Fisica liceo trattazione sintetica argomenti

 

 

 

Fisica liceo trattazione sintetica argomenti

 

Questo sito utilizza cookie, anche di terze parti. Se vuoi saperne di più leggi la nostra Cookie Policy. Scorrendo questa pagina o cliccando qualunque suo elemento acconsenti all’uso dei cookie.I testi seguenti sono di proprietà dei rispettivi autori che ringraziamo per l'opportunità che ci danno di far conoscere gratuitamente a studenti , docenti e agli utenti del web i loro testi per sole finalità illustrative didattiche e scientifiche.

 

Fisica liceo trattazione sintetica argomenti

 

 

• Lavoro e Potenza. La prima definizione di lavoro e la sua prima misurazione, ci vengono da Charles Augustine Coulomb (fine 18° secolo): egli calcolò il lavoro compiuto da un uomo che trasporta un carico in salita, proporzionale al peso e alla quota raggiunta.   Quindi  L = F_peso · h

Il lavoro che una forza compie, quando agisce su un corpo a cui è applicata, si definisce come:

L  = F ·S· cos a ; dove F è la forza, S è lo spostamento, a è l’angolo compreso fra i due vettori.. L è un prodotto scalare: F ed S devono essere nella stessa direzione; F cos a  è la componente della forza nella direzione dello spostamento, solo questa componente fa lavoro. Se F ed  S sono perpendicolari fra loro, allora L = 0, la forza non fa lavoro; è il caso della forza centripeta nel moto circolare, dove la forza agisce lungo il raggio della circonferenza e lo spostamento tangente alla traiettoria è perpendicolare al raggio. La forza centripeta fa cambiare direzione alla velocità, ma non fa cambiare l’energia cinetica del corpo.  Il lavoro si misura in N·m = Joule (J).

 

 

  è il lavoro compiuto in una unità di tempo:  W = L/t ( lavoro fatto in un secondo) ; nel sistema di misura internazionale l’unità di misura è il Watt ( W ) cioè Joule/secondo. ( il cavallo vapore, HP, corrisponde a circa 735 W).

 

 

• Energia cinetica. Un corpo possiede energia cinetica se ha massa e si muove con velocità v. La formula che esprime l’energia cinetica deriva da quella del lavoro ed è  E_c = ½mv². Un corpo che possiede energia cinetica può fare lavoro. Teorema dell’energia cinetica : Il lavoro che una forza compie, quando agisce su un corpo di massa m, libero di muoversi, è uguale alla variazione di energia cinetica.

             L  =  ½mv²  -    ½mv_o²         (L = E_cfin - E_ciniz )              
Si ricava da L = F · S = m · a ·( ½ a t² + v_o·t) ;     sostituendo ad a il valore:  a = (v – v_o) /t , e semplificando si ottiene l’espressione del teorema:     Lavoro della forza  =  variazione dell’energia cinetica

 

 

 

• Lavoro della forza peso ed energia potenziale. La forza di gravità ( peso) è una forza conservativa: il lavoro che essa compie dipende solo dalla posizione iniziale e finale di un corpo che si sposta sotto l’azione della forza e non dallo spostamento effettuato. In ogni punto si definisce l’energia potenziale del corpo, quindi il lavoro si ottiene facendo la differenza fra i due valori di energia potenziale (iniziale meno finale). Il lavoro della forza peso è indipendente dallo spostamento ( se non agiscono forze d’attrito).

 

           L  = F ·S · cos a;  L = - mg · (h₁ – h₀)   (F = -mg è la forza peso negativa perché verso il basso, S = h₁ – h₀, verticale, a = 0° , cos a = 1).  Moltiplicando, si ottiene: L = mgh₀ – mgh₁, cioè                 L = U₀ -U₁    U = mgh  è l’energia potenziale gravitazionale di un corpo di massa m, posto ad una altezza h, in prossimità della superficie terrestre.

 

• Conservazione dell’energia meccanica.  La somma di energia cinetica ed energia potenziale rimane costante in ogni punto del campo gravitazionale  (che è     g = F /m = 9,8 m/s²    e diminuisce con il quadrato della distanza , come il campo elettrico E = KQ /r² ).  Poiché   

 L  =   ½ m v₁²  -   ½ m v₀² ;     ed è anche      L = mgh₀ – mgh₁  allora   possiamo scrivere la conservazione dell’energia in vicinanza della superficie terrestre dove h << Raggio terrestre.

