Riassunti per maturità Fisica PDF

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LA CARICA E IL CAMPO ELETTRICO dal greco élekron, ambra. Si sapeva che un pezzo di ambra strofinato poteva attrarre corpi leggeri. Si tratta di una proprietà comune a sostanze come il vetro o il PVC. Se una bacchetta di vetro viene strofinata e le viene avvicinata una seconda bacchetta di vetro, ugu...

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LA CARICA E IL CAMPO ELETTRICO ELETTRICITA’: dal greco élekron, ambra. Si sapeva che un pezzo di ambra strofinato poteva attrarre corpi leggeri. Si tratta di una proprietà comune a sostanze come il vetro o il PVC. Se una bacchetta di vetro viene strofinata e le viene avvicinata una seconda bacchetta di vetro, ugualmente strofinata, le due bacchette si respingono. Se invece un bacchetta è di vetro ma l’altra di PVC, esse si attraggono. Esistono due tipi di carica elettrica: carica positiva e carica negativa. INTERAZIONE TRA DUE CARICHE: due cariche elettriche dello stesso segno si respingono, di segno opposto si attraggono ELETTRONI: particelle con carica negativa PROTONI: particelle di carica positiva NEUTRONI: particelle prive di carica elettrica IONE POSITIVO: atomo con elettroni in meno rispetto al numero di protoni. La sua carica totale è positiva IONE NEGATIVO: atomo con un eccesso di elettroni, la cui carica totale è negativa CARICA ELEMENTARE (uguale in protoni ed elettroni) e: 1,6 x 10 -19 !C ELETTRIZZAZIONE: un solido si elettrizza quando acquista o cede elettroni. Quando una bacchetta di vetro è strofinata con un panno, sulla bacchetta resta un eccesso di carica positiva, mentre il panno acquista la stessa quantità di carica, però negativa. Quando la bacchetta è di PVC avviene il contrario. PRINCIPIO DI CONSERVAZIONE DELLA CARICA ELETTRICA: la carica elettrica di un sistema chiuso, somma algebrica delle cariche positive e delle cariche negative, rimane costante nel tempo. CONDUTTORI E ISOLANTI: nei conduttori gli atomi hanno più libertà di movimento. Solo in essi infatti se si mette a contatto un conduttore carico con uno neutro, la carica del primo si trasmette al secondo, che si elettrizza con una carica dello stesso segno. Negli isolanti invece tutti gli atomi sono legati ai nuclei degli atomi. ELETTRONI DI CONDUZIONE: gli elettroni mobili di un conduttore che si spostano se soggetti a una forza elettrica. Grazie a essi quando un conduttore viene elettrizzato, la carica elettrica si distribuisce attraverso il suo volume, fino a raggiungere una configurazione di equilibrio. ELETTROSCOPIO: strumento che permette dii stabilire se un oggetto è elettrizzato o no. ELETTRIZZAZIONE: può avvenire per sfregamento, contatto (conduttori) o induzione INDUZIONE ELETTROSTATICA: è un fenomeno tale per cui la carica elettrica all'interno di un oggetto viene redistribuita a causa della presenza di un altro oggetto carico nelle vicinanze.

POLARIZZAZIONE: condizione nella quale si verifica la comparsa di una polarità in un corpo. Può avvenire per deformazione o per orientamento DIPOLO ELETTRICO: distribuzione di cariche elettriche complessivamente neutra, che presenta una estremità positiva e una negativa. La deformazione di questa nuvola di elettroni avviene quando vicino a essi è presente un corpo carico. Questo fenomeno è noto come polarizzazione per deformazione. MOLECOLE POLARI: molecole di forma asimmetrica che costituiscono dipoli elettrici anche quando non sono soggette a forze elettriche esterne. Un materiale dielettrico costituito da molecole polari è chiamato dialettico polare. POLARIZZAZIONE PER ORIENTAMENTO: le molecole polari, che in condizioni normali sono orientate causalmente, tendono ad allinearsi perché soggette a una forza elettrica. Essa può verificarsi solo nei dielettrici polari. LEGGE DI COULOMB: indica la forza (F) con cui interagiscono due cariche puntiformi q1 e q2, poste nel vuote o nell’aria a una distanza reciproca r:

K = 8,98 109 Nm2/C2 Quindi:

ε0: 8,85 10−12

-> costante dielettrica nel vuoto

εr: F0/F

-> costante dielettrica relativa del mezzo

ε: ε0 x εr

-> costante dielettrica assoluta

INTERAZIONE ELETTRICA E INTERAZIONE GRAVITAZIONALE: sono entrambe inversamente proporzionali al quadrato della distanza; l’intensità della prima è dirett.prop al prodotto fra le cariche dei corpi, l’intensità della seconda è dirett.prop al prodotto fra le masse. Tuttavia la forza gravitazionale è sempre attrattiva, mentre quella elettrica può essere anche repulsiva.

PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZiONE: la carica elettrica di un corpo macroscopico è la somma algebrica delle cariche degli elettroni e dei procioni in esso contenuti, e la forza elettrica con cui interagiscono i due corpi è la risultante delle forze che le particelle dell’uno esercitano sulle particelle dell’altro. CAMPO ELETTRICO (E): modificazione dello spazio prodotta da una carica.La carica q è detta carica di prova, la quale risentendo in una forza rivela presenza del campo. Una carica di prova q posta in un punto dello spazio risente di una forza. La forza F agente sulla carica: dipende dal punto dello spazio in cui si torva q, dalla carica puntiforme Q, ed è dirett.prop a q. Il campo elettrico è indipendente dalla carica di prova e varia solo al variare delle cariche che lo genoano e della di stanza da esse. E: F/q (N/Q)

-> il vettore è uscente se la carica è positiva, entrante se è negativa

CAMPO ELETTRICO GENERATO DA UNA CARICA PUNTIFORME:

LINEE DI CAMPO: linee orientate la cui tangente, in ogni punto, è diretta come il campo elettrico in quel punto. Se la carica è positiva esse sono uscenti, se invece è negativa sono entranti. Inoltre le linee di campo sono più fitte nelle zone più vicine alle cariche, in cui i campi sono più intensi. Non possono mai intersecarsi. CAMPO ELETTRICO GENERATO DA PIU’ CARICHE: il campo elettrico totale, per il principio di sovrapposizione, è la somma vettoriale dei campi prodotti dalle singole cariche. E=E1+E2 CAMPO ELETTRICO DI UNA DISTRIBUZIONE SFERICA DI CARICA: una carica elettrica distribuita uniformemente sulla superficie o nel volume di una sfera, agisce al suo esterno come se tutta la carica si trovasse nel centro. E= kQ/r2 CAMPO ELETTRICO UNIFORME: modulo direzione e verso uguali in ogni punto (es condensatori ), è un campo conservativo. LINEE DI CAMPO: segmenti paralleli ed equidistanti

FLUSSO: Il flusso del campo magnetico è una grandezza direttamente collegata con il numero netto di linee di campo che escono ed entrano attraverso una certa superficie S. Si esprime come prodotto scalare tra il vettore campo magnetico e il vettore superficie. E’ massimo se il campo E è perpendicolare alla superficie, nullo se il campo è parallelo. n: versore normale, vettore di modulo 1 perpendicolare alla superficie Φ: E⟂ S -> N m2 / C Φ: E cosα S Φ: E n S TEOREMA DI GAUSS: Φ: Qin / ε0. (Nxm² /C) Densità superficiale di carica σ: Q/S -> C/m2 Superficie piana con campo elettrico uniforme E: σ/ 2ε0 Densità lineare λ: Q / l Teorema di Coulomb per i punti immediatamente esterni alla sup di un cond E: σ/ε0 IL POTENZIALE E LA CAPACITA’ Lavoro per spostare una carica in un campo elettrico uniforme L: q E s L: F s L: q E s// LAVORO: il lavoro del campo elettrico dipende dalla posizione iniziale e dalla posizione finale CAMPO CONSERVATIVO: Poiché ogni distribuzione di carica è formata da un insieme di cariche elementari assimilabili a cariche puntiformi, ciascuna delle quali produce un campo conservativo, il campo elettrico di qualsiasi distribuzione è conservativo. ENERGIA POTENZIALE ELETTRICA: è l'energia potenziale del campo elettrostatico. Si tratta dell'energia posseduta da una distribuzione di carica elettrica, ed è legata alla forza esercitata dal campo generato dalla distribuzione stessa. Si indica con U e varia in funzione della posizione. L: - ΔU Rappresenta il lavoro che la forza elettrica compie quando la carica di prova si sposta da un punto considerato fino all’infinto lungo qualsiasi traiettoria. CONSERVAZIONE DELL’ENERGIA MECCANICA IN UN CAMPO ELETTRICO: poiché la forza è conservativa, un corpo carico in moto mantiene costante la sua energia mecca nica. Se sul corpo è esercitata solo la forza elettrica, la somma tra energia cinetica e potenziale elettrica non cambia.

