Elettrotecnica_appunti

il concetto di corrente elettrica è connesso con il concetto di carica la quale è associata a elettroni (condutori), protoni e ioni.

La corrente elettrica è definita come il rapporto fra la carica che attraversa una certa sezione del mezzo in cui è trasportata e il tempo necessario per attraversare quella certa sezione.
Unità di misura di corrente elettrica = 1 coulomb al secondo viene attribuita il nome di ampere.
Carica e corrente sono legate da questa relazione e le unità di misura di corrente elettrica (Am) e carica elettrica (Q) , sono connesse: conoscendo l'una si conosce l'altra. Ma è più facile definire le unità di misura delle correnti che delle cariche.



Legge do Ohm
Video esplicativo sulla prima legge di Ohm

La legge di Ohm esprime una relazione tra la differenza di potenziale V (tensione elettrica) ai capi di un conduttore elettrico e la corrente elettrica I che lo attraversa. Gli elementi elettrici per i quali la legge è soddisfatta sono detti resistori (o resistenze) ideali o ohmici. Si noti che la legge di Ohm esprime unicamente la relazione di linearità fra la corrente elettrica I e la differenza di potenziale V applicata. L'equazione indicata è semplicemente una forma dell'espressione che definisce il concetto di resistenza ed è valida per tutti i dispositivi conduttori.

La legge deve il proprio nome a quello del fisico tedesco Georg Simon Ohm. È descritta dalla relazione matematica:[1]

R = V/I
V=IR

Esiste inoltre la seconda legge di Ohm, che permette di calcolare la resistenza di un materiale a partire dalle sue caratteristiche fisiche e geometriche:

R = lS

dove è la resistività del materiale, l la Lunghezza ed S la Sezione.
L'effetto Joule, inoltre, permette di calcolare la potenza elettrica dissipata in un resistore, che risulta proporzionale alla seconda potenza della corrente elettrica:

P = V x I = R I^2

essendo valida per quanto riguarda i conduttori ohmici la relazione V = RI.

V = R x I

I = V/R






La differenza di potenziale

Preso come riferimento un punto P0 in un campo elettrico E, si definisce energia potenziale di una carica Q, il lavoro compiuto dal campo elettrico per spostare la carica da un punto P al punto di riferimento P0.
Chiaramente l'energia potenziale della carica Q dipende anche dal valore di carica stessa, poichè al variare di essa è necessaria una proporzionale variazione della forza applicata dal campo elettrico, e quindi del lavoro, per poterla spostare da P a P0.

Se prendiamo in esame due punti qualsiasi, P1 e P2, riferiti al punto P0, possiamo affermare che il lavoro L necessario per spostare una carica Q dal punto P1 al punto P2 equivale alla differenza delle energie potenziali, L1e L2, nei due punti:

L = L1 - L2

Si definisce allora differenza di potenziale V fra due punti P1 e P2, il lavoro per unità di carica compiuto per spostare una carica Q dal punto P1 al punto P2:
V = L

Q


Dal SI ricaviamo che L => joule e Q => coulomb, quindi V si misura in joule/coulomb, ma più comunemente si usa il volt (V):

1 V = 1 j/C

Lo strumento che misura la differenza di potenziale (d.d.p.), detta anche tensione elettrica, è il voltmetro.




Legge di Joule
http://youtu.be/TAVFfr57cHc?t=48m15s


Il motivo per cui l'energia elettrica è così utile all'uomo è che essa può facilmente essere convertita in altre forme di energia, in particolare energia termica (calore). Ciò può essere facilmente osservato in un resistore, che quando è percorso da una corrente elettrica si riscalda, ovvero libera o dissipa una parte dell'energia elettrica sotto forma di calore. Anche nella lampadina il principale effetto del passaggio di corrente è il calore, che fa diventare incandescente il filamento, sviluppando di conseguenza energia luminosa. Un ferro da stiro o una stufetta elettrica sfruttano proprio questa proprietà.

È detto effetto Joule, dal nome del fisico inglese James Prescott Joule (1818-1889) che lo scoprì, il fenomeno per cui il passaggio di corrente elettrica attraverso un conduttore è accompagnato dallo sviluppo di calore.

La potenza dissipata da un resistore percorso da corrente di intensità I, e ai cui estremi è applicata una differenza di potenziale V, è data da:



Dalla prima legge di Ohm:



quindi la potenza si può scrivere:



La quantità di energia elettrica che viene trasferita al resistore nell'intervallo di tempo t è quindi è pari aRI2t. Se tutta questa energia viene trasformata in calore, si ricava la quantità di calore Q prodotto da un conduttore di resistenza R, attraversato da una corrente I, nell'intervallo di tempo t:



Il calore prodotto per effetto Joule quindi è direttamente proporzionale alla resistenza del conduttore e al quadrato dell'intensità della corrente che lo attraversa.

Possiamo a questo punto definire la resistenza elettrica come l'attitudine di un conduttore a trasformare l'energia elettrica che lo percorre in calore.

Quando in un apparecchio elettrico si richiede che la percentuale di energia elettrica convertita in calore sia molto alta, occorrerà aumentare il più possibile la resistenza dell'apparecchio. Questo avviene per esempio nelle stufe o nei ferri da stiro. In altri casi, invece, è essenziale che venga dispersa meno energia possibile e, benché non sia possibile eliminare completamente l'effetto Joule, si cerca di minimizzare il riscaldamento utilizzando materiali a bassa resistenza, come l'oro, l'argento o il rame. Per questo motivo i cavi che collegano tra loro gli apparecchi elettrici o quelli che portano l'elettricità nelle case sono di rame.