Uguagliando le due espressioni otteniamo:     ½ m v₁²  -   ½ m v₀²    =  mgh₀ – mgh_{1 ;}            che diventa :

                       ½ m v₁² + mgh₁   =  ½ m v₀²   +  mgh₀ .  Questa equazione ci dice che:  in ogni punto del campo gravitazionale, la somma di energia cinetica ed energia potenziale è costante. L’energia meccanica di un corpo si conserva.

 

 

 

 

•  Per esercitare una forza su un fluido posto in un recipiente, occorre esercitare  una forza mediante uno  stantuffo (pistone) a tenuta, di area A.  Si definisce Pressione P , il rapporto F/A  , cioè la pressione è la forza che agisce sull’unità di superficie  e si misura  nel sistema internazionale                               in Pascal  = N/m²   (Pa).  (Blaise Pascal  (1623-1662)
  
  6.            Principio di Pascal: la pressione esercitata su un fluido  si trasmette inalterata  all’interno del fluido in tutti i punti e in tutte le direzioni. Il torchio idraulico si basa su questo principio: 

 

 

 

Se A2 >A1 (per es. 10 volte maggiore)  anche F2 sarà 10 volte maggiore di F1. Quindi il torchio permette di sollevare pesi molto grandi  o potrà esercitare forze molto intense come nelle presse.

 

 

 

 

7.           Densità di un fluido:  è la massa  di una unità di volume:  r = M/V  si misura in  kg/m³   nel  Sistema Internazionale di misura oppure anche in kg / dm³    ( 1 dm³   =   1 litro;    1 m³  = 1000 litri);   l’acqua ha densità  1 kg / dm³    o meglio    1000  kg / m³  ).

 

8.           Principio di Stevino  (Simon Stevin  1548-1620): In un fluido, pesante, incomprimibile, la pressione cresce con la profondità  h

         P = Po + r  g h ; dove  Po  è la pressione atmosferica esterna, r  è in  kg/m³   la densità del fluido. P aumenta linearmente con la profondità.

 

 

 

9.        Pressione atmosferica, esperimento di Torricelli (1606-1647): l’aria pesa, quindi esercita pressione.

L’esperienza di Evangelista Torricelli  permette di  calcolare la pressione atmosferica che vale Po = 1,013 10⁵ Pa. Un tubicino pieno di mercurio, alto circa un metro, viene capovolto dentro una vaschetta anch’essa piena di mercurio (Hg). Il tubicino dovrebbe svuotarsi, ma se si fa attenzione a non far entrare aria, il mercurio scende  fino a 760 mm  sopra il livello della vaschetta.  Il mercurio non può scendere di più perché sul livello libero del mercurio della vaschetta, l’aria col suo peso, esercita pressione atmosferica, che equilibra la pressione della colonnina di mercurio alta 0,76 metri.. Nel tubicino non c’è aria e in alto sopra il mercurio si crea una zona di vuoto ( non c’è pressione atmosferica) ,  allora per la legge di Stevin:

                           Po  = r ∙ g ∙h;    la densità del mercurio è  r  = 13,59 ∙ 10³  kg / m³  quindi si calcola   Po

      
Po  =  9,8 ∙ 0,76 ∙ 13,59∙ 10³   =   1,013∙ 10⁵ Pa    Questa esperienza dimostra che l’aria “pesa” e che il vuoto è realizzabile; Aristotele (4° secolo  a.C.) e poi Erone di Alessandria (2° secolo a.C.) ipotizzavano il principio dell’orrore del vuoto da  parte della  natura).

 

 

 

 

10.        Principio di Archimede. (Siracusa 287-212 a.C.). Se un corpo è immerso in un fluido (totalmente o parzialmente), riceve una spinta (forza) diretta verticalmente dal basso verso l’alto e la sua intensità  è uguale al peso del fluido spostato dal corpo stesso. 

