FISICA-CHIMICA

FISICA-CHIMICA

L'energia elettrica è il prodotto di trasformazioni di altre forme di energia, come l'energia chimica di una pila o l'energia meccanica di una cascata.

La corrente elettrica è quel "qualcosa" che scorre ordinatamente, meglio definita come un movimento ordinato di cariche elettriche, tutte nella stessa direzione. Se il moto avviene sempre nello stesso verso parliamo di corrente continua. Se il verso cambia nel corso del tempo, parliamo di corrente alternata. La corrente elettrica scorre nel filo conduttore dal polo - al polo +.

I metalli sono caratterizzati dal fatto di avere gli elettroni del guscio esterno praticamente liberi di muoversi in tutto il solido metallico. Questi elettroni sono chiamati elettroni di conduzione e sono in movimento continuo e disordinato in tutte le direzioni. Il moto disordinato degli elettroni non può essere sfruttato e non costituisce una corrente elettrica. Perché ciò accada, c'è bisogno di un generatore di corrente (una pila).

Un generatore di corrente è un dispositivo che fornisce agli elettroni l'energia necessaria per farli muovere tutti in una stessa direzione e garantisce che il flusso di elettroni si mantenga costante nel tempo. Ogni generatore continua ha due terminali, detti poli o morsetti, polo positivo (+) e polo negativo (-).

Il carico utilizzatore è un dispositivo che utilizza l'energia elettrica e la trasforma in altra forma.

I cavi di collegamento sono fili di materiale conduttore, che collegano il generatore all'utilizzatore.

I conduttori sono quelle sostanze che oppongono una minore resistenza al passaggio degli elettroni, o più in generale delle cariche elettriche.

Gli isolanti sono invece quelle sostanze che oppongono una maggiore resistenza al moto delle cariche. In queste sostanze la resistenza al movimento degli elettroni è talmente elevata che non ha senso parlare di corrente elettrica.

Un circuito è chiuso quando in esso passa corrente, mentre è aperto quando in esso la corrente non circola. L'elemento che serve ad aprire e chiudere il circuito è l'interrutore. La chiusura di un circuito provoca l'istantaneo passaggio di corrente: questo è dovuto al fatto che i conduttori sono "pieni" di elettroni liberi, per cui l'effetto del loro moto è immediato in tutti in punti del circuito.

L'intensità di corrente è quella grandezza fisica che misura la quantità di carica elettrica che attraversa la sezione di un conduttore in un secondo. L'intensità di corr. si misura in ampere (A). Lo strumento che misura l'I è l'amperometro, che va inserito prima o dopo il carico utilizzatore. Tale inserimento è detto in serie al circuito. i = Q/t

Lungo il circuito esiste una differenza di potenziale elettrico o tensione (d.d.p.). E' una grandezza derivata; si misura in volt (V). La d.d.p. misura l'energia che compete alla carica unitaria e rappresenta il rapporto tra il lavoro fatto per spostare una carica da un punto all'altro del circuito e la carica stessa. La differenza di potenziale in un circuito è misurata con il voltmetro. Questo strumento sfrutta l'effetto magnetico della corrente. Il voltmetro va collegato ai capi del carico utilizzatore. Un collegamento così è detto in parallelo.

C'è passaggio di corrente solo se nel circuito esiste una d.d.p. All'aumentare della differenza di potenziale aumenta anche il valore della intensità di corrente. Quindi possiamo dire che la relazione tra d.d.p. e i è di proporzionalità diretta, cioè il rapporto V/i è costante: la pendenza di un grafico rispetto all'asse delle ascisse coincide (in una opportuna scala) con il rapporto tra la grandezza riportata sulle ordinate e quella riportata sulle ascisse.êV/i = costante = resistenza.

Il rapporto V/i è chiamato resistenza del conduttore e misura l'opposizione che gli elettroni incontrano nel loro movimento all'interno del carico utilizzatore. Questa opposizione è dovuta agli urti contro gli atomi del reticolo cristallino. La resistenza misura l'opposizione al cammino degli elettroni lungo l'utilizzatore: più lungo è il cammino maggiore è la resistenza.

L'unità di misura della resistenza è l'ohm (W). Questo principio generale è noto come prima legge di Ohm. La prima legge di Ohm afferma che: a temperatura costante il rapporto tra la d.d.p. ai capi di un conduttore metallico e l'intensità di corrente che lo attraversa è costante

V/i = R  da cui V = R * i

La legge di Ohm è sempre verificata nei conduttori metallici che sono detti, per questo motivo, conduttori ohmici.

La resistenza di un conduttore dipende dalla sua lunghezza, dalla sua sezione e dalla composizione chimica. Questo fatto è espresso dalla seconda legge di Ohm: R = r * L/S dove r indica la resistività del conduttore, una grandezza che cambia da sostanza a sostanza. E riguarda i fili conduttori. La resistività dipende dalla temperatura.

In un circuito si possono collegare più conduttori: tale collegamento è detto in serie, quando l'intensità di corrente che attraversa il conduttore è la stessa, mentre è detto in parallelo, quando ai capi di ciascun conduttore esiste la stessa differenza di potenziale.

La potenza elettrica è il prodotto della d.d.p. per l'intensità di corrente: P = V * i . La potenza elettrica si misura in watt, per cui: 1W = 1V * 1A.

Ogni generatore di corrente possiede una resistenza interna (ri). Tale resistenza impedisce al generatore di erogare tutta la d.d.p. che genera.

E' chiamata forza elettromotrice (f.e.m.)l'energia massima che il generatore può fornire a un unità di carica. Cambia l'energia della corrente elettrica. La corrente che circola in un circuito di resistenza nulla è detta corrente di corto circuito. Possiamo così scrivere:

f.e.m êV = r * i

f.e.m. - Ri = r * i R= resistenza totale r= resistenza interna

f.e.m. = i ( R+r )

La d.d.p. è maggiore in un circuito aperto che non chiuso perché nel generatore si verifica una caduta di potenziale e una certa resistenza. La f.e.m. si misura a circuito aperto (cioè quando non eroga corrente).

La legge di Coulomb (C) dice: la forza di attrazione tra due corpi carichi elettricamente è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche elettriche presenti nei due corpi e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza. Possiamo così scrivere:

F = k * Q * Q

d

L'energia possiamo definirla come l'attitudine a compiere un lavoro, o meglio quel "qualcosa" che rende possibile il compimento di un lavoro. Le trasformazioni di energia rendono possibile l'evoluzione. Un sistema che non evolve si dice inerte o morto.

Eel ½ QV oppure ½ cv Eel = 10 J (jaul)

c = Q/V

La corrente elettrica trasforma energia elettrica in 3 modi: 1) termico 2) magnetico 3) chimico.

Infatti ad ogni passaggio della corrente è associato un riscaldamento del conduttore: tale fatto è noto come effetto termico della corrente.