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ORIGINE DELL ’ ELETTRICITÀ

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Academic year: 2021

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ORIGINE DELL ’ ELETTRICITÀ

L’origine dei fenomeni elettrici è da ricercare nella struttura dell’atomo

Ogni atomo è costituito da:

PROTONI

(carica positiva)

NEUTRONI

(privi di carica)

ELETTRONI

(carica negativa)

Protoni e neutroni sono

contenuti nel nucleo, mentre gli elettroni si muovono

intorno ad esso

(3)

L’atomo è normalmente neutro in quanto il numero di protoni è uguale al numero di elettroni

ORIGINE DELL ’ ELETTRICITÀ

CATIONI

: atomi che perdono elettroni e risultano elettricamente positivi

ANIONI

: atomi che acquistano elettroni

e risultano elettricamente negativi

(4)

La

FORZA ELETTRICA

è definita come l’attrazione o la repulsione che si esercita tra le cariche elettriche

LA FORZA ELETTRICA

Cariche elettriche dello stesso segno si respingono mentre cariche elettriche di segno opposto si

attraggono

(5)

La forza che si esercita tra due cariche q

1

e q

2

si chiama forza elettrostatica ed è definita dalla

LEGGE DI

C

OULOMB

:

• è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche

• è inversamente proporzionale al quadrato della distanza delle cariche

• è attrattiva se le cariche sono di segno opposto

• è repulsiva se le cariche hanno segno uguale

LA FORZA ELETTRICA

(6)

In condizioni normali qualsiasi corpo risulta neutro.

Quando un corpo acquista elettroni si carica di elettricità negativa

Quando un corpo perde cariche negative si carica di elettricità positiva

ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO

Un corpo risulta

ELETTRIZZATO

quando non c’è equilibrio tra

le cariche positive e quelle negative

(7)

Strofinando con un panno di lana il vetro si manifesta elettricità positiva: gli elettroni si trasferiscono dal vetro alla lana

Strofinando con un panno di lana l’ebanite (ambra, plastica) si manifesta elettricità negativa: gli elettroni si trasferiscono dalla

lana all’ebanite

ELETTRIZZAZIONE PER STROFINIO

ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO

(8)

Si verifica quando un corpo si elettrizza perché entra a contatto con un altro corpo carico

ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO

ELETTRIZZAZIONE PER CONTATTO

Toccando con una bacchetta di vetro elettrizzata una pallina di

polistirolo, le cariche positive si trasferiscono alla pallina che si

allontana dalla bacchetta

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ELETTRIZZAZIONE DI UN CORPO

ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE

Si verifica quando un corpo si elettrizza perché viene avvicinato ad un altro corpo carico

Avvicinando una bacchetta carica a pezzetti di carta o altro

conduttore si genera un movimento delle cariche libere del

conduttore: si creano due zone cariche di segno opposto. Se il

conduttore è molto leggero può essere attratto dal corpo carico

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L’elettroscopio è uno strumento che rileva la presenza di cariche elettriche. Fu ideato dal fisico inglese Abraham Bennet nel 1786 e successivamente perfezionato da Alessandro Volta con il nome di Elettrometro. È costituito da un’asta verticale alla cui base è appesa una sottilissima lamina (d’oro o di alluminio). Il tutto è racchiuso da un contenitore di vetro per evitare che l’aria faccia muovere le foglioline metalliche. Il vetro del contenitore è contrassegnato con delle tacchette per rilevare lo spostamento delle foglioline.

ELETTROSCOPIO

(11)

È possibile costruire un elettroscopio

«domestico» utilizzando un contenitore di vetro (o di plastica) ed applicando sul tappo un foro in cui far passare un’asta di metallo (una graffetta). Alla base è possibile sospendere una piccola strisciolina di alluminio

ELETTROSCOPIO

Passando un pettine ripetutamente su capelli e avvicinandolo poi alla graffetta si può osservare il sollevamento delle alette di alluminio

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I materiali conduttori si lasciano facilmente attraversare dalle cariche elettriche. In essi le cariche si muovono con estrema facilità, neutralizzandosi velocemente.

CONDUTTORI E ISOLANTI

Sono conduttori i metalli (soprattutto rame e argento), la grafite, le leghe, l’acqua non pura, le soluzioni acide, le basi, i sali, il nostro corpo, la terra…

(13)

I materiali isolanti non si lasciano facilmente attraversare dalle cariche elettriche. In essi le cariche si muovono con estrema fatica, neutralizzandosi lentamente.

CONDUTTORI E ISOLANTI

Sono isolanti l’ambra, il vetro, la ceramica, il legno, le resine, la seta…

(14)

La corrente elettrica è il movimento generato da un flusso di elettroni che si muovono in modo ordinato attraverso un conduttore

LA CORRENTE ELETTRICA

Analogamente a quanto avviene per i liquidi in base al principio dei vasi comunicanti, affinché il flusso sia mantenuto è necessario che ai due poli del conduttore sia mantenuta costante una differenza di

«livello» di carica elettrica.