POTENZIALE ELETTRICO: è una grandezza indipendente dalla carica di prova, scalare. V= U/Q DIFFERENZA DI POTENZIALE (ΔV): è il rapporto tra il lavoro compiuto L dalla forza elettrica su una carica di prova q che si sposta da A a B e la carica stessa: ΔV= L/q Unità di misura: volt (V)= 1J/C Una carica positiva è spinta dalla forza elettrica verso punti a potenziale minore, mentre una negativa è spinta verso punti a potenziale maggiore. POTENZIALE ELETTRICO DI UNA CARICA PUNTIFORME:

E: ΔV / d Va-Vb=E(Ya-Yb) SUPERFICI EQUIPOTENZIALI: superfici in qui il potenziale del campo elettrico generato da una carica puntiforme ha lo stesso valore in tutti i punti equidistanti dalla carica. Le linee di Campo sono perpendicolari in ogni punto alla superficie equipotenziale passante per quel punto.Il campo elettrico all’interno di un conduttore in equilibrio elettro statico è nullo e la carica si distribuisce sulla superficie esterna del conduttore. Il campo elettrico all’esterno di un conduttore, nei punti prossimi alla superficie, è sempre perpendicolare alla superficie stessa.La superficie che delimita un conduttore è equipotenziale. POTENZIALE DI UN CONDUTTORE SFERICO:All’equilibrio la carica occupa tutta la superficie della sfera e genera all’esterno un campo elettrico uguale a quello che produrrebbe se fosse concentrata nel centro. V: Q _ 4πε0R Subito all’esterno delle superfici dei due conduttori, i campi elettrici, all’equilibrio elettrostatico, sono inversamente proporzionali ai raggi

CAPACITA’: rapporto costante, per ogni conduttore, tra carica e potenziale [C] C: Q/C Unità di misura: farad (F) Capacità di un conduttore sferico C: 4πε0r CONDENSATORE: è un elemento essenziale del circuito elettrico composto da due conduttori ( armature ) posti a distanza ravvicinata. Servono per accumulare energia potenziale elettrica da rilasciare rapidamente. CAPACITA’ DI UN CONDENSATORE: rapporto tra il valore assoluto Q della carica distribuita sulle armature e la differenza di potenziale tra esse. C: Q/ ΔV CONDENSATORE PIANO: condensatore che ha come armature due piastre conduttrici piane e parallele, poste a una distanza reciproca d piccola rispetto alle loro dimensioni.Se la distanza d tra le armature è inferiore alle loro dimensioni, tra esse si forma un campo elettrico uniforme e perpendicolare alle armature. E: ΔV/d Se le armature sono separate da uno spazio vuoto o aria, e σ è il valore assoluto della loro densità superficiale di carica: E: σ/ ε0 CAPACITA’ CONDENSTAORE PIANO: C: ε0 S/d -> εr ε0 S/d se un dielettrico riempie lo spazio tra le due armature. CONDENSATORI IN PARALLELO: si stabilisce la stessa d.d.p. ΔV e la capacità equivalente è sempre maggiore delle singole capacità. Ceq: C1 + C2 +…

CONDENSATORI IN SERIE: si stabiliscono quantità di carica dello stesso valore assoluto e la capacità equivalente è sempre minore delle singole capacità.

1/Ceq = 1/C1 + 1/C2 + …. Lavoro per portare a un valore Q la carica L: 1/2 Q ΔV Compiendo il lavoro si accumula energia sotto forma di energia potenziale elettrica: U: 1/2 Q ΔV U: Q2/ 2C U: 1/2 C ΔV2

