Riassunto programma quinto anno fisica PDF

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Questo file è il risultato dell'unione tra i miei appunti personali e le spiegazioni del libro della Zanichelli ...

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CAPITOLO 13 ELETTROSTATICA Carica elettrica: è una proprietà fondamentale della materia che non può essere letta in termini di concetti più elementari (es. molecole o atomi). Per elettrizzare un corpo il modo più semplice è strofinarlo sapendo che la forza elettrica diminuisce con la distanza. Quando un pezzettino di carta si solleva attratto dalla penna elettrizzata sappiamo che la forza elettrica in generale è molto più intensa di quella gravitazionale. La forza elettrica può esser sia attrattiva che repulsiva. Quando due corpi sono elettrizzati dallo stesso segno si respingono ma corpi con cariche di segno opposto si attraggono. Conduttori e isolanti: i materiali isolanti sono quelli attraverso i quai la carica elettrica si trasferisce con estrema difficoltà, i conduttori quelli attraverso i quali la carica elettrica si trasferisce con facilità. Per elettrizzare i conduttori ci sono due metodi, per contatto o per induzione. Per contatto prendiamo l'esempio di una sfera di alluminio e una bacchetta di vetro già elettrizzata, quando queste si toccano avviene una ridistribuzione della cariche positive dunque i corpi diventano dello stesso segno e si respingono. Per induzione si intende la ridistribuzione delle cariche solo avvicinandosi ad un corpo anche se però una volta allontanato perde di nuovo la sua elettrizzazione, per farla rimanere stabile possiamo toccare la sferetta con il dito in modo da farle perdere le cariche negative e farle rimanere le cariche positive. Legge di Coulomb F=k0 x (Q1 x Q2)/ r alla seconda (costante dielettrica nel vuoto moltiplicata per il rapporto tra il prodotto delle cariche e r al quadrato): due cariche puntiformi poste nel vuoto a una certa distanza r esercitano una forza che… è una forza che -agisce lungo la retta che congiunge una carica Q1 e una carica Q2 poste nel vuoto -è attrattiva se le cariche hanno segno opposto e repulsiva se hanno lo stesso segno -è modulare, ha modulo k0 è la costante dielettrica nel vuoto e viene anche indicata con 1 / 4pigrecoEpsilon0 se non siamo nel vuoto avremo una costante dielettrica relativa che per l'acqua è 80. Analogie con la forza gravitazionale: hanno una formula simile che prevede una costante moltiplicata per un rapporto con al denominatore la distanza al quadrato. L'andamento con la distanza è uguale 1/r al quadrato. La direzione della forza è centrale in entrambe. Campo elettrico Le cariche elettriche interagiscono senza toccarsi, è un effetto di azione a distanza. In generale la presenza di un insieme di cariche modifica lo spazio circostante ed ogni punto facente parte di quello spazio acquisisce la capacità di esercitare una forza F su una carica. Il campo elettrico si misura in Newton/Coulomb ed è il rapporto tra la forza elettrica che si esercita su una carica di prova posta in un punto P e la carica di prova stessa (quindi divisione tra forza elettrica della carica e carica) E=F/Q0 E e F sono vettoriali quindi vanno scritte con la freccina sopra. Proprietà del campo elettrico per il campo elettrico. vale il principio di sovrapposizione :" il campo elettrico totale che una distribuzione di carica S (genera un campo elettrico in tutti i punti dello spazio) genera in P è la somma vettoriale (il campo è diventato vettoriale) dei singoli campi elettrici che ciascuna carica di S genera in P. Linea di forza è una curva la cui tangente in ogni suo punto P fornisce la direzione del campo elettrico in P. Per ogni punto passa un'unica linea di forza che è orientata come il campo in quel punto. Le linee di forza sono uscenti dalle carica positive +++ ed entranti nelle cariche negative - - Se il campo è uniforme in un certo spazio allora le linee saranno parallele. Teorema di Gauss secondo questo teorema la formula per trovare il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa nel vuoto e contenente una carica totale all'interno della superficie Qt è ɸ(E) = Qt/ Ɛ0 il teorema di Gauss è equivalente alla legge di Coulomb quindi se vale

