Corrente elettrica Cariche in movimento legge di Ohm

Corrente elettrica Cariche in movimento legge di Ohm Circuiti in DC

Corrente elettrica • In un metallo gli elettroni più esterni di ciascun atomo sono debolmente legati e costituiscono un ‘mare di elettroni’ che si muove in modo totalmente caotico a causa dell’agitazione termica. • Solo la presenza di una d. d. p. determina un flusso ordinato di elettroni da un capo all’altro di un filo metallico. • Quindi la corrente elettrica è dovuta alla presenza di una differenza di potenziale applicata agli estremi di un filo conduttore. • Se attraverso una sezione di un conduttore passa, nell’unità di tempo dt, una definita quantità di carica dq allora avremo una corrente i = dq/dt + _

Definizione di corrente • La quantità di carica che passa in un filo è data da: q = ∫dq = ∫i dt • In regime stazionario, cioè se la corrente non varia nel tempo, in ogni sezione di un conduttore tanti elettroni entrano e altrettanti ne escono (conservazione della carica) 1 A (ampere) = 1 C/s • Il verso della corrente è quello delle cariche positive che si muovono dal + al -. • In realtà le cariche mobili sono negative e vanno dal - al +

Resistenza e conducibilità • Conoscendo il valore della conducibilità o resistività di un materiale si può trovare il valore della resistività elettrica che offre un filo metallico. • La resistività è data da: r = E/J [Vm-1/Am-2] = [Wm] • La conducibilità elettrica è l’inverso della resistività J=s. E s = 1/r

Legge di Ohm R = V/i [W] = [VA-1] • Data una differenza di potenziale, la corrente che scorre in un conduttore dipende dalla sua resistenza V = Ri • Un materiale obbedisce alla legge di Ohm se il valore della resistenza non dipende dalla polarità della d. d. p. applicata • Può succedere che un materiale abbia un comportamento come quello del grafico rappresentato a destra della figura, allora diremo che il materiale ha una natura semiconduttrice • Il valore della resistività di un conduttore con la temperatura è lineare, cresce se cresce la temperatura. • In prossimità dello zero assoluto la resistività dei metalli non diventa zero • Solo i superconduttori possono avere una resistività nulla.

La superconduttività (Kammerling Onnes 1911)

La potenza nei circuiti elettrici • La batteria stabilisce una tensione costante V ai capi del dispositivo con Va > Vb • Se la corrente i che scorre in un conduttore è costante, la quantità di carica coinvolta è dq = i dt i + _ • Pertanto l’energia che il generatore deve erogare al circuito sarà: d. U = dq V = idt V • Questa energia trasferita al carico si trasformerà, per esempio, in calore o in luce, e la potenza associata a questa trasformazione è P=i. V [1 VA] = 1 W • Se il dispositivo è una resistenza elettrica, utilizzando la legge di Ohm (V=Ri) potremo avere le relazioni P = i 2 R o P = V 2/R a b

Semiconduttori • Negli isolanti non ci sono elettroni liberi e nessuna ddp riesce a spostare elettroni da un capo all’altro del dispositivo. • Una troppo alta ddp può vincere la rigidità dielettrica e bucare l’isolante. • Nei conduttori quasi tutti gli elettroni sono fortemente legati ai loro nuclei eccetto quelli più esterni (n) che sono liberi di muoversi. • Se sottoposti ad una piccola ddp risentano di una resistività r • Nei conduttori, n è molto grande e non dipende dalla T, quindi all’aumentare della temperatura aumenta il numero delle collisioni e diminuisce il tempo di volo t fra un urto e l’altro conseguente aumento della resistività r. • I semiconduttori hanno pochi elettroni liberi di muoversi, ma se drogati opportunamente si possono raggiungere numeri importanti di elettroni di conduzione e una discreta ddp può far circolare corrente. • Nei semiconduttori n è piccolo, ma dipende da T, quindi all’aumentare della temperatura r diminuisce

I circuiti elettrici i a • Per far circolare una carica in un filo conduttore + bisogna disporre di un generatore di cariche. _ • In una batteria l’energia chimica muove le cariche positive da un potenziale negativo ad un b potenziale positivo. • Se il circuito è aperto, le cariche non circolano e dopo un breve tempo iniziale le reazioni chimiche non avvengono. • Se il circuito è resistivo, la batteria deve fare un lavoro per spostare le cariche da un punto all’altro del circuito e la batteria si scarica facilmente d. L = E dq • E è la forza elettromotrice (f. e. m. ), ed è il lavoro che una sorgente compie per spostare una carica q da un punto di potenziale basso ad uno più alto [volt].

Forza elettromotrice

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