CARICHE IN MOTO E CORRENTE ELETTRICA NEI SOLIDI

CARICHE IN MOTO E CORRENTE ELETTRICA NEI SOLIDI

il contributo maggiore alla determinazione del moto delle cariche elettriche è dato dal campo elettrico in cui sono immerse. Una carica positiva si muove lungo le linee orientate del campo elettrico esterno nel verso concorde ad esse, una carica negativa invece si muove nel verso opposto ad esse. Per trasportare le cariche in luoghi diversi attraverso percorsi diversi, bisogna dotarsi di guide( fili o cavi metallici ricoperti da materiali isolanti che non ne permettono la dispersione). La Corrente elettrica (o intensità di corrente) è uguale ad  I= Q/ T dove Q è la quantità di corrente elettrica che passa attraverso la sezione del filo S e T è l'unità di tempo. L'unità di misura è 1A=1C/1s cioè in un conduttore scorre una corrente di intensità pari ad 1A quanto una quantità di carica 1C attraversa una sezione trasversale del conduttore in un intervallo di tempo pari ad 1s.le cariche si muovono per la presenza di un campo elettrico che produce una migrazione delle cariche tra due punti diversi A e B tra i quali si stabilisce perciò una differenza di potenziale V = Va -Vb. Come nel modello dei gas perfetti vale la relazione che lega l'enrgia cinetica media delle particelle alla temperatura tramite il teorema di equipartizione dell'energia (½)*m*V ²= 3/2 k*t dove m è la massa della particella V è la sua velocità assoluta t e k è la costante di Boltzmann.

VELOCITA' DI DERIVA:gli elettroni in presenza di un campo elettrico si spostano in una direzione ben determinata.si muovono pertanto con una componente di velocità in direzione del campo elettrico,comunemente chiamata velocità di deriva(velocità di drift).Se indichiamo con n il numero di cariche per unità di volume e con e la carica elementare di una particelle,la carica totale  Q contenuto nell'elemento di volume  V = S* h dove h = Vd(deriva) * T è lo spostamento delle cariche nell'intervallo di tempo T, è uguale a q= n*e* V = n*e*S* h = n*e*S*Vd* T

questo implica I =  Q / T = n*S*Vd

DENSITA' DI CORRENTE: quantità di corrente che transita in una determinata sezione

J = I / S = n*e*Vd.la sua unità di misura a/m ²

GENERATORE DI FORZA ELETTRO MOTRICE (F.E.M.): è un dispositivo che contrasta la diminuzione del flusso delle cariche riportando le cariche nel punto iniziale dotandole dell'energia potenziale elettrica per ripetere il percorso,

MODELLO FLUIDODINAMICO: supponiamo che in un tubo di sezione S scorra acqua con velocità v attraverso la superficie A d'ingresso. Nel punto più alto essa è dotata di energia potenziale gravitazionale m*g*ha, mentre nel foro d'uscita la sua energia potenziale è m*g*hb.

Se l'energia si conserva significa che la stessa quantità d'acqua dev'essere uguale nei punti d'entrata e d'uscita ,se notiamo che attraverso la superficie d'uscita del tubo la quantità d'acqua è diminuita possiamo dedurre che

nel tratto interno al tubo ci può essere una perdita d'acqua

può esistere qualche impedimento che diminuisca la velocità dell'acqua

Per ristabilire l' equilibrio è necessario un dispositivo che riprenda l'acqua e la riporti nel punto iniziale fino a farle raggiungere la velocità originale.

Analogamente il moto di particelle cariche in un filo conduttore è causato dalla presenza di un campo elettrico,diretto dal punto A verso il punto B di un tubo conduttore,che determina una differenza di potenziale VA - VB tra i due punti.

Per contrastare la diminuzione del flusso delle cariche è necessario inserire un dispositivo f.e.m.

PRIMA LEGGE DI OHM

La differenza di potenziale V tra due punti di un conduttore (resistore,cioè un oggetto che compie una resistenza sulla corrente) è proporzionale alla corrente I che vi scorre,secondo una costante di proporzionalità R detta resistenza elettrica.

V= R * I

La RESISTENZA ELETTRICA è una caratteristica dei conduttori di elettricità che dipende dai materiali e dalle loro dimensioni fisiche,la sua unità di misura è l' Ohm = V / a

La prima legge non è applicabile in generale a tutti i fenomeni di trasporto delle cariche elettriche a distanza.é per tanto una legge fenomenologica che regola il comportamento di alcuni tipi di conduttori in determinate condizioni di funzionamento classificati come conduttori Ohmici.Si può stabilire se un conduttore è Ohmico dall'analisi della sua curva caratteristica tensione - corrente. Per un conduttore Ohmico l'andamento è rettilineo dovendo valere la legge R = V / I = costante

SECONDA LEGGE DI OHM

la resistenza elettrica R è direttamente proporzionale alla lunghezza L del conduttore e inversamente proporzionale alla sua sezione A;  R= (1/ ) * ( L / A ) dove il coefficiente dipende dal tipo di materiale ed è chiamato costante di conducibilità

RESISTIVITA' di un materiale conduttore è una caretteristica indipendente dalle sue dimensioni e dalla sua forma,è definita come reciproco della conducibilità = R * (A / L)

L'EFFETTO JOULE:fenomeno fisico che consiste nel riscaldamento di un filo conduttore al passaggio della corrente elettrica, l'energia dei portatori di carica è in parte dissipata, trasformandosi in calore, a causa degli urti tra gli atomi della struttura metallica del materiale .possiamo quindi affermare che la resistenza che il materiale oppone al passaggio di corrente causa un aumento di temperatura del conduttore stesso (t)= (t)) dove t è la temperatura in gradi C , misura la variazione della resistività al variare della temperatura ( coefficiente termico, dipende dal materiale e ha le dimensioni del reciproco della temperatura assoluta ) , (0) è la resistività di riferimento a 0°C. la potenza elettrica dissipata per effetto Joule in una resistenza R è uguale a P = I² *R

