Elettromagnetismo e Leggi della Fisica: da Coulomb a Faraday
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La Prima Legge di Coulomb
L'unità di misura della carica elettrica è il coulomb (C).
La carica dell'elettrone è pari a 1,6021 × 10-19 C.
Formula: F = k0 · (q1 · q2) / r2
Il valore della forza elettrica che si esercita tra due oggetti carichi è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche e inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza.
- Se una carica raddoppia, raddoppia anche la forza elettrica.
- Se la distanza raddoppia, la forza diventa 4 volte più piccola.
- Se la distanza si riduce di 4 volte, la forza diventa 16 volte più grande.
L'Elettrizzazione per Induzione
L'elettrizzazione per induzione è la redistribuzione di carica in un conduttore neutro, causata dalla vicinanza di un corpo carico.
La Polarizzazione
La polarizzazione è la redistribuzione di cariche nelle molecole di un isolante neutro, causata dalla vicinanza di un corpo carico.
L'Intensità della Corrente Elettrica
La corrente elettrica è un moto ordinato di cariche elettriche.
L'intensità di corrente elettrica (i) è il rapporto tra la quantità di carica (Δq) che attraversa una sezione del conduttore e l'intervallo di tempo (Δt) impiegato ad attraversarlo.
Formula: i = Δq / Δt
I Circuiti Elettrici
Un circuito elettrico è un insieme di conduttori collegati in modo continuo e connessi a un generatore.
La Prima Legge di Ohm
Nei conduttori metallici, l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi.
Formula: i = ΔV / R
Unità di misura: 1 Ohm (Ω) = 1 Volt (V) / 1 Ampere (A)
La Seconda Legge di Ohm
La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area trasversale.
Formula della resistenza elettrica: R = ρ · l / A (dove ρ è la resistività del materiale, l è la lunghezza e A è l'area della sezione trasversale).
La Forza Elettromotrice (f.e.m.)
La forza elettromotrice (fem) di un generatore è il rapporto tra il lavoro W che esso compie per spostare una carica q al suo interno e la carica q stessa.
Formula: fem = W / q
Si misura in Joule fratto Coulomb (J/C), cioè in Volt (V).
Il Kilowattora (kWh)
Il kilowattora è l'energia assorbita in un'ora da un dispositivo che sviluppa una potenza di 1000 W (1 kW).
Confronto tra Campo Magnetico e Campo Elettrico
Analogie
- Sono entrambi campi di forza.
- Sono descritti da linee di campo.
- Esistono due tipi di poli magnetici (nord e sud), così come esistono due tipi di cariche elettriche (positive e negative).
- Poli dello stesso tipo si respingono e di tipo diverso si attraggono.
Differenze
- Mentre la carica elettrica può passare da un primo corpo a un secondo, in un magnete non c'è alcun passaggio di poli magnetici.
- Esistono oggetti carichi singolarmente (positivamente o negativamente), mentre una calamita presenta sempre contemporaneamente entrambi i poli, nord e sud (non è possibile isolare un singolo polo magnetico).
L'Esperimento di Oersted
Esempio pratico: Un filo elettrico collegato a una batteria, posizionato in direzione nord-sud al di sopra di un ago magnetico. Facendo passare la corrente, l'ago ruota fino a disporsi perpendicolarmente al filo.
Conclusione: Un filo percorso da corrente elettrica genera un campo magnetico.
L'Esperimento di Faraday
Un filo percorso da corrente, immerso in un campo magnetico, subisce una forza.
Se posizioniamo un filo metallico all'interno di un campo magnetico, in direzione perpendicolare alle linee di campo, e facciamo scorrere della corrente, su di esso agirà una forza perpendicolare sia al filo sia alle linee del campo magnetico.
Il verso della forza magnetica che si esercita su un filo rettilineo percorso da corrente è determinato dalla regola della mano destra:
- Il pollice della mano destra è orientato nel verso della corrente.
- Le altre dita sono orientate nel senso delle linee del campo magnetico.
- Il verso della forza è quello uscente dal palmo della mano.
L'Intensità del Campo Magnetico
In ogni punto, il filo di prova deve essere disposto perpendicolarmente alle linee del campo magnetico. Un dinamometro ci permette di misurare la forza magnetica che agisce sul filo stesso.
La forza magnetica su un tratto di filo lungo l è direttamente proporzionale sia alla sua lunghezza, sia all'intensità di corrente che vi circola.
Formula: F = B · i · l (dove B rappresenta l'intensità del campo magnetico).