CORRENTE ELETTRICA CONDUZIONE ELETTRICA NEI METALLI: A seconda del metallo, ogni atomo libera uno o due elettroni, diventando ioni positivi.Nei metalli le particelle che trasportano elettricità sono gli elettroni di conduzione. Si muvono in continuazione di moto caotico con una velocità media di 10^5 m/s, chiamato moto di agitazione termica. Se si collegano gli estremi di un filo a un generatore, a questo moto si aggiunge una corrente, correvo il moto di deriva, di modulo dell’ordine di 10^-4. Nonostante la lentezza del moto di deriva, il segnale si propaga istantaneamente perché è trasportato dal campo elettrico. CORRENTE ELETTRICA: è un movimento ordinato di particelle dotate di carica elettrica. Nei conduttori metallici le particelle che si spostano sono gli elettroni. VERSO CONVENZIONALE DELLA CORRENTE: Per convenzione, il verso della corrente è definito dallo spostamento dall’estremo positivo a quello negativo, anche se in realtà gli elettroni si spostano dall’estremo negativo a quello positivo. INTENSITA’ DELLA CORRENTE: All’interno di un filo conduttore, la corrente fluisce in maniera uniforme in ogni punto. È il rapporto tra la quantità di carica ΔQ che attraversa una sezione trasversale del conduttore in un intervallo di tempo Δt e l’intervallo di tempo stesso. i: ΔQ / Δt Intensità i: [A] ampere 1 A= 1C/s CORRENTE CONTINUA: scorre sempre nello stesso verso con intensità costante Intensità istantanea: limite per t che tende a zero dell’intensità media INTENSITA’ INSTANTANEA: è il limite a cui tende l’intensità media al tendere a zero dell’intervallo di tempo Δt A parità di lunghezza di un filo, l’intensità dipende dal metallo del filo. RESISTENZA (R): è una grandezza fisica che misura la tendenza di un corpo ad opporsi al passaggio di una corrente elettrica, quando sottoposto ad una tensione elettrica. È il rapporto fra la differenza di potenziale ΔV e l’intensità di corrente i che percorre il conduttore. Nei metalli la resistenza è costante. R: ΔV/i Unità di misura: Ohm (Ω). 1Ω=1V/A PRIMA LEGGE DI OHM: a temperatura fissata, la d.d.p fra gli estremi di un conduttore metallico è diretto.prop all’intensità i della corrente che lo percorre. ΔV: R i GRAFICO:Il grafico dell’intensità di corrente in un conduttore in funzione della d.d.p. fra i due estremi è chiamato curva caratteristica. Per la prima legge di Ohm, nei metalli la cura caratteristica è una retta passante per l’origine. Tutti i conduttori con questa curva caratteristica si chiamano conduttori ohmici

RESISTORI: elementi dei circuiti che abbiano una resistenza non trascurabile e che rispetto la prima legge di ohm ( lampadine ). RESISTIVITA’: Ogni conduttore ha una propria resistenza elettrica, chiamata resistività [ρ] (Ω m). La resistività varia al variare della temperatura., perché nei metalli un aumento della temperatura amplifica le vibrazioni degli ioni e fa aumentare l’agitazione termica degli elettroni di conduzione. Gli urti tra gli elettroni e ioni diventano quindi più frequenti e ostacolano maggiormente lo scorrere della corrente elettrica. I semi conduttori invece, all’aumentare della temperatura diminuiscono la resistività. SECONDA LEGGE DI OHM: A una temperatura fissata, la resistenza R di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla lunghezza l del filo e inversamente proporzionale all’area A della sezione trasversale R: ρ l/A GENERATORE ELETTRICO: Per mantenere una d.d.p. costante in un circuito è necessario un generatore elettrico. Esso deve compiere un lavoro L contro la forza elettrica per portare una carica positiva q dal polo negativo a quello positivo. Ogni generatore è caratterizzato da una forza elettromotrice, f.e.m., indicata con f. e la d.d.p. che insiste tra i poli del generatore a circuito aperto. Se il circuito è aperto, la d.d.p fra i poli del generatore è uguale alla f.e.m. F: L/q se f=ΔV -> la d.d.p. è trascurabile e il generatore si chiama generatore di tensione BATTERIA: Più generatori collegati insieme costituiscono una batteria, la cui f.e.m. è la somma delle f.e.m. dei singoli generatori. RESISTENZA INTERNA:Un generatore aggiunge a un circuito non solo la f.e.m., ma anche una resistenza interna del generatore. Questa resistenza genera una diminuzione del potenziale chiamata caduta di tensione. TENSIONE FRA I POLI DI UN GENERATORE: la d.d.p fra i polo del generatore è uguale alla differenza fra la f.e.m e la caduta di tensione causata dalla resistenza interna r. ΔV=f- r i NODO: punto di diramazione rispetto al quale le correnti elettriche possono essere uscenti o entranti. TEOREMA DEI NODI: la somma algebrica delle intensità delle correnti entranti e uscenti da un nodo è uguale a zero. i= i1+12 MAGLIA: qualsiasi percorso chiuso. TEOREMA DELLA MAGLIA: la somma algebrica delle variazioni di potenziale è uguale a zero.E’ una conseguenza del fatto che il campo elettrico è un campo conservativo

