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Corso di elettrotecnica ed elettronica: Corrente elettrica – Lezione 12

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Nella lezione precedente abbiamo utilizzato un generatore di tensione (nell’esempio una batteria di automobile), all’interno della batteria le forze elettrochimiche interne e la forza di attrazione delle cariche si bilanciano e ci sarà un accumuolo di cariche negative su un morsetto ed un ugual accumulo di cariche positive sul morsetto opposto. Se realizziamo un collegamento elettrico con un filo conduttore a cui è collegata una lampadina, permettiamo agli elettroni, attraverso il cavo elettrico, di raggiungere il polo positivo direttamente dall’esterno della batteria.

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Il flusso di corrente avviene perché all’interno del conduttore vi è la presenza di elettroni liberi. Il polo positivo della batteria esercita un’attrazione degli elettroni liberi del conduttore verso di se, mentre il polo negativo esercita una repulsione (li spinge via).

Tutto ciò consente la diffusione istantanea degli elettroni e ciò è evidenziato dall’accensione della lampadina.

Durante questo movimento accade che gli elettroni che giungono al polo positivo annullano parte delle cariche, ciò coporta una diminuzione della forza di attrazione interna Fa (si veda la lezione 11) presente all’interno del generatore. La forza elettromotrice interna del generatore sposta gli elettroni sul polo negativo.

Questo processo crea un flusso continuo di elettroni che prende il nome di corrente elettrica (simbolo I).

Come verso convenzionale della corrente si assumo essere quello diretto, all’esterno del generatore, dal polo positivo a quello negativo, opposto quindi al flusso di elettroni.

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L’unità di misura della corrente elettrica è l’Ampere, dal nome del fisico francese A.M. Ampere. La misura della corrente elettrica si effettua con uno strumento chiamato amperometro.

 

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Abbiamo precedentemente detto che la corrente elettrica è un flusso di elettroni, cioè di cariche elettriche, definiamo quindi intensità di corrente come il rapporto tra la carica Q (espressa in Coulomb) che passa in una sezione di un conduttore ed il tempo t (esperesso in secondi) impiegato dalla carica per passare.

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dove:

I: intensità di corrente (Ampere)

Q: carica elettrica (Coulomb)

t: tempo (secondi)

avremo quindi che:

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Possiamo quindi affermare che 1 ampere è l’intensità di corrente corrispondente al passaggio di una carica di 1 Coulomb in 1 secondo attraverso la sezione di un conduttore.

Per rendere più chiaro il concetto possiamo fare un’analogia idraulica e paragonare l’intensità di corrente alla portata dell’acqua in una tubazione, misurata in

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che corrisponde al passaggio di un numero grandissimo di molecole.

Si faccia antenzione però, che nell’analogia fatta vi sono differenze significative in quanto per la corrente elettrica si ha una migrazione di elettroni all’interno del conduttore i cui atomi non si spostano, mentre nell’acqua si ha un trasferimento di materia dovuto allo spostamento di molecole.

Corso di elettrotecnica ed elettronica: legge di Coulomb – Lezione 10

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In questa breve lezione ho necessit di utilizzare qualche formula, nulla di complicato.

Lo stesso tipo di azioni che esistono tra particelle elementari, elettroni (con carica negativa) e protoni (con carica positiva) si ha anche tra corpi carichi, cio tra corpi che hanno accumulato o ceduto una certa quantit di elettroni, rimanendo pertanto carichi negativamente o positivamente.

Consideriamo due corpi carichi che nel disegno sono indicati con A e B, i due oggetti sono posti ad una distanza d:

cariche01

per il solo fatto di possedere una carica elettrica essi interagiscono con una forza F, detta Forza elettrostatica, che direttamente proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale alla al quadrato della distanza tra le cariche.

Questa relazione detta legge di Coulomb (dal nome del suo scopritore) ed espressa dalla seguente formula:

formula01

Le grandezze fisiche presenti nella formula sono misurate nel Sistema Internazionale (S.I.) in:

  • la forza F in Newton (N)
  • le cariche [pmath size=12]Q_A[/pmath]e[pmath size=12]Q_B[/pmath] in Coulomb (C)
  • la distanza d in metri (m)

Nella formula sopra riportata potete notare la presenza della costante K detta costante di proporzionalit ed espressa dalla seguente formula:

formula02

Il valore:

epsilon

detta costante dielettrica ed assume valori diversi a seconda del materiale.

In altre parole possiamo riassumere la legge di Coulomb con la seguente frase:la forza F tanto maggiore quanto pi grande la carica e tanto minore quanto pi lontano sono le cariche.

cariche02

Inoltre la forza F sar di tipo repulsivo su cariche di stesso segno e attrattivo su cariche di segno opposto.

forza-elettrostatica

La forza elettrostatica F pu essere considerata una “colla” che tiene insieme o allontana le cariche, ma anche lo strumento di cui abbiamo bisogno per creare un flusso di elettroni.

Nella formula che rappresenta la legge di Coulomb a titolo di esempio la costante k:

  • ha valore di[pmath size=12]9*10^9[/pmath] nell’aria
  • ha valore di[pmath size=12]1/9 * 10^9[/pmath] nell’acqua

Quindi a parit di condizioni (temperatura, pressione), se si passa dall’aria all’acqua la forza coulombiana diminuisce di circa 80 volte.

Il nomeCoulomb viene impiegato per definire la grandezza fisica di carica elettrica ed una unit di carica elettrica viene indicata con

1 C (unCoulomb)

La carica elementare ed indivisibile quella posseduta da un elettrone detta “quanto di carica” e vale:

[pmath size=16]e=-1,602*10^-19 C[/pmath]

da cui si desume che per avere una carica di 1 C servono [pmath size=12]6,25*10^18[/pmath] elettroni.

Se non siete pratici con la notazione scientifica vi ricordo che il numero [pmath size=12]6,25*10^18[/pmath]corrisponde a 6.250.000.000.000.000.000 piuttosto grande non trovate?