoltre se mettiamo in sequenza una serie di poi generatori collegati tra loro, costituiranno una batteria, la cui forza elettromotrice sarà data dalla somma della f.e.m. di ciascun .generatore...