Questo livello è definito

POTENZIALE ELETTRICO e la differenza di livello elettrico tra i due poli è detto DIFFERENZA DI POTENZIALE ELETTRICO o TENSIONE

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LA CORRENTE ELETTRICA

Il polo in cui la concentrazione di cariche elettriche (elettroni) è maggiore si chiama CATODO o POLO NEGATIVO. Il polo con minore concentrazione di elettroni si chiama ANODO o POLO POSITIVO.

Fra il polo negativo e quello positivo si genera quindi un flusso di elettroni (corrente elettrica) che per convenzione si dice vada dal polo positivo a quello negativo

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GENERATORI DI CORRENTE

Il generatore di corrente elettrica serve a mantenere la differenza di potenziale elettrico tra i due poli elettrici

Il primo generatore fu ideato agli inizi dell’ottocento da Alessandro Volta: era costituito da una «pila» di dischi di rame e dischi di zinco, separati da un disco di panno imbevuto di una soluzione di acido solforico.

Collegando con un filo di rame il disco di zinco posto all’estremità superiore con il disco di rame posto a quella inferiore, ottenne un passaggio di corrente elettrica dal polo positivo (il rame) a quello negativo (lo zinco), per ritornare al polo positivo dopo aver attraversato l’interno della pila

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GENERATORI DI CORRENTE

Nelle pile moderne (dette a secco o di Leclanché) la soluzione acida è stata sostituita da biossido di manganese impregnato di cloruro di ammonio. Lo zinco rappresenta l’involucro della pila e costituisce il polo negativo. Il rame è stato sostituito da un bastoncino di carbone che funge da polo positivo.

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CIRCUITI ELETTRICI

Il circuito elettrico è un qualsiasi dispositivo formato da un generatore di corrente (pila), un filo conduttore (filo di rame), un interruttore e un apparecchio utilizzatore (lampadina)

Quando l’interruttore è chiuso la corrente elettrica è libera di passare e la lampadina si accende. Viceversa se si apre l’interruttore il passaggio si interrompe e la lampadina si spegne

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CIRCUITI ELETTRICI

A volte è necessario inserire nel circuito più utilizzatori: questo può avvenire può avvenire in due modi

Nei circuiti in serie l’accensione è contemporanea per tutte le lampadine (luci dell’albero di Natale). Nei circuiti domestici si utilizza la disposizione in parallelo per evitare che il guasto di un solo utilizzatore comprometta il funzionamento dell’intero impianto

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GRANDEZZE ELETTRICHE

L’intensità esprime dunque il NUMERO

DI ELETTRONI che attraversa la sezione di un conduttore in un certo tempo

L’unità di misura dell’intensità elettrica è l’AMPERE e lo strumento di misurazione è LAMPEROMETRO

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La quantità di

CARICA ELETTRICA

si misura in coulomb (C), in onore del fisico francese Charles A. de Coulomb (136-1806)

q = i x t ì

1 Coulomb corrisponde alla

carica elettrica di 6,25 miliardi di miliardi di elettroni (6,25 x 10

18

)

GRANDEZZE ELETTRICHE

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GRANDEZZE ELETTRICHE

la TENSIONE o differenza di potenziale elettrico che esiste tra gli estremi del filo conduttore rappresenta la forza con cui gli elettroni vengono spinti attraverso il conduttore

Le pile hanno voltaggi (o tensioni) che variano dagli 1,5 ai 9 Volt.

La tensione che si genera nei fili

degli impianti domestici è invece

di 220 volt ed è in grado di

uccidere un uomo

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GRANDEZZE ELETTRICHE

la RESISTENZA ELETTRICA (R) è una grandezza che esprime la facilità con cui un conduttore si lascia attraversare da un flusso di elettroni.

L’unità di misura è l’ohm (Ω) che è definita come la resistenza incontrata dalla corrente di q ampere in un conduttore ai cui estremi viene applicata la tensione di 1 volt

(24)

L EGGI DI OHM

(25)

L EGGI DI OHM

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EFFETTO JOULE

L’effetto Joule o effetto termico consiste nel fatto che il passaggio di corrente elettrica in un conduttore determina la liberazione di calore

Questa particolare proprietà della corrente trova numerose applicazioni in tutti gli apparecchi che devono produrre calore:

dalla stufetta al forno elettrico, dal ferro da stiro al fon

Essi hanno al loro interno una resistenza che al passaggio della corrente elettrica si scalda

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EFFETTO CHIMICO

Il passaggio della corrente elettrica in una soluzione acida, basica o salina, produce la dissociazione nei suoi componenti chimici della sostanza disciolta in acqua Questo fenomeno prende il

nome di ELETTROLISI e viene sfruttato per:

• ricoprire oggetti di metallo con uno strato di un metallo diverso (es. oro o argento) per deposizione elettrolitica mediante un

processo detto

galvanostegia,

• per estrarre i metalli da determinati materiali attraverso

l’elettrometallurgia

• per costruire gli accumulatori di corrente elettrica (batterie)

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