Struttura atomica

Un atomo è formato da:• nucleo centrale +• elettroni (e-) disposti su “orbite” che a loro volta costituiscono dei “gusci” attorno al nucleo

Le caratteristiche elettriche dei materiali (conduttori, semiconduttori, isolanti) dipendono dalle caratteristiche degli e- più esterni (valenza)

caratteristiche dell’e-:• massa = 9,11·10-31 kg• carica = 1,6·10-19 C

Struttura dei materiali conduttori

Atomo di rame (Cu, numero atomico=29)

il 29o e- si colloca da solo sul quarto guscio e risente meno fortemente degli altri dell’attrazione del nucleo

all’interno di un filo di rame l’e- di valenza risulta “libero” di muoversi nel materiale;

Struttura dei materiali conduttori

sono gli e- liberi che conferiscono al rame la sua proprietà di conduttore elettrico!

il rame possiede al suo interno un elevato numero di e- (uno per ogni atomo) liberi di muoversi all’interno del materiale stesso. Tali elettroni, per effetto dell’agitazione termica, si muovono continuamente e in modo caotico all’interno del materiale:

Corrente elettrica

CORRENTE ELETTRICA = movimento ordinato di cariche elettrichein un materiale può stabilirsi una corrente elettrica solo se vi sono a disposizione delle cariche libere di muoversi (conduttore)

il movimento delle cariche deve essere ordinato ovvero direzionale

moto caotico = NO corrente

moto direzionale = corrente

ricapitolando: in un conduttore si stabilisce una corrente elettrica quando al suo interno vi è un flusso ordinato di cariche, esattamente come avviene in un tubo idraulico al cui interno scorre dell’acqua

Intensità di corrente elettrica

dt

dQI

si consideri un corpo conduttore, ad es. un filo di rame di sezione A, percorso da corrente:

INTENSITA’ DI CORRENTE ELETTRICA = rapporto tra la quantità di carica dQ che attraversa la sezione A in un intervallo di tempo infinitesimo dt e l’intervallo di tempo stesso

A

l’unità di misura della I è l’ampere (A)

s

CAI

la corrente elettrica può essere:• CONTINUA = corrente costante nel tempo• variabile nel tempo (ALTERNATA,…)

Generatori elettrici

è evidente che in un conduttore non può stabilirsi una corrente se non si provvede ad agire su di esso dall’esterno con un mezzo adeguato

i dispositivi elettrici che sono in grado di costringere le cariche a muoversi con ordine, costituendo un flusso direzionale (ovvero una corrente) si chiamano GENERATORI ELETTRICI

un generatore elettrico serve per fornire alle cariche elettriche l’energia necessaria affinché esse possano mantenersi in movimento e dare luogo a una corrente

un generatore elettrico è pertanto un generatore di energia elettrica o meglio, un dispositivo in grado di trasformare in energia elettrica altre forme di energia

Generatori elettrici

+

-

un generatore elettrico possiede due estremi detti morsetti o poli:

il funzionamento del generatore si basa sul fatto che le sue cariche interne di segno opposto vengono accumulate sui morsetti (es. gli e- vengono accumulati sul morsetto negativo)

se ad un certo momento i morsetti del generatore vengono collegati mediante un conduttore, esiste un percorso attraverso il quale le cariche elettriche possono tornare al morsetto dal quale sono state sottratte, restituendo l’energia che il generatore stesso aveva fornito loro per spostarle al suo interno:

Generatori elettrici

un generatore elettrico può dunque essere caratterizzato in funzione della differenza di potenziale (ddp) presente tra i suoi morsetti:

la ddp esistente tra i morsetti aperti di un generatore (funzionamento a vuoto) prende anche il nome di forza elettromotrice (fem)

l’unità di misura della ddp è il Volt [V]

più in generale la ddp prende anche il nome di tensione

si definisce ddp l’energia per unità di carica che il generatore fornisce alle sue cariche interne per accumularle sui suoi morsetti; tale energia rimane in forma “potenziale” finché le cariche rimangono accumulate sui poli e potrà essere spesa, ovvero trasformata in un’altra forma di energia, non appena le cariche potranno muoversi (= generare corrente) in un circuito esterno al generatore

Tensione elettrica

il concetto di ddp non è peculiare del generatore ma può essere esteso a qualsiasi dispositivo elettrico avente 2 morsetti e in questo caso viene detta più propriamente detta caduta di tensione:

verso convenzionale della I: dal + al -

A

B

VAB

+

-

I

Resistenza elettrica

le cariche elettriche in moto ordinato all’interno di un conduttore sono soggette, durante il loro movimento ad una specie di “attrito” interno da parte del materiale:

• gli e-, durante il loro movimento, urtano ripetutamente gli atomi, perdendo la loro energia e riscaldando il materiale • per mantenere il passaggio di corrente è quindi necessario continuare a fornire energia agli e- mediante il generatore

in altre parole, il materiale manifesta una certa resistenza al passaggio della corrente

Legge di Ohm

se ad un conduttore viene applicata una ddp V, in esso fluisce una corrente I direttamente proporzionale alla tensione applicata:

V=R·I

il coefficiente di proporzionalità R prende il nome di resistenza elettrica

l’unità di misura della resistenza è l’Ohm

A

VR