uno vale l'altro perché entrambi affermano che la forza che agisce sulla carica Q è direttamente proporzionale alla carica stessa ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza. Flusso del campo elettrico il flusso del campo elettrico uniforme E attraverso una superficie piana di area A è definito come ɸ(E) = E perpendicolare xA l'unità di misura del flusso del campo elettrico è Nxm2/C Newton per metro al quadrato fratto Coulomb. In una superficie curva si può comunque calcolare il flusso del c.e. se si suddivide il campo in porzioni piccolissime ognuna delle quali considerata come superficie piana. Il flusso totale in questo caso sarà dunque la somma dei flussi. Energia potenziale elettrica di un sistema di cariche è una proprietà del sistema di cariche che interagiscono fra loro. è uguale al lavoro compiuto da una forza esterna per assemblare il sistema contro la forza elettrica. La formula per trovare l'energia p.e. di un sistema costituito da due cariche puntiformi poste a distanza r nel vuoto è U(r)= k0 x (Q1xQ2/R) si misura in Joule Potenziale elettrico è il rapporto tra l'energia potenziale della configurazione di cariche Up e la carica di prova positiva Q0 Vp=Up/Q0 è una grandezza scalare, non come il campo elettrico che è vettoriale, e si misura in volt(V). Il potenziale non dipende mai dalla carica di prova ma solo dalla distribuzione di cariche che lo genera. Potenziale elettrico generato da una carica puntiforme A una distanza (r) dalla carica puntiforme Q vale la formula per cui V(r) =k0 x Q/r siamo nel vuoto. Differenza di potenziale o tensione (d.d.p.) La differenza di potenziale tra i punti B e A è data da deltaV= - (La-->B/Q0) dove la-b è il lavoro della forza elettrica lungo lo spostamento da A a B. Relazione tra campo elettrico e potenziale elettrico La componente del campo elettrico lungo la direzione s è data da Es= - delta V/delta S il campo elettrico è diretto nel verso in cui il potenziale decresce. Quindi la differenza di potenziale fratto lo spostamento. Condensatore piano: è un dispositivo formato da due conduttori chiamati armature che sono isolati fra loro. Di un condensatore noi misuriamo la capacità che ha come unità di misura il Farad ed equivale a un Coulomb fratto un volt. In un condensatore la carica Q e la tensione V tra le armature sono direttamente proporzionali quindi capacità uguale Q/deltaV CAPITOLO 14 LA CORRENTE ELETTRICA Intensità di corrente elettrica è la quantità di carica che attraversa una sezione di un conduttore nell'unità di tempo, si misura in ampere (A) che è 1C fratto 1s. la formula è i=delta Q/delta t Velocità di deriva degli elettroni è la velocità con cui si muovono gli elettroni in un conduttore sottoposto all'azione di un campo elettrico. è dell'ordine di qualche decimetro all'ora. Per un conduttore di sezione A è vd=i/ en di e x A Generatore di tensione: è il dispositivo composto da due terminali o poli che permette di mantenere una differenza di potenziale ai capi di un conduttore Forza elettromotrice (fem) di un generatore di tensione è il lavoro per unità di carica che esso compie per spostare le cariche al suo interno: fem= L/ delta Q e si misura in volt perché sarebbe joule su coulomb

