Unità 12 ELETTRICITÀ E MAGNETISMO I circuiti elettrici e le leggi di Ohm 3 Che cos’è un circuito elettrico? Che cosa indica la resistenza? Come funzionano i circuiti elettrici? Abbiamo visto che la differenza di potenziale produce un flusso di elettroni, cioè corrente elettrica: quando un numero sufficiente di elettroni ha raggiunto l’estremità del conduttore che aveva potenziale elettrico minore, la differenza di potenziale si annulla e il flusso di cariche elettriche si interrompe, perché, a questo punto, nel conduttore la carica elettrica è distribuita uniformemente. In questa situazione, per continuare ad avere il passaggio di corrente elettrica, è necessario , cioè tra polo negativo e polo positivo, proprio come una pompa che, sollevando l’acqua, alimenta il flusso di un circuito idraulico . e consente di creare un circuito elettrico. un dispositivo che conservi la differenza di potenziale tra i due estremi del conduttore (6) Un dispositivo di questo genere è chiamato generatore di corrente io studio Un ( ) è un dispositivo che conserva la tensione elettrica fra polo negativo e polo positivo. generatore di corrente electric generator (6) Una pompa idraulica mantiene differenti livelli di liquido in due vasi comunicanti, in modo simile a un generatore di corrente che conserva la differenza di potenziale elettrico tra gli estremi di un conduttore. I CIRCUITI ELETTRICI . Un circuito semplice può essere costituito da un filo elettrico, il , collegato ai due elettrodi del di tensione, una batteria; inoltre possono essere presenti un , per esempio una lampadina che produce luce, e un che interrompe il flusso di corrente quando non serve, per esempio quando si vuole spegnere la lampadina. Quando l’interruttore è sollevato, il circuito si dice e non si verifica passaggio di corrente ; viceversa, quando l’interruttore è abbassato, il circuito è e la corrente circola, giungendo all’utilizzatore . Un è un percorso chiuso nel quale una differenza di potenziale fa circolare corrente elettrica circuito elettrico conduttore generatore utilizzatore interruttore aperto (7a) chiuso (7b) (7a) (7b) io studio Un ( ) è un percorso chiuso nel quale la differenza di potenziale fa circolare corrente elettrica. circuito elettrico electrical network › pagina 203 In un circuito elettrico possono poi essere presenti anche più elementi, per esempio più di un generatore oppure più di un utilizzatore, che possono essere collegati in serie o in parallelo. Nel , . Se a essere collegati in serie sono dei generatori, la differenza di potenziale aumenta; se invece si tratta di interruttori, basta che uno solo apra il circuito per interrompere il flusso della corrente; se si tratta di utilizzatori, quando uno di essi si guasta il flusso di corrente si interrompe. collegamento in serie (8a) gli elementi sono disposti uno di seguito all’altro e sono attraversati dalla stessa intensità di corrente (8a) Nel , invece, : anche se uno degli utilizzatori si guasta, il flusso di corrente verso gli altri non si interrompe. collegamento in parallelo (8b) tutti gli utilizzatori del circuito sono collegati direttamente al generatore e ricevono la stessa tensione in maniera indipendente (8b) LA RESISTENZA Tutti i materiali, anche i conduttori, ostacolano in una certa misura il passaggio della corrente elettrica al proprio interno. Questo accade a causa dell’attrito tra gli elettroni in movimento e gli atomi di cui sono costituiti i conduttori. Gli atomi che costituiscono i conduttori oppongono, infatti, una “resistenza” maggiore o minore al passaggio degli elettroni, a seconda del materiale. Questa proprietà dei materiali è chiamata ( ) e indica, appunto, l’ . I metalli, che sono ottimi conduttori, oppongono poca resistenza; gli isolanti hanno una resistenza molto elevata, che a volte impedisce del tutto il passaggio degli elettroni. L’unità di misura della resistenza elettrica è l’ , e lo strumento usato per misurarla è l’ohmetro. resistenza elettrica R opposizione che un materiale esercita al passaggio della corrente elettrica ohm io studio La ( ) esprime l’opposizione che un materiale esercita al passaggio della corrente elettrica. resistenza elettrica electrical resistance L’ ( ) è l’unità di misura della resistenza elettrica. ohm ohm Le luci di Natale sono spesso collegate in serie: se si rompe una lampadina il flusso di corrente si interrompe. LE LEGGI DI OHM L’ohm deve il proprio nome al fisico tedesco . Queste relazioni sono espresse dalle due leggi dette . Georg Simon Ohm, il quale scoprì per primo le relazioni matematiche esistenti, in un circuito elettrico, tra le grandezze che lo caratterizzano: intensità, differenza di potenziale e resistenza leggi di Ohm afferma che in un conduttore l’intensità della corrente elettrica ( ) è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale ( ) e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore ( ). La prima legge di Ohm I V R Prima legge di Ohm › pagina 204 Dalla formula della prima legge di Ohm si ricavano le formule inverse per le altre grandezze: la differenza di potenziale è il prodotto dell’intensità per la resistenza; la resistenza è il rapporto tra differenza di potenziale e intensità. Se consideriamo, per esempio, un semplice circuito elettrico che ha una pila come generatore e una lampadina come utilizzatore, la luminosità della lampadina (cioè l’intensità di corrente) aumenta al crescere della differenza di potenziale fornita dalla pila; a parità di differenza di potenziale, possiamo però ottenere maggiore intensità anche utilizzando un conduttore (i fili) dotato di minore resistenza. Oltre a essere in relazione al tipo di materiale, la resistenza dipende anche dalla sezione e dalla lunghezza del conduttore. La resistenza di un conduttore aumenta infatti all’aumentare della sua lunghezza e diminuisce all’aumentare della sua sezione. Questa relazione è descritta dalla , che afferma che la resistenza di un conduttore dipende dalla natura del materiale di cui esso è costituito, ed è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ( ) e inversamente proporzionale all’area della sua sezione ( ). seconda legge di Ohm R l s Seconda legge di Ohm La lettera greca ( ) indica un valore costante, tipico del materiale di cui è fatto il conduttore; tale valore sarà tanto più basso quanto minore è la resistenza di un materiale. In un circuito semplice come quelli che abbiamo preso in considerazione, quindi, agendo sul conduttore, cioè sui fili, possiamo ottenere maggiore illuminazione usando un materiale con minore resistenza, cioè con valore di ρ minore, oppure, a parità di materiale, accorciando i fili , o usando fili con sezione maggiore . ρ ro (9a) (9b) (9a) Se i fili hanno sezione uguale ma lunghezza differente, il filo più lungo presenta più resistenza e la lampadina brilla con minore intensità. (9b) Se i fili hanno sezione differente, il filo con sezione minore presenta maggiore resistenza e la lampadina brilla con minore intensità. Uso le domande guida Che cos’è un generatore di corrente? Come funziona un collegamento in serie? E quello in parallelo? Che cosa afferma la prima legge di Ohm? Quali elementi mette in relazione la seconda legge di Ohm?