     F_Arc  =  m _fluido ∙ g ;   F_Arc  =  r_fluido ∙V_corpo ∙ g  .   La massa del fluido spostato è data dalla densità del fluido  x il volume del fluido che corrisponde al volume del corpo immerso ( m = r× V) . Questo principio spiega perché i corpi aventi densità minore del fluido in cui sono immersi, galleggiano. Un blocco di legno galleggia in acqua  perché, quando è totalmente immerso, riceve una spinta F_A maggiore del suo peso F_p: con il suo volume  sposta un uguale volume d’acqua che pesa di più del  blocco di legno. Allora una parte di volume emerge affinché F_A sia uguale a F_p.

 

 

 

 

 

 

11.      Scale termometriche. La temperatura è la grandezza fisica che misura il livello termico di un corpo. Può essere misurata sfruttando la dilatazione termica dei corpi, quando vengono riscaldati. Un termometro utilizza un liquido contenuto in un bulbo provvisto di un tubo capillare. Si prendono due punti fissi di riferimento, (ghiaccio fondente, acqua bollente), si considera il livello del liquido nel tubicino nei due punti e si suddivide l’intervallo termico in un numero di parti uguali dette gradi. La scala Celsius (°C) è centigrada: da 0° a 100°. La scala Fahrenheit (°F) va da 32°F (ghiaccio fondente) a 212°F (acqua bollente). La scala assoluta (Kelvin) è centigrada: da 273,15 K (ghiaccio fondente ) a 373,15 K (acqua bollente). Non ha valori negativi; il valore 0 K (zero assoluto), corrisponde a – 273,15 °C dove Pressione e Volume di un gas diventano teoricamente nulli.

Dilatazione termica. Quando un corpo (solido,liquido, gas) varia la sua temperatura, cambia le sue caratteristiche geometriche (lunghezza, superficie, volume), che aumentano linearmente al crescere della temperatura. Ogni materiale o sostanza dilata a seconda delle sue caratteristiche chimiche e fisiche.

 

12.     Leggi dei gas perfetti. Per gas perfetto si intende un aeriforme perfettamente comprimibile, monoatomico, i cui atomi  possono essere considerati punti materiali che interagiscono fra loro solo mediante urti totalmente elastici dove si conserva l’energia cinetica delle particelle. Un gas perfetto non cambia le sue caratteristiche anche se viene raffreddato fino a valori molto bassi della temperatura. Un gas reale invece se raffreddato e compresso subisce il passaggio di fase della liquefazione e quindi si comporterà come un liquido che non è comprimibile. Per descrivere lo stato di un gas (cioè un sistema termodinamico) occorre conoscere il valore delle coordinate termodinamiche: pressione P, volume V, temperatura assoluta T. Un gas compie una trasformazione termodinamica quando modifica il proprio stato (cambiano le sue coordinate termodinamiche).

 

Prima legge di Gay-Lussac,   isobare    V = Vo( 1+at ) , P costante, a = 1/273,15 °C^-1 coefficiente di dilatazione dei gas.

Seconda legge di Gay-Lussac,  isocore  P = Po( 1+at )  ,V costante, a = 1/273,15 °C^-1   Vo e Po volume e pressione  a 0°C

Legge di Boyle,  isoterme P·V = Po·Vo;  P·V = costante, T costante.  Cambiando la scala delle temperature da °C a Kelvin,  T = t + 273,15   le due leggi di Gay-Lussac diventano 

                        V = Vo a T ;    P = Po a T  ; diretta proporzionalità con T.

Da queste  tre leggi, segue la legge dei gas perfetti   PV = nRT ;   PV/T =PoVo/T = R costante dei gasi; n  numero di moli.  La mole è la quantità di materia dell’elemento, contenente il numero di Avogadro  di molecole ( 6,02∙ 10 ²³ particelle). Corrisponde alla massa molecolare ( numero di protoni e neutroni del nucleo),  espressa in grammi. Esempio: 1 mole di idrogeno (la molecola è costituita da due atomi) “pesa” 1+1 = 2 grammi. 1 mole di elio (monoatomico, nel nucleo ha 2 protoni e 2 neutroni) = 4 grammi. 1 mole di acqua H₂O = 1 + 1 + 16 = 18 grammi. 

