L'Atomo: carica elettrica, leggi di Kirchhoff e Ohm per la scuola superiore

L'Atomo e la Carica Elettrica

L'Atomo
CARBON
Si chiama così perché la parola deriva dal greco átomos: indivisibile, in
quanto una volta si pensava che non potesse essere diviso.
È la particella elementare della materia.
E costituito da un nucleo formato da protoni (+) e neutroni (neutri) e da
elettroni (-) che orbitano intorno ad esso.
I legami tra neutroni e protoni sono fortissimi e solo gli elettroni possono
essere persi o acquisiti dall'atomo.

La Carica Elettrica: Proprietà e Unità di Misura

La carica elettrica
È la proprietà della materia a livello atomico, di generare forze elettriche
attrattive o repulsive.
Unita di misura: Coulomb (C)

Tipi di Elettrizzazione

• Strofinio: Ad esempio strofinando una bacchetta di vetro con un panno
  (Per isolanti e conduttori isolati)
• Induzione: Avvicinando un corpo elettrizzato ad un conduttore
  (Per conduttori)
• Contatto: Toccando un conduttore con un altro conduttore elettrizzato
  (Per conduttori)
• Polarizzazione: Avvicinando un oggetto carico ad un isolante, le
  molecole di quest'ultimo, si deformano o si orientano nella direzione
  dell'oggetto stesso.

Forza Elettrica e Legge di Coulomb

Forza Elettrica e legge di Coulomb
La Forza Elettrica è la forza che si genera tra due cariche elettriche e
può essere attrattiva (tra cariche di segno opposto) e repulsiva (tra
cariche dello stesso segno).
La legge di Coulomb serve per misurare la forza che si genera tra due
cariche ed è data dalla formula:
F = K
r2
F
forza elettrica unità di misura: Newton (N)
costante di Coulomb nel vuoto (9 x 10^9)
K
Qa e Qb sono i valori delle due cariche elettriche espressi in Coulomb
r
distanza tra le due cariche elettriche
F
12
21
+
+92
F.
12
F,
21
+q1
+
92

Materiali Conduttori, Semiconduttori e Isolanti

Materiali
Conduttori :
le cariche elettriche (elettroni) sono libere di muoversi
(metalli, acqua di mare)

Semiconduttori: le cariche elettriche (elettroni) sono parzialmente libere
di muoversi (Silicio) viene sfruttato per le apparecchiature elettroniche
Isolanti:
Le cariche elettriche non possono muoversi
(bacchette di vetro o di plastica, gomma ecc ... )

Il Campo Elettrico

Il Campo Elettrico
Il Campo Elettrico è una regione dello spazio in cui una carica elettrica
"q" avverte una forza che la spinge, generata da una o più cariche
presenti nei dintorni.
E
E .q+
+
F
F
+
-
Q.q
Ko
E =
F
==
d2
q
q
E = Campo Elettrico
F = Forza Elettrica
Q = Carica presente nello spazio
q = Carica di prova (molto piccola)
d = distanza tra le cariche
La carica "q" deve essere molto piccola per non influenzare la
misurazione del Campo Elettrico "E".
q
La Forza elettrica presa in considerazione per la suddetta formula del
Campo Elettrico, è la risultante di tutte le forze che agiscono sulla carica
'q";
quindi, anche il campo elettrico E avrà la direzione ed il verso della forza
elettrica risultante.
y
q1
+
0
r
P
I
0
0
Ē
2
92
q+ = nostra carica di prova
nel punto P del campo
elettrico
il Campo Elettrico totale
"E" (in rosso), sarà la
somma vettoriale di
ciascun campo generato
dalle due forze che agiscono
sulla nostra carica di prova
“q".

