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Prima legge di Ohm, spiegazione accurata anche attraverso l'esempio di un esperimento.
Tipologia: Appunti
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Se si avvicinano due conduttori carichi, trai quali ci sia una differenza di potenziale, si produce un flusso di cariche elettriche negative dal conduttore con minore differenza di potenziale verso il conduttore a potenziale maggiore. Questo flusso di cariche elettriche, che costituisce la corrente, ha il compito di ristabilire l’equilibrio elettrico tra i due conduttori;tale flusso si arresta quando entrambi i conduttori avranno raggiunto un equilibrio dal punto di vista del potenziale elettrico. L’intensità della corrente elettrica I è il rapporto tra la quantità di carica Q che passa attraverso una sezione del conduttore e l’intervallo di tempo t in cui avviene il passaggio: L’intensità di corrente è una grandezza scalare e la sua unità di misura è l’ampere: Per convenzione il verso positivo della corrente è quello in cui si muovono le cariche positive, perciò la corrente procede dai punti a potenziale maggiore ai punti a potenziale minore. Nei conduttori metallici, in cui si muovono solo gli elettroni, il loro verso è quindi contrario al verso convenzionale della corrente. La corrente elettrica inoltre, può cambiare in qualunque momento; quando è unidirezionale e la sua intensità rimane costante nel tempo, si dice che la corrente è continua; se l’intensità e il verso variano periodicamente nel tempo la corrente si dice alternata. Un circuito elettrico è costituito in generale da un insieme di conduttori, collegati tra loro e ai poli di un generatore di tensione o batteria, che tramite reazioni chimiche produce una differenza di potenziale tra i suoi terminali che causa un campo elettrico, gli elettroni cosi perdono la loro casualità e si dirigono verso il polo positivo. Quando i conduttori di un circuito sono collegati tra loro in modo continuo, il circuito è chiuso. Se invece la corrente si interrompe in un solo punto,il circuito è aperto e la corrente non circola. I vari elementi di un circuito possono essere collegati in due modi diversi:tramite il collegamento in serie oppure tramite quello in parallelo.. Due conduttori collegati in serie sono attraversati dalla stessa corrente, in successione, mentre in due conduttori collegati in parallelo la corrente si divide in due rami, per poi riunirsi dopo aver percorso i due tragitti. In un circuito i cui elementi sono collegati in serie tutti gli elementi devono funzionare contemporaneamente, mentre in un circuito in parallelo è possibile aprire una parte di circuito, mentre la restante parte continua a funzionare. In un circuito i cui elementi sono collegati in serie, come per esempio per le luci dell’albero di Natale, se una luce si rompe automaticamente smetteranno di funzionare anche tutte le altre, questo perche se brucia un elemento il circuito si apre e la corrente non fluisce più. E’ per questo motivo che i circuiti domestici sono in parallelo. Inoltre negli apparecchi elettrici di uso comune vengono in genere inseriti dei dispositivi di sicurezza che impediscono che nel circuito si formino sovraccarichi di corrente. Il valore dell'intensità della corrente in presenza di una certa differenza di potenziale dipende dal mezzo entro cui la corrente scorre. Questo significa che la relazione tra differenza di potenziale e corrente circolante non è uguale per tutti i conduttori, ma varia da conduttore a conduttore. Per i conduttori metallici e per le soluzioni acquose di elettroliti, il fisico tedesco Georg Simon Ohm ricavò sperimentalmente una legge detta “legge di Ohm”. La prima legge di Ohm, che vale solo ed esclusivamente per i conduttori ohmici, stabilisce che, a temperatura costante, la differenza di potenziale applicata agli estremi di un conduttore è direttamente proporzionale all'intensità della corrente che lo attraversa:
dove la costante di proporzionalità R è detta resistenza elettrica e varia da conduttore a conduttore. La resistenza elettrica è connessa alla difficoltà che la corrente incontra quando circola all'interno di un conduttore ,tale difficoltà dipende dalla natura del conduttore e si manifesta attraverso la parziale dissipazione della corrente elettrica come calore, per effetto Joule. Quanto più R è grande, tanto minore è quindi la corrente che attraversa il conduttore per una data differenza di potenziale: ciò significa che, per ottenere una data corrente, in conduttori con resistenze maggiori dovremo applicare differenze di potenziale maggiori. L'unità di misura della resistenza elettrica nel Sistema Internazionale è l'ohm: Le resistenze collegate una di seguito all’altra, in modo che in ognuna circoli la stessa corrente sono detti, in serie. Le resistenze collegate alla stessa differenza di potenziale, in modo tale da offrire alla corrente più percorsi possibili sono dette in parallelo. La resistività di molti metalli aumenta in modo approssimativamente lineare con la temperatura. Esistono particolari metalli detti superconduttori,nei quali al di sotto di una certa temperatura critica Tc la resistenza elettrica crolla a zero. In un superconduttore la corrente puo continuare a scorrere invariata finchè la temperatura è mantenuta al di sotto di Tc. Alcuni materiali come i semiconduttori, mostrano invece una caduta della resistività all’aumentare della temperatura. Scopo: verificare la prima legge di Ohm: l’intensità di corrente elettrica direttamente proporzionale alla differenza di potenziale. Strumenti utilizzati:Voltmetro (V) con sensibilità e portata regolabile,Amperometro (A) con sensibilità e portata regolabile. Materiali utilizzati:conduttori,2 tipi di resistenze di ceramiche di diverso valore,un generatore con voltaggio regolabile, un interruttore,sei cavetti di collegamento. Procedimento: Per verificare la legge di Ohm si costruisce un circuito formato da un generatore su cui eè possibile regolare il voltaggio e da una resistenza. In questo circuito si inserisce un amperometro in serie,strumento che serve per calcolare ‘intensità di corrente, e un voltmetro, strumento che misura la differenza di potenziale, in parallelo con le due resistenze.
Come ho già accennato all’interno del circuito sono state inserite due resistenze ,fornite di un codice a colori che hanno sicuramente influenzato l’intensità con la qualeil flusso di cariche elettriche circolava per il circuito. I colori sulle resistenze corrispondevano ad un numero: il primo colore indica la prima cifra, il secondo la seconda cifra, il terzo colore indica il numero di zeri che occorre aggiungere per ottenere il valore, e l’ultima striscia l’errore percentuale. Sulle nostre resistenze i colori si susseguivano n questo modo:
Abbiamo poi creato una tabella dove abbiamo inserito i dati raccolti e trascritti in un grafico che metteva in relazione la differenza di potenziale (x) e la differenza di corrente (y).