 

 

13. Teoria cinetica dei gas perfetti. La teoria cinetica dei gas dimostra che la pressione esercitata da un gas sulle pareti del recipiente che lo contiene è dovuta solo agli urti totalmente elastici compiuti dalle sue molecole. Ogni molecola possiede solo energia cinetica. Si dimostra che l’energia cinetica di ogni singola particella di un gas monoatomico, vale:

1/2 m v_m²   =  3/2·R/No T   ; R costante dei gas, No numero di Avogadro , m massa di una particella,  vm  velocità  media . R/No = K è la costante di Boltzmann.   La legge di Boltzmann è quindi:  
1/2 m v_m²   =  3/2· K·T   ; essa dice che l’energia cinetica di un gas è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta T; per cui possiamo dire che T rappresenta la misura dello stato di agitazione delle molecole del gas.  Dalla legge si può ricavare la  vm di una singola particella del gas.

 

 

 

14.  Il calore Q. E’ una forma di energia in “transito” cioè che fluisce da un corpo all’altro a causa di differenze di temperatura. Microscopicamente si tratta di trasmissione di energia cinetica fra molecole di corpi a contatto (conduzione o convezione) mediante urti elastici. Il calore però si trasmette anche attraverso il vuoto tramite onde elettromagnetiche (irraggiamento). Essendo “energia” , cioè capacità di fare lavoro, si misura in chilocalorie oppure in Joule; 1 kcal = 4 186 J.

 

15. Quantità di calore – Calore specifico. Mediante esperienze di laboratorio si è riusciti a dare una definizione operativa di calore per poterlo misurare. La relazione fondamentale della calorimetria dice che :  Q = c m Dt, cioè che Q (calore assorbito o ceduto da un corpo di massa m), è proporzionale alla massa e alla variazione di temperatura   Dt .

 c =  Q/(mDt) è il calore specifico del corpo (caratteristico del materiale), ed è la quantità di calore necessaria per far variare di un

grado centigrado la massa di  1 kg  di una determinata sostanza. L’acqua ha calore specifico  c =1 kcal /kg°C, se utilizziamo come unità di misura la vecchia kcal. Oggi l’unità di misura del calore è il Joule (dopo le esperienze di Joule per dimostrare che esso è una forma di energia, come l’energia meccanica. L’equivalente meccanico del calore è

   1 kcal = 4186 J;   (1 cal = 4,186 J) ,   ricavata con l’esperienza del mulinello di Joule, dove l’energia potenziale gravitazionale di due masse, si trasforma in energia termica: le masse cadendo molto lentamente, fanno girare una serie di palette all’interno di una massa nota di acqua che aumenta la sua temperatura di un valore Dt misurato da un termometro.

Con l’equazione della calorimetria si ricava Q in kcal e si confronta con    U = mgh  in Joule.  

 

16.  Lavoro in una trasformazione termodinamica. Se un gas perfetto (sistema termodinamico) viene fatto espandere in un cilindro munito di pistone capace di muoversi, il gas compie lavoro. Occorre considerare una situazione ideale dove la trasformazione subita dal gas sia “quasi statica”, cioè passi per stati successivi di equilibrio, dei quali sono noti sempre Pressione, Volume e Temperatura. La trasformazione viene detta reversibile perché può essere percorsa anche in senso inverso per riportare il gas nello stato iniziale. Le tre coordinate sono in relazione nell’equazione PV = nRT. Riportando nel piano P-V, l’andamento della pressione in funzione del volume, il lavoro è rappresentato dall’area sottostante il grafico, fino all’asse dei volumi. E’ positivo se VB >VA, è negativo se VB < VA  (vedi figura seguente)

 

 

17.    Primo principio della termodinamica. In una trasformazione termodinamica la quantità di calore totale scambiato da un sistema, si trasforma parte in lavoro e parte in variazione dell’energia interna del sistema. Questo principio ci dice che l’energia si conserva; ma essendo il calore una forma di energia cinetica disordinata, non tutto il calore diventa lavoro meccanico; una parte fa variare l’energia interna del sistema. In formula :   Q = L + DU.       U è detta energia interna, è in pratica energia cinetica molecolare ed è una funzione di stato, dipende cioè solo dallo stato in cui si trova il sistema, la sua variazione DU dipende solo dalla variazione di temperatura.       DU = Q – L .

