Fisica 2 Corrente continua 9 a lezione Programma

Fisica 2 Corrente continua 9 a lezione

Programma della lezione • • Forza elettromotrice Generatori ideali e reali Leggi di Kirchhoff Strumenti di misura

Forza elettromotrice (fem) • Non è una forza • Per definizione è il lavoro per unità di carica (positiva) necessario per separare la carica negativa da quella positiva. • Dimensioni fisiche: le stesse di V • Unità di misura: la stessa di V

Sorgenti (generatori) di fem • I luoghi nella sorgente in cui vengono accumulate le cariche di segno opposto sono detti poli o morsetti • Un generatore di fem aumenta l’energia potenziale elettrostatica delle cariche lo attraversano, portandole verso il polo omonimo • Le cariche perdono energia potenziale nel circuito esterno muovendosi verso il polo eteronimo

Sorgenti di fem • Convertono energia non elettrica (chimica, meccanica, luminosa) in energia elettrica • Sorgenti chimiche – Batteria - batteria al Pb – Cella a combustibile - cella a H 2

Batteria al Pb • Non accumula carica, ma energia chimica • I composti chimici iniziali (Pb, Pb. O 2, H 2 SO 4) e finali (H 2 O, Pb. SO 4) sono immagazzinati dentro la batteria • Reazione al polo positivo • Reazione al polo negativo • Gli elettroni lasciano il polo positivo e si accumulano su quello negativo

Cella a H 2 • Non accumula carica, ma energia chimica • I composti chimici non vengono immagazzinati come nella batteria • I composti iniziali (O 2 e H 2) vengono immessi dall’esterno, quelli finali (H 2 O) vengono espulsi all’esterno • Reazione al polo positivo • Reazione al polo negativo • Gli elettroni lasciano il polo positivo e si accumulano su quello negativo

Generatore ideale di fem • La carica non subisce perdite di energia all’interno del generatore • In un ciclo, il bilancio energetico di una carica è nullo, cioè l’energia ricevuta dal generatore uguaglia la perdita nell’elemento ohmico • La ddp tra i morsetti è numericamente uguale in valore assoluto alla fem del generatore • Mantiene una ddp costante tra i due poli indipendentemente dalla corrente erogata

Generatore reale di fem • Si può considerare come costituito da un generatore ideale e da una piccola resistenza r in serie, la resistenza interna • Ora l’energia fornita dal generatore meno la perdita di energia nel generatore uguaglia l’energia persa in R • Corrente: • ddp tra i morsetti: diminuisce al crescere della corrente erogata: è uguale alla fem del generatore diminuita della caduta di potenziale sulla resistenza interna

Batteria al Pb • 6 elementi in serie • genera in totale una fem di 12 V • resistenza interna di 0. 01 W

Potenza erogata dal generatore • La potenza erogata dal generatore è il rapporto tra l’energia erogata ed il tempo impiegato. In entrambi i casi • Ma nel caso ideale • Mentre nel caso reale • Dove va a finire: – In parte nella r della batteria – In parte nella resistenza di carico R – In totale

Leggi di Kirchhoff • Primo principio o dei nodi – legge delle correnti – La somma delle correnti che entrano in un nodo dev’essere uguale alla somma delle correnti che escono • Secondo principio o delle maglie – legge delle tensioni – Lungo qualsiasi maglia la somma di tutte le fem e delle ddp ai capi degli elementi del circuito dev’essere nulla

Strumenti e circuiti di misura • Amperometro: verra` descritto piu` avanti • Voltmetro: – e` un amperometro con una grande resistenza in serie, in modo da assorbire poca corrente e quindi perturbare il circuito studiato il meno possibile • Potenziometro • Ponte di Wheatstone

Potenziometro • Circuito di misura di fem incognita Ex consistente in: – una resistenza di precisione su cui puo` scorrere un cursore C che la divide idealmente in due parti R 1 e R 2 – Un amperometro di grande sensibilita` – Un generatore campione di fem Ec – Un generatore ausiliario di fem E per contrastare la fem del generatore campione • R rappresenta una resistenza di carico, eventualmente comprendente la resistenza interna dell’amperometro e del generatore nella maglia di destra E R 1 C R 2 A Ex R

Potenziometro • • Diciamo i la corrente che circola nella maglia di sinistra Si muove il cursore C finche’ la corrente i. A misurata dall’amperometro e` nulla In questo stato la ddp tra il cursore e la terra e` E R 1 C R 2 La seconda uguaglianza segue dal fatto che la fem incognita si ritrova tutta tra C e terra, in quanto nella maglia di destra, in assenza di corrente, non c’e` caduta di potenziale A Ex R

Potenziometro • Si ripetono le operazioni descritte sostituendo il generatore con quello campione. Otteniamo un’equazione analoga: • Il punto cruciale e` che in entrambi i casi i assume lo stesso valore • Dal rapporto delle due equazioni, troviamo la fem incognita:

Ponte di Wheatstone • E` un circuito usato per la misura accurata di resistenza. E` costituito da: – tre resistenze campione R 1, R 2, R 3 di cui una (R 3) variabile – la resistenza incognita Rx – un amperometro molto sensibile – un generatore • L’operazione da fare e` di variare R 3 fino a che la corrente i. A dell’amperometro si azzera R 1 R 2 i. A A Rx R 3 E

Ponte di Wheatstone • In questo stato la caduta di potenziale ai capi di R 3 e` uguale a quella ai capi di R 1 (se la corrente e` nulla, il potenziale ai due capi dell’amperometro e` lo stesso) • Tenuto conto che la corrente che passa per R 1 passa anche per R 2 e che la corrente che passa per R 3 passa anche per Rx, si puo` ripete il ragionamento per la coppia R 2 e Rx, ottenendo R 1 R 2 i 1 i 3 A Rx R 3 E • Il rapporto delle due equazioni da` la resistenza incognita