Prima legge di Ohm L'intensità di corrente i che scorre in un filo metallico è direttamente proporzionale alla d.d.p. delta V applicata ai suoi capi i=1/R x delta V la resistenza R si misura in ohm. delta V= R x i un ohm è uguale a un volt fratto un ampere Seconda legge di Ohm La resistenza R di un filo di lunghezza l e sezione A è R= p. l/A la resistività(p si legge Ro) è caratteristica e specifica del materiale e si misura in ohm x metro Effetto Joule: è il passaggio di corrente in un conduttore che prevede la trasformazione di energia elettrica in calore. Se prendiamo l'esempio del phon possiamo vedere che è un dispositivo che usa degli elementi conduttori percorsi da corrente per generare calore, in questo caso aria calda. Potenza elettrica P=delta V x i Potenza dissipata in un conduttore per effetto Joule P= R x i al quadrato Connessioni in serie e in parallelo: sono le configurazioni con cui si possono connettere fra loro insiemi di resistori. Sono i circuiti elettrici più semplici composti da uno o più generatori di tensione collegati ai resistori. In molti casi possiamo determinare la resistenza equivalente di una configurazione di resistori ovvero la resistenza che dovrebbe avere un singolo resistore per assorbire l'intera corrente elettrica se fosse inserito al posto dell'intera configurazione. Resistori in serie quando due o più resistori sono connessi in serie si parla di partitori di tensione il quale ripartisce la tensione totale in modo che la resistenza di ciascun resistore sia direttamente proporzionale alla tensione ai suoi capi. La resistenza equivalente è la somma delle resistenze dei singoli resistori: Req = R1+R2+R3.… Resistori in parallelo qui abbiamo invece il partitore di corrente che ripartisce la corrente in modo che ciascun resistore abbia l'intensità di corrente inversamente proporzionale alla propria resistenza. La resistenza equivalente è tale che il suo inverso è uguale alla somma degli inversi delle resistenze dei singoli resistori : 1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3... Risoluzione circuito con resistori: risolvere un circuito significa determinare le intensità e i versi delle correnti che scorrono in esso conoscendo le tensioni applicate e i valori delle resistenze. Quindi calcolo le varie resistenze equivalenti (dipende se sono in serie o parallelo) Amperometro misura l'intensità di corrente che attraversa un circuito e va collegato in serie . Voltmetro misura la d.d.p. tra due punti A e B ai quali è connesso. Va collegato in parallelo al tratto di circuito tra A e B. Resistenza interna di un generatore : Ri ha origine dall'opposizione che le cariche elettriche risentono nel passaggio attraverso il generatore. La resistenza interna provoca una caduta di potenziale. Corrente elettrica nei liquidi e nei gas: per studiare la conduzione di un liquido si usa un dispositivo detto cella elettrolitica composto da un generatore di tensione connesso a due elettrodi metallici inseriti nel liquido in questione. Utilizzo sicuro corrente: disporre di impianti a norma e certificati, non provare ad alterarli, non entrare in contatto con le dita ad elementi in tensione, non superare la potenza massima indicata in una presa multipla . Danni : fibrillazioni cardiache, danni termici, contrazioni muscolari.

CAPITOLO 15 IL CAMPO MAGNETICO calamite e fenomeni magnetici: esistono materiali che posti a contatto con la magnetite si magnetizzano e dunque ne acquisiscono le proprietà, tra questi il ferro il cobalto e le leghe. Con questi possiamo costruire magneti e calamite. Per analizzare i fenomeni magnetici si usa u ago magnetico capace di ruotare al suo centro, come quello di una bussola. Scopriamo che poli omologhi si respingono e poli diversi si attraggono. Il campo magnetico: è un campo vettoriale che ci permette di interpretare le interazioni tra magneti. Ogni magnete crea un campo magnetico nello spazio circostante, i campi interagiscono tra loro. Per definirne direzione e verso usiamo un ago magnetico. La direzione in un punto P sarà la retta lungo cui si dispone l'ago mentre il verso del campo B sarà da sud a nord. Intensità del campo magnetico è data dalla relazione B= F/ i x L dove B è il campo, F è la forza sentita dal filo di prova, i è l'intensità di corrente e L è la lunghezza del filo. Campo= forza/ intensità x lunghezza Forza magnetica su una corrente La forza che agisce su un filo percorso da corrente i e immerso in un campo magnetico uniforme ha :- modulo F= i x L x B perpendicolare - direzione