 

•   2° Principio della termodinamica. Enunciato di Kelvin Planck: E’ impossibile realizzare una trasformazione ciclica il cui unico risultato sia quello di sottrarre calore ad un’unica sorgente e trasformarlo integralmente in lavoro meccanico. (occorrono sempre almeno due sorgenti a diversa temperatura.. Enunciato di Clausius: E’ impossibile realizzare una trasformazione il cui unico risultato sia quello di far passare il calore da una sorgente a temperatura T1 ad un’altra a temperatura T2 > T1. ( Il calore fluisce spontaneamente da un corpo a temperatura maggiore a un corpo a temperatura inferiore; per ottenere il passaggio contrario, occorre spendere energia, fare lavoro. Questo si ottiene con una macchina frigorifera che spendendo energia, preleva calore dalla cella frigorifera a temperatura bassa e lo cede all’ambiente esterno a temperatura più alta, mantenendo freddo l’ambiente dentro il frigorifero).

 

• Teorema di Carnot: Nessuna macchina irreversibile (reale), può avere un rendimento maggiore di una

macchina  reversibile (ideale), che lavora tra le stesse sorgenti  della macchina reale. Il rendimento di una macchina ideale (di Carnot), dipende solo dalle temperature assolute a cui si trovano le due sorgenti. Il ciclo di Carnot è costituito da due trasformazioni isoterme e da due trasformazioni adiabatiche (cioè senza scambi di calore con l’esterno), ed ha il rendimento massimo. Il  rendimento è dato da:                                                       

                                                              h  =   L / Q2   = (Q2 – Q1 )/Q2    < 1   sempre                         

 (Q2 : calore assorbito dalla sorgente calda,     Q1 : calore ceduto alla  sorgente fredda che  non diventa lavoro meccanico). Si dimostra che per il ciclo di Carnot, il rendimento è : h  =  (T2 – T1) / T2  < 1 .

 

•   2° principio – Entropia: Si definisce  “variazione di entropia” in una trasformazione termodinamica:

DS =  SQ /T    la somma di tutti i calori scambiati, diviso le temperature costanti a cui  questi scambi avvengono. I calori assorbiti sono    positivi, quelli ceduti sono negativi. In una trasformazione ciclica, ideale, la variazione di  entropia è nulla. Anche l’ambiente esterno non subisce variazione di entropia quando il ciclo è reversibile; quindi l’entropia del sistema isolato  (macchina + ambiente esterno), rimane costante: 
       DS =  0.         Se invece in un sistema isolato avvengono trasformazioni irreversibili (reali), allora l’entropia aumenta sempre.  Qualsiasi trasformazione reale lascia un segno nell’ambiente, quindi:  

 DS  >  0.  Questa funzione di stato detta   entropia è stata introdotta da Clausius (coniando la parola da un verbo greco e vuol dire “andare verso”), per esprimere  il 2° principio, perché indica il verso spontaneo delle trasformazioni e l’irreversibilità del tempo, ciò che è “prima”, ciò   che è “dopo”. Se pensiamo all’universo intero come un sistema isolato che non scambia  energia, allora possiamo dire   che per il 1°principio l’energia totale dell’universo si conserva, per il 2° principio la sua entropia tende ad  aumentare. Quando l’entropia avrà raggiunto il  valore massimo, non saranno più possibili scambi di energia e quindi   scambi termodinamici . Questa situazione viene chiamata “morte termica dell’Universo”. L’aumento di  entropia è un indice   della degradazione dell’energia, che si conserva, ma non è più utilizzabile.