Il Circuito Elettrico

Il circuito elettrico:
E un percorso chiuso in cui circola la corrente elettrica.
È costituito da una batteria o generatore, da un conduttore che
trasposta la corrente e da apparecchiature che utilizzano la corrente
Switch
Consumer
(Bulb)
+
Power source
(Battery)
-
Electric wire
CIRCUITO CHIUSO
(lampadina accesa)
INTERRUTTORE
GENERATORE
(pila)
+
UTILIZZATORE
(lampadina)
FILO CONDUTTORE

La Prima Legge di Ohm

1º legge di Ohm:
La legge di Ohm è una formula utilizzata per calcolare la relazione tra
tensione, corrente e resistenza in un circuito elettrico.
L'intensità di corrente (I) in un conduttore è direttamente proporzionale
alla tensione (V) ad esso applicata ed inversamente proporzionale alla
resistenza (R) del circuito stesso
p.s. due grandezze si dicono direttamente proporzionali quando
all'aumentare di una, aumenta anche l'altra ( I, AV).
p.s. due grandezze si dicono inversamente proporzionali quando
all'aumentare di una, l'altra diminuisce ( I, R).
I = AV
R
AV = R * I
R = AV
I
I = intensità di corrente (ampere A)
AV = Differenza di potenziale o tensione (Volt V)
A = lettera greca delta
R = resistenza del circuito (Ohm (2)
2 = lettera greca omega
lampada
R
pila
DURACELL -
corrente
1
conduttore (filo)
AV
i

Resistori in Serie e in Parallelo

Resistori in Serie

Resistori in serie e in parallelo:
SERIE
RI
R2
AV
R1 = 2 ohm
R2 = 3 ohm
La resistenza totale del circuito si calcola semplicemente sommando i
valori dei resistori R1 e R2:
R tot = R1 + R2
R tot = 2 + 3 = 5 ohm

Resistori in Parallelo

PARALLELO
R1 = 2 ohm
R1
R2
R2 = 3 ohm
Vo
+
La resistenza totale del circuito si calcola sommando gli inversi dei valori
dei resistori R1 e R2 e ottenendo così l'inverso della resistenza totale:
1
R tot
=
1+ 1
R1
R2
1
R tot
2
=
1 +
1
3
R tot
1
=
5
5
== >
6
R tot =
6
= 1,2 ohm

Leggi di Kirchhoff

Prima Legge di Kirchhoff (Legge dei Nodi)

1º Legge di Kirchhoff (legge dei nodi)
La somma delle intensità delle correnti entranti in un nodo deve essere
uguale alla somma delle intensità uscenti dal nodo.
nodo
i2
i3
i1 = 12 + 13

Seconda Legge di Kirchhoff (Legge delle Maglie)

2º Legge di Kirchhoff (legge delle maglie)
La somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano
percorrendo una maglia è uguale a zero.
AV
a
R.
+
A
verso di
percorrenza
della maglia
B
+
R2
AV
partendo dal polo A
+ AV1 - R1 * i1 + R2 * 12 - AV2 = 0
+ AV1
positiva perché incontriamo prima il segno -
- R1 * i1
negativa perché ci muoviamo nel verso in cui scorre la corrente
+ R2 * 12
positiva perché ci muoviamo "contro" corrente
- AV2
negativa perché incontriamo prima il segno +

La Seconda Legge di Ohm

LA 2º legge di Ohm
la resistenza che oppone un conduttore al passaggio di corrente è
direttamente proporzionale alla sua lunghezza (L) e inversamente
proporzionale alla sua sezione (S)
L
R = PS
NOTA BENE:
lunghezza in om e sezione in m=
R = Resistenza del conduttore (ohm)
L = Lunghezza del conduttore (m)
S = Sezione del conduttore (m2)
p = resistività del materiale di cui è
fatto il conduttore (ohm x metro) - si
trova in apposite tabelle:
Materiale
Resistività (Om)
Argento
1,62 × 10 **
Rame
1,68 x 10*
Oro
2,35 x10 **
Alluminio
2,75 × 10 **
Tungsteno
5,25 x 108
Ferro
9,68 x 10 **
Platino
10,6 x 10""
Acqua di mare
2.00 × 10*1
Acqua potabile
tra 2.00x101 e 2.00×103
Silicio puro (non drogato)
2,5 × 10}
Vetro
tra 1010 e 1024
Aria
tra 1.30×1016 e 3.30×1016

Generatori di Tensione Ideali e Reali

Generatore Ideale di Tensione

Generatori di tensione ideali e reali
Nel generatore ideale di tensione la differenza di potenziale AV resta
sempre uguale alla propria forza elettromotrice.
AV = f.e.m. (forza elettro motrice - Volt)
V
R
I = f.e.m.
(1º legge di Ohm)
R

Generatore Reale di Tensione

Nel generatore reale di tensione, esiste una resistenza interna al
generatore stesso "r" che deve essere considerata.
r
İ
R
+
fem
-
I = f.e.m.
(1º legge di Ohm)
r + R

Domande Frequenti sull'Elettricità

Cos'è un Circuito Elettrico?

