Tesina sull' elettricità

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Tesina sull' elettricità

L’elettricità

La materia è costituita essenzialmente da atomi che a loro volta sono costituiti da protoni, neutroni ed elettroni, mentre gli elettroni, più leggeri, ruotano attorno al nucleo.
Si può comunque dire che alcuni corpi, a causa della loro struttura atomica, possiedono elettroni che sono debolmente vincolati ai rispettivi nuclei atomici e sono detti “elettroni liberi”, i quali opportunamente stimolati (vedi ad Es. una pila), si spostano da un polo all’altro in modo ordinato.
Parliamo dunque della corrente elettrica.
Come dice la parola stessa, corrente e' qualcosa che scorre, che fluisce all'interno di alcuni materiali; si definisce quindi corrente elettrica (elettricità) il movimento (o flusso) ordinato degli elettroni che si spostano da un polo all’altro. Tali materiali, proprio perché si prestano a consentire questo flusso, vengono definiti conduttori. Altri materiali, che invece si oppongono al passaggio della corrente, vengono definiti isolanti ( in questi materiali gli elettroni sono forte- mente attratti dal nucleo centrale dell’atomo).
I materiali conduttori che più ci interessano sono i metalli (ad esempio il rame, l'argento e l'alluminio, che vengono usati per costruire i cavi elettrici).
Tra i materiali isolanti ricordiamo il vetro, il marmo, la plastica, la gomma, il sughero, il legno e la carta (se sono ben asciutti)
Le grandezze elettriche prese in esame in questo grande fenomeno sono tre :

Tensione
Resistenza
Intensità

Tensione o Potenziale
Perché ci sia corrente elettrica, deve esistere una differenza di potenziale agli estremi del conduttore e quindi un campo di forze elettrico(es. Pila)
In particolare, un generatore di tensione ha due morsetti: il polo positivo, con potenziale elettrico più elevato (abbiamo una mancanza di elettroni), ed il polo negativo (abbiamo un eccesso di elettroni) con potenziale elettrico minore.
Il passaggio di elettroni tende a livellare il potenziale tra i due poli.
Similitudine idraulica

Il circuito in questione si dice chiuso perché l'acqua aspirata ritorna al serbatoio attraverso la pompa per poi ritornare in circolo.
In un circuito elettrico il flusso di elettroni è continuo fin quando esiste la differenza di potenziale tra i due poli e più precisamente fin quando la sostanza acida presente nel generatore stimola il Polo Positivo a perdere elettroni e quello Negativo ad acquistare elettroni.
Occorre però fare una precisazione: negli impianti elettrici di casa nostra non c'e' la corrente, ma c'e' la tensione, ovvero quella forza che spinge gli elettroni a muoversi, dando origine alla corrente. Questa forza ha un valore ben preciso, che si indica con un numero, abbinato ad una unità di misura: il volt,possiamo dire che la tensione disponibile nelle prese di casa nostra misura 220 volt.
Resistenza elettrica
Abbiamo visto che la corrente scorre per effetto di una forza detta forza elettromotrice o tensione; c'è però qualcosa che contrasta di più o di meno questa forza e tende a frenare lo scorrere degli elettroni: questa forza frenante, che dipende dalla natura del materiale attraversato, viene detta resistenza elettrica.
L’intensità luminosa che avremo in un semplice circuito elettrico dipenderà da alcuni fattori:

dalla forza elettromotrice, o tensione, applicata
dalla resistenza del materiale

quest’ultimi strettamente legati alle leggi di Ohm Georg Simon( fisico tedesco) e descritte dalle seguenti relazioni matematiche.
Prima Legge di Ohm: Resistenza Elettrica
Prima Legge di Ohm: Il rapporto tra la d.d.p. V tra due punti di un conduttore metallico a temperatura costante e l’intensità di corrente che fluisce in esso è costante. La resistenza determina l'intensità della corrente che fluisce attraverso il circuito, ai cui capi è applicata una differenza di potenziale.

dove si evince che il valore della Resistenza è inversamente proporzionale a quello dell’Intensità luminosa (I =V/R), mantenendo costante il valore della tensione applicata.

Si consideri che il valore dell’intensità della corrente elettrica corrisponde alla quantità di cariche elettriche che passano in un determinato punto del circuito ed anche in un particolare momento.

Seconda Legge di Ohm: Resistività
Seconda legge di Ohm: A parità di ogni altra condizione, la resistenza R di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua sezione (u.m. Ωmm2/m) Resistività è la misura della capacità del materiale di opporsi al fluire in esso della corrente elettrica (indipendentemente dalle sue dimensioni e dalla sua forma, Campione di lunghezza e sezione unitarie)

Filo utilizzato in elettricità
Più grande è la lunghezza del filo più grande è la resistenza R
Più piccola è la lunghezza del filo più piccola è la resistenza R
Più grande è lo spessore del filo più piccola è la resistenza R
Più piccolo è lo spessore del filo più grande è la resistenza R

seconda legge di Ohm, che permette di calcolare la resistenza di un mate riale a partire dalle sue caratteristiche fisiche e geometriche (spessore , lunghezza)

dove è la resistività del materiale (anche detta resistenza elettrica specifica, è l'attitudine di un materiale a opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche. Nel sistema internazionale la resistività si misura in ohm per metro (Ω·m).

Conduttori
I materiali sono catalogati a seconda della maggiore o minore capacità di far passare gli elettroni al loro interno.
Appartengono al primo gruppo tutti i metalli, come, ad esempio, rame (Cu), argento (Ag), Alluminio (Al).
Isolanti
In un isolante non esistono elettroni di valenza liberi di muoversi e tali da evidenziare un flusso di cariche ordinate, sotto l’azione di un campo elettrico. In realtà non esistono isolanti perfetti, ma sostanze definite isolanti perché offrono una resistenza assai grande al passaggio di cariche elettriche.
l è la lunghezza del filo, misurata in metri
S è l'area della sezione, misurata in metri2

Temperatura di riferimento 0 [°C]
	Materiale	Resistività elettrica r0 [W·mm2/m]	Coefficiente di temperatura a0 [1/°C]]
Buoni conduttori	Argento	0,015	4·10-3
	Rame	0,016	4,2·10-3
	Oro	0,021	3,9·10-3
	Alluminio	0,026	4,3·10-3
Conduttori	Tungsteno (Wolframio)	0,05	4,5·10-3
	Stagno	0,115	4,3·10-3
	Ferro dolce	0,13	4,8·10-3
	Piombo	0,2	4,2·10-3
	Manganina (Cu, Mn, Ni)	0,4	0,01·10-3
	Costantana (Cu, Ni)	0,5	~ 0
	Ferro-Nichel	0,85	0,6·10-3
	Mercurio	0,951	0,9·10-3
Semiconduttori	Carbone	30	negativo
	Germanio purissimo	5·105	negativo
	Silicio purissimo	25·108	negativo
Isolanti	Olio minerale	~ 1·1017
	Porcellana	~ 1·1018
	Mica	~ 1·1020
	Polistirolo	~ 1·1022

Fonte: http://www.dantealighieritorino.it/realizzazioni/didattica/amato/Tesina%20sull'Elettricita.doc

Sito web da visitare: ttp://www.dantealighieritorino.it/

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