 

 

 

 

 

• Carica elettrica: è una proprietà della materia che genera la seconda forza presente nell’universo (la forza elettromagnetica). Le particelle atomiche possiedono cariche, convenzionalmente,

 il protone +  e l’elettrone  - .  Se la materia perde o acquista elettroni , si dice che si carica, per cui fra due corpi elettrizzati, si manifesta una forza attrattiva o repulsiva, detta Forza di Coulomb.
Quantizzazione della carica: le cariche presenti in natura, o prodotte, sono multipli interi di una quantità minima, indivisibile (quanto di carica) che in valore assoluto è la carica dell’elettrone ( 1,602 10^{-19 C). Legge di conservazione della carica: la somma algebrica delle cariche elettriche di un sistema isolato si mantiene costante, qualunque siano i fenomeni che in esso hanno luogo.}

 

• Legge di Coulomb: Due corpi puntiformi elettricamente carichi interagiscono con una forza F attrattiva o repulsiva che è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche, inversamente proporzionale al quadrato della distanza r. La costante di proporzionalità K dipende da mezzo interposto (dielettrico). Per il vuoto Ko = 9 10⁹ Nm²/C²,       F =  K∙Q∙q/r²    ;  è massima nel vuoto. In un dielettrico diverso (vetro, acqua, olio…), la forza diminuisce. Si divide la forza nel vuoto Fo  per er, costante dielettrica relativa, tipica del dielettrico considerato(per l’acqua er vale circa 80) .     F = K∙Q∙q / (er ∙r² )

 

                 

• Se in una zona dello spazio è presente un corpo carico, esso fa sentire la propria azione su altri corpi carichi. Si definisce il vettore campo elettrico E, in un punto dello spazio, la forza risultante F che, in quel punto, agisce sull’unità di carica. In formula:  E = F/q , si misura in N/C (oppure Volt/metro). Quindi in ogni punto P dello spazio esiste un vettore (che ha modulo, direzione e verso) e l’insieme di questi vettori costituisce il campo elettrico generato. Una carica Q isolata, puntiforme, genera un campo radiale, che diminuisce col quadrato della distanza r, diretto lungo r.   Si rappresenta mediante linee di forza orientate (linee di Faraday), che in ogni punto hanno come tangente il vettore campo E.      Configurazioni di campi                         

 

 

 

 

 

                                                                                                                                               

            

                                                                                                                                                                                                                                                                  

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

  

 

 

Per una sfera di raggio ro, caricata con carica Q, il campo all’interno è nullo, perché internamente non ci sono cariche, (schermo elettrostatico).  Le cariche si distribuiscono  sulla superficie esterna della sfera.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

24. Confronto fra la forza di Coulomb -  campo elettrico E, e la forza di gravitazione di Newton - campo gravitazionale g.

La legge di gravitazione universale. Isaac Newton (1642- 1727) fu il primo a capire che la forza che fa cadere i corpi qui sulla superficie terrestre è la stessa che fa  muovere la Luna sulla sua orbita intorno alla Terra: è la forza di attrazione che si esercita su corpi che possiedono massa ( massa gravitazionale: capacità che ha un corpo  di attrarre altre massa). Due masse M₁ ed M₂ poste a distanza r, interagiscono a distanza; queste si attraggono con una forza uguale ed opposta, che è direttamente proporzionale al prodotto delle masse ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza fra esse. La costante di proporzionalità G si chiama costante di gravitazione universale, e vale G = 6,67·10^-11 Nm²/kg²: fu misurata con precisione da Henry Kavendish nel 1798, ha un valore estremamente piccolo, è la forza con cui si attraggono due masse da un kg ciascuna poste a distanza di un metro.

                                       
F =  G·M₁·M₂   /r²     ( la forza si misura in Newton)

Si chiama campo gravitazionale la forza gravitazionale che agisce su una  massa unitaria (1 kg).

g = F /m  = G·M / r²     sulla superficie terrestre dove r = 6,38 · 10⁶ m, g vale 9,8 m/s², poi diminuisce con il quadrato della distanza r dal centro della Terra. Si misura in N/kg. ( Si chiama anche accelerazione di gravità).  Forza e campo gravitazionale sono solo attrattivi.
Anche il campo elettrico generato da una carica Q isolata nello spazio ha lo stesso andamento

 ( E = k·Q/r²),ed  è la forza  che agisce sull’unità di carica ( 1 Coulomb);  si misura in N/C.

