Introduzione ai concetti base dell'elettricità e Legge di Ohm per la Fisica

Introduzione ai Concetti Fondamentali dell'Elettricità

INTRODUZIONE Benvenuto! In questo quaderno degli appunti, scoprirai i concetti fondamentali dell'elettricità, anche se non sei un esperto nel campo. Cominciamo con la legge di Ohm, che è come la pietra angolare per capire come funzionano le cose nell'elettricità. È una regola semplice ma potente che ci aiuta a capire come la tensione, la corrente e la resistenza sono collegate in un circuito elettrico. È il punto di partenza perfetto per esplorare questo affascinante mondo. Prima di tutto, è cruciale comprendere la differenza tra tensione e corrente. Anche in classi avanzate, è comune che gli studenti continuino a confondere queste due grandezze. Tuttavia, sono due concetti completamente distinti e capire questa differenza è fondamentale.1: Corrente

Corrente Elettrica: Flusso di Elettroni

Che cos'è esattamente questa parola "corrente"? Beh, potremmo paragonarla a un flusso, proprio come nel caso dell'idraulica. Immagina un fiume che scorre costantemente. Ebbene, la corrente fa proprio questo, solo che al posto dell'acqua, è un flusso di elettroni che si muovono attraverso un circuito. Dove risiedono esattamente questi elettroni? Dobbiamo considerare la struttura atomica: al centro c'è un nucleo che contiene protoni e neutroni, mentre attorno orbitano gli elettroni. Questa rappresentazione semplificata dell'atomo è fondamentale per comprendere i concetti che seguono

• NEUTRONE
• NUCLEO
• PROTONE
• ELETTRONE

In uno stato stazionario, è riconosciuto che il protone porti una carica positiva, l'elettrone una carica negativa, mentre il neutrone non ha nessuna carica.

N 0 e ELETTRONE PROTONE NEUTRONE Gli elettroni, analogamente ai pianeti che orbitano intorno al sole nel sistema solare, si trovano in orbita attorno al nucleo atomico in una disposizione stabile. Immagina una famiglia dove i neutroni e i protoni sono come i figli più tranquilli che preferiscono stare a casa (nel nucleo), mentre gli elettroni sono come i figli più attivi e avventurosi che vogliono andare in giro e esplorare il quartiere. Sono poi gli elettroni di valenza, essendo i figli più distanti dal nucleo familiare, quelli che si liberano dall'atomo e portano avanti il flusso della corrente elettrica! Ricorda bene questo concetto: sono gli elettroni liberi i soli artefici della circolazione della corrente. Ma qual è la forza che spinge gli elettroni a sgusciare via dalla loro orbita intorno al nucleo, lasciando il loro nido?È simile ad altre forze naturali 'gratuite', come la gravità che tiene i pianeti in orbita attorno al Sole o la forza magnetica che orienta le bussole verso il polo nord. Questa è la legge di attrazione e repulsione tra le cariche, un'altra dimostrazione della meravigliosa armonia delle forze nella natura.

Legge di Attrazione e Repulsione tra Cariche

Cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto si attraggono.

+ ATTRAZIONE ¢ + + 1 - - REPULSIONE Pensa a due cani che, se sono della stessa taglia, tendono a allontanarsi l'uno dall'altro, ma se sono di dimensioni diverse, si avvicinano e giocano insieme Ora consideriamo un filo di rame. La scelta del rame non è casuale: con i suoi 29 elettroni, 18 di valenza di cui 1 nel guscio più esterno libero di muoversi, si presenta come un'autostrada ideale per gli elettroni, offrendo così una conducibilità elettrica eccezionale.elettrone libero atomo conduttore - + Allora, se applico una zona positiva a un'estremità di questo conduttore e una zona negativa all'altra estremità (possiamo già iniziare ad immaginare che queste zone siano i poli di una batteria), gli elettroni liberi di carica negativa vengono respinti dalla zona negativa e attratti dalla zona positiva. Ecco quindi che ho avviato un flusso ordinato di elettroni, simile al flusso controllato dell'acqua in un tubo. Questa è la corrente elettrica

