L'elettroscopio

Per riconoscere se un corpo è elettrizzato, si utilizza uno strumento chiamato elettroscopio;questo strumento consente di distinguere il segno dell'elettrizzazione; inoltre, permette di eseguire una serie di controlli sulle proprietà conduttrici e isolanti delle diverse sostanze.. È costituito da due sottili foglioline d'oro o d'alluminio fissate all'estremità inferiore di una sbarretta metallica la cui estremità superiore termina con un pomo metallico. Le foglie sono situate entro un recipiente di vetro trasparente o metallico con una finestra di spia. L'involucro esterno dell'elettroscopio serve solo per evitare che i movimenti dell'aria circostante possano disturbare il comportamento delle leggerissime foglioline.

Quando l'elettroscopio è scarico, le foglioline si dispongono verticalmente sotto l'azione del loro peso e restano in contatto tra loro. Quando lo strumento è caricato elettricamente, ossia quando si avvicina un corpo elettrizzato all'elettroscopio tipo una bacchetta di plastica, le foglioline divergono per repulsione, perché si caricano entrambe dello stesso segno di quella del corpo.

Nel caso in cui si mettano in contatto il corpo in questione con l'ellettroscopio si noterà che le due foglioline d'oro rimangono allargate per più tempo.Per riportare le bacchette abbassate basta toccarle con la mano.

Generatore di corrente statica:

Detto anche macchina elettrostatica, produce una differenza di potenziale tra due sue estremità, dette poli, sfruttando fenomeni elettrostatici. I g. elettrostatici forniscono differenze di potenziale molto elevate, ma correnti estremamente deboli, dell'ordine del milliampere.

Struttura di un generatore:

Se si fanno girare con le manovelle i due dischi di plexiglas, la strofinio che questi ultimi provocano a contatto con le pagliette di metallo conduttore genera elettricità statica che in seguito verrà convogliata nei due condensatori da 2000 V dove verranno separata le cariche positive da quelle negative. Quindi, nel momento in cui l'aria cessa di svolgere l'azione di isolante termico, si potrà notare una piccolissima scarica elettrica.

Corrente elettrica

Se si immagina di collegare con un filo conduttore due corpi che abbiano un diverso stato elettrico, ossia uno con più elettricità positiva e l'altra con più elettricità negativa. Questa differenza di livello dello stato elettrico di due corpi si chiama differenza di potenziale o tensione. La sua unità di misura è il Volt(V) così chiamato dal nome del fisico Alessandro Volta.La differenza di potenziale provoca un passaggio di elettricità tra i due corpi attraverso il filo;tale flusso lo chiameremo corrente elettrica.Il corpo che ha più elettricità negativa, cioè ha più elettroni, ha un potenziale più basso di quello che possiede una maggiore elettricità positiva. Gli elettroni passano, attraverso il filo conduttore, dal corpo con potenziale più basso a quello con potenziale più alto. Questo flusso continua fino a che si ristabilisce tra i due corpi un equilibrio elettrico.Poiché la corrente elettrica è un flusso di elettroni, puoi dire che la sua intensità è data dal numero di elettroni che attraversano il filo conduttore nell'unità di tempo.Tale grandezza ha come unità di misura l'Ampere(A), in ricordo di Andrè Ampere.Perché la corrente possa scorrere con continuità, è necessario disporre di un circuito elettrico, costituito da una sequenza di conduttori, in cui siano presento un generatore di tensione (  ) e degli utilizzatori di elettricità ( ). In generale un circuito elettrico si presenta così:

Alla corrente si assegna per convenzione un senso coincidente con il verso del moto delle cariche positive; cioè quello che va dai punti a potenziale maggiore a quelli a potenziale minore.Questa convenzione assume che la carica sia composta da cariche positive; in realtà, come si è già visto, nei conduttori fluiscono solo gli elettroni che procedono nel senso contrario, cioè dal polo negativo a quello positivo.