SEMI CONDUTTORI: materiali la cui conducibilità dipende dalla temperatura passando da valori molto bassi a valori molto alti per piccole variazioni di temperature (germanio e silicio)

SUPER CONDUTTORI:materiali particolari che per valori di temperatura prossimi allo zero assoluto (-260°C / -270°C) Subiscono una drastica diminuzione della loro resistività. Il fenomeno prende in nome di super conduttività

POTENZA ELETTRICA misura l'energia elettrica che viene assorbita da un conduttore per unità di tempo al passaggio di una corrente I tra due punti dotati di una differenza di potenziale V. P = V*I

Questo perchè continuamente per l'effetto Joule le cariche elettriche nel passaggio in un conduttore perdono parte dell' energia cinetica che

FORZA ELETTRO MOTRICE :è un dispositivo che contrasta la diminuzione del flusso delle cariche riportando le cariche nel punto iniziale dotandole dell'energia potenziale elettrica per ripetere il percorso, è uguale al lavoro che il generatore compie su una carica unitaria per trasportarla da un punto a potenziale minore a uno a potenziale maggiore f.e.m. =L/Q

il segno + indica il punto a potenziale maggiore e il segno - quello a potenziale minore. La potenza fornita da un generatore di tensione

P=f.e.m. *I

GENERATORE IDEALE DI TENSIONE : in esso tutta la potenza disponibile del generatore P=V*I può essere assorbita da una resistenza esterna

GENERATORE REALE DI TENSIONE è caratterizzato da una resistenza interna che assorbe una piccola parte della potenza erogata

RESISTENZE IN SERIE due elementi sono in serie se collegati attraverso un solo capo di conduttore, i due dispositivi sono attraversati dalla medesima corrente

la differenza di potenziale ai capi della serie è uguale alla somma delle differenze di potenziale ai capi di ciascuna resistenza

V=V1+V2 ---> V= Vi

la corrente che scorre tra le due resistenze è la stessa quindi I= I1+I2

Applicando la prima legge di ohm si ha V = V1+V2 = (I*R1) + (I*R2) = (I*(R1+R2)) = I * Req.(equivalente)

CONDEENSATORI IN SERIE :se connettiamo insieme due condensatori di capacità e carica C1,Q1 e C2,Q2 si ha:

la differenza di potenziale ai capi della serie è uguale alla somma delle differenze di potenziale ai capi di ciascun condensatore 

V=V1+V2 ---> V= Vi

La quantità di carica totale Q che si distribuisce sul sistema in serie è uguale a quella distribuita sui singoli condensatori Qtot = Q1=Q2

dalla definizione di capacità C di un condensatore C=Q/V si ottiene che V= V1+V2 = (Q1/C1) +(Q2/C2) =

Qtot *((1/C1)+(1/C2))=V/Qtot =1/C1+1/C2--> 1/Ceq=(1/C1+1/C2)

RESISTENZA IN PARALLELO due resistenze si dicono tali quando ai loro estremi vi è la medesima differenza di potenziale

Per la prima legge di Kirchhoff(la somma algebriche delle correnti che confluiscono in un nodo è nulla)nel nodo A cofluisce la corrente I che si suddivide nelle correnti I1 e I2 , lo stesso nel nodo B ma le correnti hanno segno opposto.

Applicando la prima legge di ohm ai due rami del circuito(V=R*I) si ottiene che :

I= I1+I2 = (V1/R1)+(V2/R2)= V*((1/R1)+(1/R2))-->I/V = I/Req =(1/R1)+(1/R2) cioè 1/Req = 1/Ri

CONDENSATORI IN PARALLELO:Sia ha

per il principio di conservazione della carica applicato ad una superficie chiusa contenente il nodo A, la carica Q che entra in A si suddivide in due rami

la differenza di potenziale V è uguale per entrambi i condensatori

la capacità del condensatore è definita come C=Q/V

Qtot=Q1+Q2 = (C1*V1)+(C2*V2) = V*(C1+C2) = V* Ceq( ci)

PRIMA LEGGE DI KIRCHHOFF la somma algebriche delle correnti che confluiscono in un nodo è nulla ,cioè la sommatoria delle I è uguale a zero. Questa legge deriva dal principio di conservazione della carica : in condizione di stazionarietà, se consideriamo un a superficie chiusa che racchiude la confluenza di due o più conduttori , il flusso netto delle cariche dev'essere nullo.

SECONDE LEGGE DI KIRCHHOFF: in una maglia la somma algebrica delle differenze di potenziale ai capi di ciascun dispositivo è nulla , la sommatoria delle V è uguale a zero

la seconda legge deriva dalla considerazione che essendo il punto iniziale A e il punto finale B coincidenti, hanno lo stesso potenziale Va=Vb, per cui la differenza di potenziale è conseguentemente nulla Va-Vb =0

NODO    : punto di confluenza di più tratti di conduttore in un circuito

MAGLIA:in un circuito,percorso chiuso che parte e termina nello stesso nodo

METODO DELLE MAGLIE: per risolvere circuiti complessi si stabilisce un verso arbitrario alla corrente che fluisce in ciascuna delle maglie scelte,applicando successivamente ai nodi e alle maglie le leggi Kirchhoff.Se dopo il calcolo i segni delle correnti risultano negativi vuol dire che il verso effettivo delle corrente è opposto a quello scelto inizialmente