Circuiti Elettrici e Collegamenti

I circuiti elettrici sono insiemi di conduttori connessi tra loro e collegati a un generatore. Possono essere chiusi, quando la catena non è interrotta e la corrente può fluire, o aperti, quando la catena è interrotta e non c'è passaggio di corrente.

Esistono due tipi principali di collegamenti nei circuiti:

1. Collegamento in serie: I conduttori sono posti in successione e la stessa corrente li attraversa tutti.
2. Collegamento in parallelo: I conduttori hanno i primi termini connessi tra loro, così come i secondi, e sono sottoposti alla stessa differenza di potenziale.

Definizione: La Prima legge di Ohm stabilisce che nei conduttori ohmici l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi.

La formula della Prima legge di Ohm è:

i = ΔV / R

Dove i è l'intensità di corrente, ΔV è la differenza di potenziale e R è la resistenza elettrica.

Highlight: I resistori sono componenti dei circuiti elettrici che seguono la Prima legge di Ohm.

Example: Un esempio di circuito elettrico semplice potrebbe essere una batteria collegata a una lampadina attraverso dei fili conduttori.

Resistenza Equivalente e Leggi di Kirchhoff

La resistenza equivalente è quella di un singolo resistore che, sottoposto alla stessa differenza di potenziale di una rete di resistori, assorbe dal generatore la stessa corrente elettrica.

Per i resistori in serie, la resistenza equivalente è data dalla somma delle singole resistenze:

Req = R₁ + R₂ + ... + Rn

Per i resistori in parallelo, l'inverso della resistenza equivalente è dato dalla somma degli inversi delle singole resistenze:

1/Req = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/Rn

Highlight: Le Leggi di Kirchhoff sono fondamentali per la risoluzione dei circuiti elettrici.

La Prima legge di Kirchhoff, o legge dei nodi, stabilisce che la somma delle intensità delle correnti entranti in un nodo è uguale alla somma delle intensità delle correnti uscenti.

Quote: "La somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano percorrendo una maglia è uguale a 0" - Seconda legge di Kirchhoff o legge delle maglie.

Example: Un esempio di applicazione delle Leggi di Kirchhoff potrebbe essere l'analisi di un circuito con più resistori e generatori di tensione.

Effetto Joule e Potenza Elettrica

L'effetto Joule descrive la trasformazione di energia elettrica in energia interna di un conduttore, che si manifesta come aumento di temperatura.

La potenza dissipata in un resistore è espressa dalla formula:

P = R · i²

Questa formula mostra che la potenza dissipata è direttamente proporzionale alla resistenza e al quadrato della corrente.

Highlight: La Formula corrente elettrica con potenza può essere derivata come P = i · ΔV.

Per i conduttori ohmici, possiamo sostituire ΔV = R · i, ottenendo P = R · i².

La potenza di un generatore ideale è data da:

Pg = i · ΔV

Vocabulary: La forza elettromotrice $fem$ è il rapporto tra il lavoro compiuto per spostare una carica positiva dal polo negativo al positivo all'interno di un generatore e la carica stessa.

Definition: La resistenza interna di un generatore misura l'impedimento al moto delle cariche all'interno del generatore stesso.

Spiegazione Microscopica e Seconda Legge di Ohm

A livello microscopico, l'effetto Joule si spiega con l'assorbimento di energia cinetica degli elettroni da parte degli ioni del reticolo cristallino di un conduttore metallico.

La velocità di deriva rappresenta il modulo della velocità media degli elettroni di conduzione in un metallo.

Highlight: La Seconda legge di Ohm afferma che la resistenza R di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza l e inversamente proporzionale alla sua area trasversale A.

La formula della Seconda legge di Ohm è:

R = ρ · l / A

Dove ρ $rho$ è la resistività, che dipende dal materiale del filo e dalla sua temperatura.

Vocabulary: Il coefficiente di temperatura descrive come varia la resistività di un materiale al variare della temperatura.

La formula per la resistività in funzione della temperatura è:

ρt = ρ20 $1 + α · Δt$

Dove ρt è la resistività alla temperatura t, ρ20 è la resistività a 20°C, α è il coefficiente di temperatura e Δt è la variazione di temperatura rispetto a 20°C.

Example: Un esempio di applicazione della Seconda legge di Ohm potrebbe essere il calcolo della resistenza di un filo di rame di lunghezza e sezione note.

Corrente Elettrica e Intensità

La corrente elettrica è definita come un movimento ordinato di cariche elettriche. L'intensità di corrente è un concetto fondamentale, espresso dalla formula:

i = ΔQ / Δt

Dove i è l'intensità di corrente, ΔQ è la quantità di carica e Δt è l'intervallo di tempo.

Definizione: L'intensità di corrente istantanea è la derivata rispetto al tempo della carica Q$t$ che passa attraverso una sezione trasversale di un conduttore.

Il verso convenzionale della corrente elettrica va dai punti a potenziale più alto verso quelli a potenziale più basso.

Highlight: La corrente continua mantiene la sua intensità costante nel tempo, espressa dalla formula ΔQ = i · Δt.

I generatori di tensione sono dispositivi capaci di mantenere una differenza di potenziale costante tra i loro capi, indipendentemente dalla corrente che li attraversa.

Vocabulary: Intensità di corrente unità di misura: L'unità di misura dell'intensità di corrente nel Sistema Internazionale è l'Ampere $A$.