25. Energia potenziale e potenziale elettrico: la forza elettrostatica è una forza conservativa. Il lavoro che essa compie quando una carica si sposta da un punto A ad un punto B all’interno del campo elettrico, dipende solo dalla posizione iniziale e finale, non dal percorso. Una carica q all’interno di un campo elettrico possiede energia potenziale U dipendente dalla sua posizione. Se la carica q si muove all’interno di un campo uniforme E, il lavoro della forza (F = E · q)  è dato da L = F ∙ S ∙ cos a, si misura in Joule, come l’energia.  Solo la componente della forza parallela allo spostamento fa lavoro, quindi il lavoro è dato da : L = E · q · S. Il lavoro si esprime come differenza fra l’energia potenziale U_A e l’energia potenziale U_B.  

                                             L = UA – UB.

Il potenziale V  in un punto P del campo è l’energia potenziale in quel punto per unità di carica. 

V = U/q si misura in   J/C che  si chiama V (volt). La differenza di potenziale DV (o d.d.p., o tensione, o forza elettromotrice )  VA – VB tra due punti del campo, è il   lavoro che la forza compie per unità di carica, è          il lavoro del campo elettrico E.   U(in Joule) e V(in Volt)  sono scalari.  
V = U/q;   V = E · S;   V = K Q /r     ;     VA – VB  = (UA – UB)/q   = L/q                                                           
L = (VA – VB)  q  ;  VA – VB  =   (F/q) · r  =  E · r   ; la differenza di potenziale VA – VB è il lavoro del campo elettrico, viene indicata anche con V semplicemente.

                                                                                                                                                                                       

 

26.La corrente elettrica nei conduttori solidi: la corrente elettrica è uno spostamento ordinato di cariche elettriche che si ha in un conduttore quando ai suoi estremi viene applicata una d.d.p. L’intensità di corrente è la quantità di carica che attraversa la sezione di un conduttore in un secondo;  i = Dq/Dt.     ( E’ la derivata prima, rispetto al tempo della funzione q(t )) . E’ una grandezza fisica, la sua unità di misura è l’Ampère (A). (Nel sistema internazionale è una misura fondamentale, come il metro, il kg, il secondo).    1 A = 1 C/1sec. I portatori di carica in un metallo sono gli elettroni esterni degli atomi: questi elettroni, delocalizzati, sono liberi di muoversi da un atomo all’altro. Invece gli ioni positivi occupano i nodi del reticolo cristallino e possono compiere piccole oscillazioni intorno alla posizione di equilibrio, per agitazione termica, ostacolano quindi il moto delle cariche e sono responsabili della resistenza elettrica che gli elettroni incontrano quando si muovono all’interno di un conduttore. Gli elettroni si muovono da punti a potenziale minore, verso punti a potenziale maggiore, in verso contrario al campo (dal – al +).  Per convenzione invece il verso della corrente è quello dal + al - , come se fossero cariche positive a spostarsi. Questo perché, quando si cominciò a studiare le correnti, non si conosceva ancora l’esistenza dell’elettrone, scoperto da Joseph John Thomson (1856-1940), intorno al 1897. Ebbe il premio Nobel nel 1906.

• Le leggi di Ohm: se ai capi di un conduttore si applica una d.d.p. V, esso viene attraversato da una intensità di corrente i, tale che vale la seguente relazione:   R = V/i  dove R è costante e viene detta resistenza elettrica. La sua unità di misura è l’ ohm:   1 W = 1V/1A.

 1^a legge di Ohm:    V = R i  ;  i conduttori che seguono questa legge sono detti ohmici ; R è una grandezza caratteristica del conduttore e dipende dalle condizioni in cui esso si trova (temperatura, pressione). Se R è grande, la corrente che circola sarà piccola (inversa proporzionalità fra R ed i), R esprime la difficoltà che incontrano le cariche a muoversi nel conduttore. R dipende dalle caratteristiche geometriche e chimiche del conduttore;                
la 2^a legge di Ohm esprime proprio questo:    

 R  =  r L/A     dove   r è la resistività del materiale (caratteristica chimica), L è la lunghezza del conduttore (filo), A è l’area della sua sezione. La resistività r è molto piccola nei metalli, ma cresce con la temperatura. Il movimento degli elettroni di conduzione è ostacolato dalle vibrazioni degli ioni del reticolo cristallino. Con l’aumentare della temperatura cresce l’ampiezza delle oscillazioni degli ioni attorno alle loro posizioni di equilibrio nel cristallo, quindi aumenta la resistenza elettrica R.         