Resistori in serie: Req: R1+R2+… Resistori in parallelo: 1/Req: 1/R1+1/R2… AMPEROMETRO: strumento per misurare l’intensità di corrente elettrica VOLMETRO: strumento per misurare la differenza di potenziale POTENZA: ossia l'energia elettrica erogata dal generatore per unità di tempo, [W], watt. P: ΔV i Se la resistenza interna è trascurabile P: f i EFFETTO JOULE: il lavoro compiuto da un generatore, fa aumentare l’energia potenziale degli elettroni spostati. In un circuito chiuso, l’energia potenziale degli elettroni si trasforma in energia cinetica, che a sua volta si trasforma in energia interna dei conduttori che accrescono la propria temperatura. LEGGE DI JOULE: la potenza Pj assorbita per effetto Joule da un conduttore ohmico è uguale al prodotto fra la sua resistenza E e il quadrato dell’intensità di corrente P: R i^2 ENERGIA CONSUMATA NELL’INTERVALLO DI TEMPO Δt: E=Pj Δt

IL MAGNETISMO CAMPO MAGNETICO: è un campo vettoriale la cui presenza in un punto si rileva osservando se un ago magnetico, posto in quel punto, è soggetto a un’azione meccanica. La direzione dell’ago è tangente alla linea di campo del campo magnetico nel punto considerato.! ANALOGIE CAMPO MAGNETICO/ELETTRICO: il campo elettrico e quello magnetico sono entrambi generati da delle forze, quella di Coulomb e quella magnetica. In entrambi i casi ci possano essere forze attrattive e forze repulsive; in un caso, infatti, esistono de tipi di cariche elettriche, e nell’altro due poli magnetici; cariche dello stesso segno si respingono, così come avviene per i poli dello stesso tipo. Essendo entrambi campi vettoriali, inoltre, per entrambi si può parlare di linee di campo per descrivere appunto il campo generato. Il flusso può definire inoltre qualsiasi campo vettoriale, quindi anche quello magnetico.! DIFFERENZE: C’è intanto una differenza tra poli magnetici e cariche elettriche: mentre le cariche d un segno si possono separare da quelle di segno opposto, non si può fare altrettanto per i poli. Tagliando infatti in due un magnete si ottengono due magneti. Le linee di campo del campo magnetico sono linee chiuse, non hanno né inizio né fine.! LINEE DI CAMPO: anche il campo magnetico può essere rappresentato da linee di campo, tangenti in ogni punto al vettore B e orientate secondo il suo verso. Escono dal magnete attraverso il polo N e vi rientrano dal polo S. Inoltre in prossimità dei poli il campo è più intenso e le linee sono più ravvicinate. !

CAMPO MAGNETICO UNIFORME: fra le estremità di un magnete ripiegato le linee di campo, orientate dal polo N al polo s, sono equidistanti e paralleli fra loro. Iil campo magnetico è quindi uniforme (campo in cui si ha stessa direzione, modulo e verso in tutti i punti). Si ha un campo magnetico uniforme fra due espansioni polari di due magneti.! CAMPO MAGNETICO TERRESTRE: la terra è assimilabile a un magnete, e ciò è dimostrato dal fatto che il polo N di un ago magnetico è rivolto verso il Nord geografico terrestre. Il campo magnetico terrestre è simile a quello prodotto da una barra magnetica, la quale è inclinata rispetto all’asse di rotazione della Terra. L’angolo che si forma tra l’asse magnetico e quello terrestre si chiama declinazione magnetica dell’asse terrestre. ! INDUZIONE MAGNETICA: un magnete esercita un’azione meccanica su un filo percorso da corrente. La forza esercitata su di esso è perpendicolare sia al filo che al campo magnetico. L’intensità della forza è massima quando il filo è perpendicolare alle linee, nulla quando è parallelo. Se il filo è perpendicolare al campo, l’intensità della forza è direttamente proporzionale all’intensità di corrente e alla lunghezza del filo.! !

F= B i l

B=F/ il

Unità di misura dell’induzione magnetica: tesla (T) 1T= 1N/(A x m)! FLUSSO DEL CAMPO MAGNETICO: B che attraversa una superficie piana di area S, indicato come Φ , è definito dalla relazione: !

Φ= B sinα S Unità di misura del flusso magnetico: weber (Wb). 1Wb=1 T x m2 TEOREMA DI GAUSS: il flusso del campo magnetico uscente da qualunque superficie chiusa è nullo, perché il flusso entrante bilancia sempre quello uscente.!

Φ= 0 IL CAMPO DI UN FILO RETTILINEO: il fisico Oersted scoprì che un ago libero di ruotare intorno al centro posto vicino a un filo rettilineo percorso da corrente, si orienta, su un piano perpendicolare al filo, lungo la tangente a una circonferenza con centro s...