1°Legge di Ohm

Il passaggio di corrente in un circuito è legato alla presenza di un campo elettrico: ciò significa che, affinché una carica si muova lungo un conduttore da un punto A ad un punto B, è necessario che esista tra A e B una differenza di potenziale V. È ragionevole allora supporre che l'intensità della corrente elettrica che percorre il circuito dipenda dalla tensione applicata al circuito dal generatore. Per verificare l'esistenza di questa relazione, si deve disporre di strumenti di misura che forniscano i valori delle due grandezze elettriche:DV e I.

La tensione elettrica viene misurata da una strumento detto volmetro. Poiché tale strumento misura la ddp tra due punti del circuito; deve essere collegato tramite cavi elettrici a questi punti. Quindi si determina un circuito parallelo a quello principale.

L'intensità di corrente elettrica viene invece misurata con un altro strumento chiamato amperometro. Quest'ultimo basta disporlo in sequenza con gli altri strumenti, in tal modo viene attraversato da corrente di cui misura l'intensità .L'amperometro deve essere collegato in serie.(A).

In seguito ad accurati calcoli si arrivò all'enunciazione della prima legge di Ohm:

Il rapporto tra fra tensione V applicata ai capi di un circuito e intensità della corrente continua I che lo percorre è, a parità di condizioni di temperatura e pressione, costante, purchè la tensione non assuma valori troppo elevati; in simboli:                    

R prende il nome di resistenza elettrica.

Dimostrazione di tale legge:

Per tale dimostrazione è necessario l'ausilio di un alimentatore; strumento che al suo interno contiene sia un amperometro che un volmetro.Quindi si prosegue come indicato nella figura sottostante:

Tale operazione la ripetiamo più volte ma con la variante di aumentare l'intensità di corrente fornita al circuito e quindi riportiamo su di una tabella i diversi valori di ddp che si ottengono man mano.Alla fine costruiamo un grafico che ci darà la dimostrazione della 1° legge di Ohm.

Nella precedente dimostrazione abbiamo inoltre notato che la resistenza si è riscaldata in seguito al passaggio di corrente; ciò è dovuto agli urti degli elettroni di conduzione contro gli atomi del conduttore in cui fluiscono. A causa di questi urti, gli elettroni cedono agli atomi una parte della loro energia cinetica , che fa aumentare il moto di agitazione termica degli atomi; di conseguenza la temperatura del materiale aumenta.Tale fenomeno di riscaldamento della materia il nome di effetto Joule.

2° legge di Ohm

La seconda legge di Ohm afferma che la resistenza elettrica di un conduttore, a temperatura costante, è direttamente proporzionale alla sua lunghezza l ed inversamente proporzionale all'area S della sua sezione.

Dimostrazione di tale legge:

1° parte:vogliamo dimostrare che aumentando la lunghezza di un conduttore aumenta anche la resistenza.Collegando ad un alimentatore un filo di nichel cromo della lunghezza di 1 m e di sezione di 1 mm si produrrà Intensità pari a 0.8 A a DV di 10V, quindi la resistenza R è di 12.5 W. Ripetendo la stessa operazione ma utilizzano un filo identico a quello precedente ma di lunghezza doppia si avrà un 'intensità di 0.4 A e quindi una R di 25 W

2° parte:vogliamo dimostrare anche che la sezione è inversamente proporzionale all'intensità della corrente.

Circuiti in serie e in parallelo:

Collegamenti in serie:

Il collegamento rappresenta senza ombra di dubbio il modo più semplice di inserire più utilizzatori in un medesimo circuito; tuttavia esso presenta un inconveniente: le resistenze devono essere tenute tutte in funzione contemporaneamente. Inoltre, in questa disposizione ogni resistenza è sottoposta a una differenza di potenziale minore di quella fornita dal generatore.

Collegamenti in parallelo:

Un vantaggio di tale disposizione è dato dal fatto che, nel caso di tre utilizzatori , se ne può tenere acceso uno solo mentre gli altri sono spenti; inoltre, la differenza di potenziale applicata ai capi di ciascun utilizzatore è uguale a quella fornita dal generatore.