ELETTROTECNICA
La carica elettrica è una proprietà della materia, in particolare dell'atomo che è formato da protoni, neutroni ed elettroni.
La carica elettrica si indica con la lettera Q. Essa può essere positiva
(protone) o negativa (elettrone). La sua unità di misura è il Coulomb (C).
La carica elementare (negativa se elettrone, positiva se protone) vale quindi 1,602*10-19 C (cioè 1 / 6,24 1018).
Il protone ha la stessa carica elettrica dell’elettrone, ma ha una massa 1840 volte maggiore. La massa dell’elettrone vale 9,1 x 10 -28 g.
Legge di Coulomb: due cariche elettriche puntiformi Q1 e Q2 si attraggono (se di segno contrario) o si respingono (se dello stesso segno) con una forza F che è proporzionale al prodotto dei loro valori e inversamente proporzionale al quadrato della distanza d che le separa.
L'espressione matematica è : F = k Q1 Q2 / d2 .
La costante k tiene conto del mezzo interposto e per il vuoto (o aria) essa è pari a da 9 x 109 Nm2/C2.
Corrente elettrica: è un movimento ordinato di cariche elettriche (per lo più elettroni), attraverso un mezzo fisico.
Intensità di corrente elettrica: la quantità di cariche elettriche
che passa in una sezione del conduttore in un secondo. I = Q / t [A].
L’unità di misura è l’ampere [A].
1A =
Il generatore elettrico è un sistema capace di separare e mettere in conduzione le cariche elettriche. Ciò significa dare ad ogni elettrone che viene spostato dal polo positivo al polo negativo una certa energia potenziale che equivale al lavoro sviluppato dalle forze del generatore per spostare tale elettrone vincendo le forze coulombiane di richiamo. (Un esempio nel campo gravitazionale è quello del sollevamento di corpo: portare una tegola sul tetto equivale a dare un certo potenziale alla tegola rispetto ad una tegola che resta a terra). Tale energia potenziale si rende disponibile ai morsetti e permette agli elettroni di percorrere un circuito esterno in ossequio alla legge di Coulomb.
Forza elettromotrice (f. e. m.): è la quantità di energia che viene
fornita, dal generatore, alla carica di valore unitario. Si indica con la
lettera E. La f. e. m. equivale al lavoro che viene effettuato sulla carica
elettrica per separare le cariche negative da quelle positive. Essa quindi è
data da joule / coulomb. A tale unità di misura, in onore del fisico italiano
Alessandro Volta (1745-1827), è stato dato il nome di volt. 1 V = 1 J /
Il potenziale elettrico V, cioè il valore dell’energia potenziale posseduta dalla carica elettrica nel punto in cui si trova, è dato dal rapporto fra l’energia W (in joule) posseduta dalla carica Q e il valore della carica stessa (in coulomb): V = W / Q. Si misura in volt (perché è ancora joule / coulomb).
Quando i potenziali elettrici VA e VB di due punti qualsiasi sono diversi, la differenza UAB = VA – VB si chiama differenza di potenziale (d. d. p.) o tensione elettrica. Si misura in volt.
La tensione elettrica di un generatore equivale alla d. d. p. che esiste fra i due morsetti.
Convenzioni:
La corrente esce dal polo positivo del
generatore e rientra nel polo negativo.
La d.d.p. (o tensione) che esiste fra
i poli di un generatore agisce dal polo positivo al polo negativo.
Alla superficie della terra viene dato
il potenziale zero.
La presenza di una d.d.p. fra due punti di un circuito o il passaggio della corrente in un conduttore possono essere rivelati soltanto per via indiretta. Cioè possiamo vedere i loro effetti (es.: il vento). Per misurare la tensione e l’intensità della corrente lo facciamo con due strumenti : il voltmetro e l' ampermetro. Il primo si inserisce in parallelo; il secondo in serie. Per entrambi vanno rispettati i morsetti di collegamento opportunamente contrassegnati.
Legge di Ohm: sperimentalmente si è visto che aumentando la tensione ai capi
di un filo metallico, aumenta in modo proporzionale la corrente che la
attraversa e il loro rapporto è costante. Esso si chiama resistenza. R = U / I
[Ω]. L’unità di misura, in onore del fisico tedesco Gorge Simon Ohm
(1787-1854), è stato dato il nome di ohm [Ω].
1 Ω = 1 V /
Quindi la legge di Ohm si può enunciare così: ai capi di una resistenza R attraversata da una corrente I si manifesta una caduta di tensione (c. d. t.) data da U = R I.
Conduttanza: è l’inverso della resistenza. G = 1 / R [S].
L’unità di misura è il siemens [S], in onore dell’inventore tedesco
Werner von Siemens (1816-1892). 1 S =
Resistenza di un conduttore: fisicamente rappresenta l’energia che si consuma negli urti che si accompagnano al moto dell’elettrone nel mezzo fisico (conduttore). Essa è proporzionale alla lunghezza l del filo e al materiale (ρ) e inversamente proporzionale alla sezione S del filo stesso. Cioè la resistenza di un filo è data da: R = ρ l / S
ρ è la resistività del materiale. Si misura in [Ω m], ma più comodamente in [Ω mm2 / m] . Essa è tabellata.
Conduttività γ è l’inverso della resistività γ = 1 / ρ [S/m]. Si misura in siemens al metro.