Misurazione della Corrente Elettrica

Va bene, ma adesso dobbiamo misurarla. Quanta corrente c'è? Quanti elettroni stanno scorrendo? Dobbiamo prima avere una unità di misura della carica elettrica. Certamente! Il coulomb è l'unità di misura della carica elettrica nel Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI). Prende il nome dal fisico francese Charles-Augustin de Coulomb, che ha contribuito significativamente allo studio delle forze elettrostatiche. Questo concetto è legato al numero di elettroni che costituiscono la carica. Ogni elettrone ha una carica elementare e 1 coulomb corrisponde a una quantità enormedi elettroni, 6 miliardi di miliardi di elettroni. Questo grande numero di elettroni fa sì che una quantità relativamente piccola di carica, come 1 coulomb, sia estremamente significativa in termini di numero di particelle cariche coinvolte. Ora però dobbiamo quantificare la corrente elettrica, cioè quanto è il flusso di questi elettroni? Immagina che il flusso di corrente elettrica in un conduttore sia come l'acqua che scorre in un tubo. Se vogliamo misurare la quantità d'acqua che passa attraverso una sezione del tubo in un certo tempo, possiamo utilizzare un contatore per conteggiare i litri d'acqua che passano in un minuto. Allo stesso modo, per misurare la corrente elettrica, utilizziamo un dispositivo che conta il numero di cariche elettriche che passano attraverso una sezione del conduttore in un dato intervallo di tempo. Supponiamo che stiano passando 20 Coulomb in 5 secondi. Quanto varrà questa corrente? E se ne passano 30 coulomb in 10 secondi? Dove c'è maggiore corrente? Inizialmente sembrerebbe più nel secondo caso. Ma attenzione che per fare bene il confronto dobbiamo riportare tutto a quante cariche passano in un secondo, sia nel primo caso, sia nel secondo. Che operazione dobbiamo fare? Questo concetto è simile ai problemi delle elementari, dove ci hanno insegnato che se abbiamo 20 caramelle e ci sono 5 bambini, per sapere quante caramelle spettano ad 1 bambino dobbiamo fare la divisione. Ecco, utilizziamo lo stesso principio per comprendere i fenomeni, semplificando anziché complicare. Spesso, la matematica può sembraredifficile perché viene vista in modo astratto, ma se ne comprendiamo il reale significato vediamo quanto sia di grande aiuto nell'analizzare e comprendere il mondo che ci circonda. Impariamo allora questo concetto: la divisione matematica stabilisce quanto di una grandezza (divisore) spetta a ciascuna unità del denominatore (dividendo), un concetto fondamentale che si ripeterà continuamente nelle formule che utilizziamo. Torniamo a noi. Nel primo avremo 20 diviso 5 e troveremo lcome risultato 4. Ma fermi tutti! Scrivere solo 4 nel risultato è un errore. Questi numeri devono essere sempre accompagnati dall'unità di misura anche se a volte può sembrare scontato. Supponete che uno non abbia seguito i bambini dell'esempio precedente e gli dica devi dare 4 ai bambini. 4 cosa ??? 4 mele? 4euro? E' importante quando comunichiamo un risultato numerico accompagnarlo sempre con la sua unità di misura: 4 caramelle per ciascun bambino. Quindi nel nostro caso sarà 4 coulomb in 1 secondo. Mentre nel secondo caso facendo 30 diviso 10, troveremo 3 coulomb in 1 secondo e quindi possiamo affermare che c'è più corrente elettrica nel prio caso. L abbiamo scoperto con la matematica. E allora faciamo ora un passo successivo e tutto quello che sto dicendo in questi mille caratteri lo dirò con soli 3 caratteri. Con una formula! Noooo, non spaventatevi la formula serve semplicemente a riepilogo con una scrittura formale tutto questo discorso che abbiamo detto. Se chiamiamo con Q la carica elettrica, con t il tempo e con la lettera I la corrente elettrica ecco allora tutto riassunto con questa formula

Formula della Corrente Elettrica

I = Q t Come si misura questa corrente? La misuriamo in ampere. Quindi, nell'esempio precedente, avremo quattro ampere. Nelle prese di casa nostra, possiamo, ad esempio, prelevare sino a 16 ampere da una presa. USB posso prelevare 3 ampere. Tutte le grandezze elettriche possono essere misurate con il multimetro digitale o tester. Ora, questa misura presuppone quindi che debba aprire il circuito, cioè che debba tagliare il filo. Chiaramente non possiamo fare questo ogni volta che dobbiamo misurare una corrente. Allora, sfruttando invece il campo elettromagnetico che crea la corrente, posso misurarla attraverso una pinza amperometrica, semplic emente mettendomi così attorno al mio cavo elettrico, dei quali voglio conoscere gli ampere. Bene, abbiamo finito il nostro tempo, ma se vuoi approfondire questi argomenti, trovi il video completo qui in alto a destra, tutta la playlist qui in alto a sinistra. Lascerò anche il link in descrizione, per restare aggiornato. Iscriviti al canale, ti saluto e alla prossima. Elettro pillola.2: Tensione

Tensione Elettrica: Potenziale e Voltaggio

Parliamo della tensione elettrica, anche detta potenziale elettrico o differenza di potenziale e forse ad alcuni suonerà meglio un termine molto utilizzato nel linguaggio comune: il VOLTAGGIO! Cosa è ?. Ci rifacciamo alla legge di attrazione e repulsione delle cariche. Possiamo avere un flusso di elettroni, così da avere una corrente elettrica. Mettendo qui ai capi di questo conduttore una zona positiva, così che gli elettroni di carica negativa sono attratti verso questa zona e sono respinti dalla zona di potenziale negativo. Ora, questo flusso di elettroni a cosa ci serve? Beh, per i nostri fenomeni elettrici, questi elettroni, passando attraverso, ad esempio, una lampadina, producono un effetto luminoso. Ora ci chiediamo, ma per poter continuare ad avere questo flusso di elettroni, mi serve infine un qualcosa che continua a spingere questi elettroni. Chi è questo qualcosa? Èproprio la tensione elettrica, in questo caso, di una batteria, che verrà chiamata la forza elettromotrice, che riesce a tenere in circolo questi elettroni. Vediamo come. Beh, gli elettroni, per proseguire il loro percorso, quando ritornano verso il polo positivo, perché, a tratti, per poter proseguire il loro ciclo, è necessario qualcuno che li spinga contro la forza del campo che si sta creando all'interno di questa batteria, perché gli elettroni verrebbero respinti da questo polo negativo. Quindi serve una forza, che è la forza elettromotrice, con la quale questo generatore riesce a spingere gli elettroni nel circuito. Come viene generata questa tensione elettrica? Ci sono due modi principalmente, attraverso delle reazioni chimiche, di cui appunto Alessandro Volta è stato il precursore, inventando la cosiddetta pila di Volta, dalle quali poi sono nate tutte le nostre pile, ai nostri accumulatori. In questo caso, abbiamo la cosiddetta tensione continua. Mentre, se produciamo una tensione elettrica attraverso un movimento, per esempio la dinamo di una bicicletta, o attraverso un alternatore collegato a una turbina idraulica, oppure a un alternatore con una pala eolica, produciamo una tensione di tipo alternata, che è quella che abbiamo a casa, grazie alla famosa guerra delle correnti, vinta da Nikola Tesla.