Domande probabili
Che cos'è un circuito elettrico?
Risposta:
un circuito elettrico è un percorso chiuso attraverso il quale può scorrere
la corrente elettrica.
E' composto da elementi come generatori, conduttori, interruttori e
utilizzatori (lampadine, resistenze, motori, ecc ... )

Cos'è la Corrente Elettrica?

Cosa è la corrente elettrica? e quale è la sua unità di misura nel sistema
internazionale?
Risposta:
La corrente elettrica è un flusso ordinato di cariche elettriche (elettroni)
attraverso un conduttore. La sua unità di misura è l'ampere (A).

Differenza tra Conduttore, Isolante e Semiconduttore

Qual è la differenza tra un conduttore un isolante e un semiconduttore?
Risposta:
Un conduttore è un materiale che permette il passaggio della corrente
elettrica opponendo una bassa resistenza (es: rame, alluminio).
Un isolante è un materiale che non permette il passaggio della corrente
opponendo una grande resistenza (es: plastica, vetro)
Un semiconduttore è un materiale che in certe condizioni si comporta da
isolante e in altre condizioni da conduttore (es: silicio, germanio usati
molto in elettronica)

Grandezze Fondamentali di un Circuito Elettrico

Quali sono le grandezze fondamentali che descrivono un circuito
elettrico?
Risposta:
Le tre grandezze fondamentali sono:
Tensione (V):
è la differenza di potenziale tra i poli del generatore e si
misura in Volt.
Corrente (I):
è il flusso di elettroni che scorre nel conduttore del
circuito e si misura in Ampere.
Resistenza (R): è la forza che si oppone al passaggio della corrente e si
misura in Ohm.

La Prima Legge di Ohm Spiegata

Cosa dice la prima legge di Ohm?
Risposta:
La prima legge di Ohm afferma che la corrente elettrica (I) che
attraversa un conduttore, è direttamente proporzionale alla tensione
(AV) ed inversamente proporzionale alla resistenza (R) presente nel
circuito.
I = AV
R

La Seconda Legge di Ohm Spiegata

Cosa dice la seconda legge di Ohm?
Risposta:
La seconda legge di Ohm afferma che la resistenza (R) di un filo
dipende dal materiale di cui è fatto (p detta rho) dalla sua lunghezza (L)
e dalla sua sezione (S).
R= PL
S
La resistenza R del filo, è quindi direttamente proporzionale alla
lunghezza del filo e inversamente proporzionale alla sua sezione.

La Prima Legge di Kirchhoff Spiegata

Cosa dice la prima legge di Kirchhoff (legge dei nodi)?
Risposta:
La prima legge di Kirchhoff afferma che la somma delle correnti che
entrano in un nodo di un circuito, deve essere uguale alla somma delle
correnti che escono dal nodo stesso.

La Seconda Legge di Kirchhoff Spiegata

Cosa dice la seconda legge di Kirchhoff (legge delle maglie)?
Risposta:
La seconda legge di Kirchhoff afferma che in un circuito chiuso, la
somma di tutte le tensioni e di tutte le cadute di tensione sui
componenti, è uguale a 0.

Grandezze Fondamentali del Circuito Elettrico e Strumenti di Misura

Quali sono le grandezze fondamentali che descrivono un circuito
elettrico?
Risposta:
Le tre grandezze fondamentali sono:
Tensione (V): è la differenza di potenziale tra i poli del generatore e si
misura in Volt.
Lo strumento di misura è il "Voltmetro".
Corrente (I):
è il flusso di elettroni che scorre nel conduttore del
circuito e si misura in Ampere.
Lo strumento di misura è l' "Amperometro".
Resistenza (R): è la forza che si oppone al passaggio della corrente e si
misura in Ohm.
Lo strumento di misura è l' "Ohmmetro".