perpendicolare al piano formato dal filo e dal campo magnetico B - verso dato dalla regola della mano destra Forza di Lorentz La forza che agisce su una carica elettrica Q in moto con velocità v in un campo magnetico uniforme ha : -modulo F= QvB perpendicolare -direzione perpendicolare al piano su cui giacciono B e v - verso dato dalla regola della mano destra è grazie alla forza di Lorentz che i campi magnetici producono effetti sulle correnti elettriche+ campi magnetici generati da corrente. Nel ventennio del 1800 un fisico scoprì che attorno ad un filo percorso da corrente esiste un campoo magnetico. Diventava dunque possibile attraverso le correnti elettriche generare dei campi magnetici in determinati luoghi e momenti. Se posizioniamo un ago vicino a un filo non alimentato l'ago sarà posizionato parallelamente al filo e se lo alimentiamo l'ago si posizionerà perpendicolarmente. Proprietà magnetiche della materia: abbiamo sostanze diamagnetiche> il campioene viene respinto debolmente verso la zona in cui il campo magnetico è più debole (rame, acqua, bismuto) sostanze paramagnetiche> il magnete è debolmente attratto verso la zona in cui il campo magnetico è più intenso (alluminio, magnesio,ossigeno). Sostanze ferromagnetiche> attrazione molto forse (ferro, nichel, cobalto) Teorema di Gauss Il flusso del campo magnetico attraverso una qualsiasi superficie chiusa è nullo CAPITOLO 16 INDUZIONE E ONDE ELETTROMAGNETICHE Induzione elettromagnetica è un fenomeno che si verifica in particolari condizioni non stazionarie nel quale un campo magnetico produce una corrente in un circuito elettrico. C'è un esempio che lo dimostra : Abbiamo due circuiti, il primario con alimentatore e il secondario con amperometro. Nel primario non circola corrente perché l'interruttore è aperto. Appena viene chiuso e in esso la corrente sta quindi aumentando, per pochissimo tempo nel secondario passa corrente e la lancetta dell'amperometro si sposta. Se la corrente del primario non sta aumentando né diminuendo, ed è

costante, allora nel secondario non viene registrato nessun passaggio di corrente. Se c'è corrente indotta c'è fem indotta (prima legge di ohm). Induttore sorgente di campo magnetico alimentata da un generatore Indotto circuito non alimentato e formato da alcune spire chiuse su un amperometro Legge di Faraday- Neumann La variazione del flusso magnetico attraverso una superficie avente come bordo un circuito genera una fem indotta nel circuito : fem(E): - (delta fi- s / delta t) variazione di flusso/variazione di tempo. La fem indotta si origina in un circuito in conseguenza di una variazione del numero di linee di campo magnetico che attraversano la superficie delimitata del campo. Legge di Lenz Fornisce una spiegazione al segno "-" presente nella legge di F. e N. Perché? perché una corrente indotta scorre sempre nel verso che si oppone alla variazione che ha generato la corrente,. Il verso della corrente indotta in un circuito è tale da generare un campo magnetico che si oppone alla variazione di flusso magnetico che origina la stessa corrente indotta alternatore ;dispositivo che converte l'energia meccanica in energia elettrica mediante il fenomeno dell'induzione elettromagnetica Trasformatore è un dispositivo in grado di aumentare o diminuire la tensione in un circuito in corrente alternata. Equazioni di Maxwell: quattro equazioni che interpretano i fenomeni elettrici e magnetici. Sono teoremi di Gauss (entrambi), la legge di Faraday-Neumann e la legge di Ampere-Maxwell. Onde elettromagnetiche sono perturbazioni dei campi elettrico e magnetico che si propagano nello spazio alla velocità della luce. Sono onde trasversali in cui i vettori E e B sono sempre perpendicolari fra di loro. Si propagano anche nel vuoto. Spettro elettromagnetico è la serie ordinata di frequenze delle onde elettromagnetiche. Ecco le frequenze in ordine crescente: onde radio, microonde, radiazioni infrarosse, radiazioni ultraviolette, raggi x , raggi gamma....