  R aumenta  se il conduttore è molto lungo oppure ha sezione piccola (filo sottile). 

 

• Effetto Joule: consiste nella produzione di una quantità di calore Q da parte di un conduttore di resistenza R, quando è attraversato da una intensità di corrente i =Dq/Dt, per un certo tempo t. Ricordando che quando una carica q si sposta da potenziale V_A a potenziale V_B,  il lavoro che le forze compiono è dato da  L = q (V_A-V_B) e sapendo che la potenza è il lavoro compiuto in un secondo di tempo ( W = L/t  in Watt), allora l’energia erogata dal generatore U, pari a L, nella resistenza si trasforma in calore. Chiamando V = V_A-V_B  l’energia è :  U = q·V ; ponendo q/t = i, allora  U = i V t ;

 
ma   i = V/R , quindi  U = V² t /R,   oppure   U = i² R t.     Dividendo per t si ottiene la potenza W.

L’energia al secondo (potenza) è : W = i V, oppure ponendo  V = R i , diventa

                       W = i² R  in Watt,    o anche           W = V² / R

Questa è l’energia che si trasforma in calore (unità di misura  joule o kcal,  1 kcal =4186 J). Le stufe elettriche, il ferro da stiro, le resistenze di un forno elettrico, l’asciugacapelli, sfruttano l’effetto Joule: trasformano l’energia elettrica in calore). 

 

 

 

29.  Resistenze in serie in un circuito: si collegano i resistori unendoli uno di seguito all’altro,in modo che siano attraversati dalla stessa intensità di corrente i. La d.d.p. erogata dal generatore si divide in parti direttamente proporzionali alle singole resistenze. Avremo quindi diverse d.d.p. (cadute di tensione), ai capi di ciascuna resistenza, ma per la conservazione dell’energia, la somma di queste tensioni parziali ( V1, V2, V3, come in figura) ai capi delle singole resistenze (o lampade), sarà uguale alla d.d.p. (o forza elettromotrice) erogata dal generatore.                                 

V1 + V2 + V3 = V  per tre resistenze in serie :  R₁i + R₂i + R₃i = R_ei   dove i è la stessa nel circuito. Semplificando i troviamo che la resistenza equivalente di un circuito in serie è pari alla somma delle singole resistenze:  R₁ + R₂ + R₃ = R_e . 

                      

                                     Serie                                                                                                  

 

 

 

 

 Collegamento di resistenze in parallelo: il collegamento in parallelo viene realizzato in modo che tutte le resistenze o lampade, siano soggette alla stessa tensione (o d.d.p.).

parallelo 

 

 

 

 

 La corrente si divide invece nei vari rami del parallelo, ma per la conservazione della carica,  la corrente in entrata è uguale alla somma delle correnti in uscita.
Questo è il primo principio di Kirchhoff. Nel nodo A avviene che  i = i₁ + i₂ + i₃.   Per la 1^a legge di Ohm  
 DV =  DV  +  DV  + DV    fra i punti A e B c’è la stessa d.d.p. DV , ne segue che  
  1/Re    =  1/R1   +   1/R2  +   1/R3   ;     nel nodo A la corrente i entrante è uguale alla somma delle correnti uscenti.

 La resistenza equivalente del circuito R_e  è tale che il suo inverso è uguale alla somma degli inversi delle singole resistenze.

 

 

 

 

 

 

 

 

Fonte: http://argomentidifisica.files.wordpress.com/2012/05/trattazione-sintetica-2011-2012-5classico-linguistico.doc

Sito web: http://argomentidifisica.files.wordpress.com

Autore del testo:

Classe  5 Classico -  Classe 5 Linguistico 

Parola chiave google : Fisica liceo trattazione sintetica argomenti tipo file : doc

 

 

 

 

Visita la nostra pagina principale

 

Fisica liceo trattazione sintetica argomenti

 

Termini d' uso e privacy