FENOMENI ELETTROMAGNETICI

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FENOMENI ELETTROMAGNETICI
Richiami Coulomb e Ohm Capacità
elettrica Condensatore Corrente continua Campo
magnetico Induzione elettromagnetica Induttanza Co
rrente alternata Trasformatore
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Richiami sullelettrostatica
Carica elettrica q ? coulomb C ? positiva o
negativa ? multipla di e1.610-19 C ? si
conserva Forza di Coulomb F k q1q2/r2 ?
attrattiva o repulsiva ? k 1/4pe0er, er1 nel
vuoto, gt1 nella materia Campo elettrico E F/q
? N/C ? in generale FqE, conservativa Potenzial
e elettrico V L/q ? volt VJ/C
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Richiami sulla corrente elettrica
Intensità di corrente i ?q/?t ? ampere
AC/s ? se cè campo elettrico /
diff.potenziale ? moto elettroni in senso
contrario 1a legge di Ohm ?V Ri 2a legge di
Ohm R rl/S ? resistenza R ? ohm ? ?
resistività ? ? ?m, conducibilità s 1/? ?
dipende da temperatura ? conduttori,
semiconduttori, isolanti Potenza elettrica W
L/t qV/t Vi V2/R i2R
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Capacità elettrica
Una carica Q fornita a un conduttore si
distribuisce su tutta la superficie (massima
distanza tra cariche uguali) che assume tutta lo
stesso potenziale V (altrimenti le cariche si
muoverebbero)
Il rapporto tra la carica fornita a un conduttore
e il potenziale che esso assume è costante.
Capacità elettrica di un conduttore C Q/V
Unità di misura Farad 1 F 1 Coulomb/Volt
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Condensatore

• ? Due conduttori (armature)
• ? con carica Q e Q uguale ed opposta
• ? molto vicini tra loro a distanza d
• ? separati da un isolante (dielettrico).

Capacità del condensatore C Q/DV
Tra le armature si crea una differenza di
potenziale DV un campo elettrico uniforme E
DV/d
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Condensatore piano e cilindrico
Capacità del condensatore C Q/DV
Condensatore piano C e0er S/d Condensatore
cilindrico C 2pe0er l r2/d
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Circuiti elettrici
Circuito minimo generatore di tensione ?
el.attivo G conduttore metallico ? el.passivi
R,C
Generatore di tensione qualunque (pila,
dinamo, accumulatore,...) erogatore di forza
elettromotrice

• Il generatore cede energia (chimica, meccanica,
• termica,...) LqV agli elettroni del conduttore.
• Questa energia viene poi rilasciata in forme
  diverse
• - energia termica (effetto Joule) nelle
  resistenze
• energia diversa nei condensatori
• energia luminosa, lavoro meccanico...

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I condensatori nei circuiti elettrici
Collegando le due armature di un condensatore a
un generatore di tensione, si prelevano
elettroni dallarmatura a Vgt e li si spinge
verso larmatura a Vlt.
Risultato accumulo di carica Q C DV uguale e
opposta sulle due armature, tanto maggiore
quanto maggiore è la capacità C ? erS/d.
Variando opportunamente queste grandezze si può
immagazzinare sul condensatore una quantità di
elettricità arbitrariamente grande.
Per aggiungere carica alle armature bisogna
compiere lavoro contro la repulsione coulombiana
tra le cariche già presenti. Questo lavoro
durante la carica del condensatore è a spese
dellenergia chimica del generatore di tensione,
e durante la scarica viene restituito sotto forma
di energia diversa (es. avviamento auto, flash).
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Collegamenti di condensatori
IN PARALLELO
IN SERIE
stessa ddp diversa carica
stessa carica diversa ddp
... il contrario delle resistenze!...
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Magnetismo
Quando ci sono cariche elettriche in moto campi
elettrici variabili nel tempo si creano fenomeni
magnetici.
Due fili (circuiti) percorsi da corrente si
attraggono se le correnti sono dirette nello
stesso senso si respingono se le correnti sono
dirette in senso opposto.
... due correnti elettriche ... ... come due
masse ... ... come due cariche ...
Forza di Laplace
m m0mr permeabilità magnetica
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Campo magnetico
Tra due fili percorsi da corrente si creano
forze.
... come una massa ... come una carica ...
Un filo percorso da corrente crea nello
spazio circostante un campo di forze.
Forza di Laplace F i l ? B
prodotto vettoriale
B vettore campo magnetico o induzione
magnetica perpendicolare alla corrente diretto
lungo linee chiuse circolari attorno al filo
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Unità di misura del campo magnetico
B F / i l
Il tesla è ununità troppo grande. Normalmente
si usa il gauss 1 G 10-4 T. Es. campo
magnetico terrestre ? 0.5 G campi magnetici
generati dalle correnti dei segnali nervosi ?
0.001 G
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Magneti permanenti
Le linee di forza del campo magnetico sono
sempre chiuse su se stesse.
Una calamita ha sempre 2 poli. Se la si spezza, i
2 poli si rigenerano.
Non esiste (non si è mai trovato) il monopolo
magnetico!
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Il solenoide
Un circuito percorso da corrente equivale a una
calamita!
Solenoide avvolgimento di N spire circolari
molto vicine Al suo interno B è uniforme B m i
N / l
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Induzione elettromagnetica
Un circuito percorso da corrente genera un campo
magnetico E VICEVERSA Un campo magnetico genera
una corrente elettrica in un circuito

• Quando
• un circuito viene deformato
• un circuito viene messo in moto (es. fatto
  ruotare)
• il campo magnetico varia nel tempo
• nel circuito si crea una forza elettromotrice
  indotta
• che dà origine a una corrente elettrica
• per tutto il tempo in cui avvengono queste
  variazioni.

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Corrente alternata
Corrente elettrica alternata i(t) i0
sen(wt) periodica nel tempo
Perché? facile da produrre per induzione
e.m. facile da trasformare da bassa a alta ddp
o viceversa
Corrente di rete Europa ? 50 Hz USA ? 60 Hz
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Circuiti in corrente alternata
i(t) i0 sen(wt) V(t) V0 sen(wtf)
sfasamento tra tensione e corrente
Circuito RLC presenza contemporanea dei 3
elementi passivi resistenza, capacità, induttanza
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Trasformatore
Scopo trasformare V01 in V02
Induzione elettromagnetica al primario, i(t) ?
B(t) al secondario, B(t) ? fem indotta
Risultato V02/V01 N2/N1 ? V02 V01N2/N1
!
Nucleo di ferro con avvolti due
circuiti primario con N1 avvolgimenti,
secondario con N2 avvolgimenti
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Es. Defibrillatore cardiaco
Fibrillazione contrazioni scorrelate pericolo
mortale!
Reset contrazione contemporanea di tutte le
fibre muscolari
Metodo mandare al cuore unenorme corrente (20
A) per un tempo brevissimo (5 ms)
!
V02 V01N2/N1 ? 220 614/45 3000 V con R
50 W, C 100 mF ? t RC 5 ms