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8/2/2019 fisica presentazione

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CARICA E SCARICA DI UNCONDENSATORE

Il lavoro di carica permette diimmagazzinare energia elettrica all'internodel condensatore. Questa energia rimane a

disposizione fino a quando non decidiamodi utilizzarla inserendo il condensatoreall'interno di un circuito elettrico.

Per osservare meglio questo fenomenoprendiamo un circuito.


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Una volta chiuso il circuitopossiamo notare che

l'amperometro segnala ilpassaggio di correnteelettrica.

Dopo pochi istanti notiamo chel'amperometro segna un livello di intensit

di corrente pari a zero. Perch accadequesto?


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Il fenomeno appena osservato dato dalla presenza delcondensatore. Appena il circuito viene aperto ilcondensatore scarico e quindi riesce facilmente a a

portare cariche su se stesso. Successivamente le caricheche si trovano gi sulle armature respingono le carichedello stesso segno che provengono dalla batteria.Questo procedimento continua finch il flusso di cariche

non viene del tutto bloccato diventando uguale a zero.L'espressione matematica checi fornisce l'intensit di corrente() al variare degli istanti di

tempo t :


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Se inseriamo il condensatore carico all'interno di uncircuito, senza batteria, il condensatore stesso pu fare le

veci del generatore. Infatti appena chiudiamo il circuito ladifferenza di potenziale ai capi del condensatore, che uguale alla fem del generatore che l'aveva caricato, fa si

che all'interno del circuito passi corrente.

Generatore con il circuito aperto.

Generatore con il circuitochiuso. V(condensatore) =fem (generatore ideale).

Man mano che il condensatore si scarica la differenza di potenziale ai sui capidiminuisce e con essa l'intensit di corrente all'interno del circuito.L'intervallo di tempo che il condensatore impiega a scaricarsi uguale all'intervallo ditempo che ha impiegato a caricarsi.


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Riepilogando: la curva che descrive l'andamento nel tempo della corrente una funzioneesponenziale decrescente.

Nell'espressione questo prodotto uguale al tempo con il quale la

corrente si annulla.

Siccome la corrente di scarica delcondensatore ha un'intensit che varianel tempo in modo identica a quelladella fase di carica anche la sua

formula matematica identica tranneche per un segno meno che ci indicache la corrente ha verso opposto.


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Lavoro di estrazioneo

funzione lavoro.All'interno di un metallo, in condizioni normali glielettroni non escono dai conduttori metallici.Essi sono mantenuti da una forza simile a

quella conosciuta col nome dei liquidi. All'interno di un metallo,le forze attrattive tra ioni del reticolo cristallino eelettroni di conduzione si equilibrano. Ma vicino

alla superficie questa forza non equilibrata edavendo una risultante non nulla diretta versol'interno del metallo impedisce agli elettroni discappare.


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In fisica il lavoro di estrazione l'energia minima cheoccorre fornire per estrarre un elettrone da un metallo.Questa energia dipende dal tipo di metallo.

L'energia pu essere fornita in modi diversi. Quando

l'energia viene fornita riscaldando il metallo si parla dieffetto termoionico. Quando l'energia viene trasmessada un fotone si parla di effetto fotoelettrico.

Infatti come scopr Einstein, quando un fotone colpisce

un elettrone all'interno di un metallo gli trasferisce tuttala sua energia, se essa sufficiente, l'elettrone pusfuggire al metallo


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L'elettronvolt

Il lavoro di estrazione si misura in elettronvolt(eV). Questa unit di misura si usa perdescrivere energie a livelli atomici subatomici.

Essa definita come la quantit di energia cheacquisisce una carica uguale a quella di unelettrone, quando viene accelerata da unadifferenza di potenziale di 1V

W = q(Va-Vb) quindi:W= ( -1,6 x 10^-19 C) (-1V) = 1,6 x 10^-19 JQuindi per definizione: 1eV = 1.6 x 10^-19 J


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L'effetto volta.

All'inizio del 1800 Alessandro Volta un importantefenomeno. Tra due metalli diversi posti a contattosi stabilisce una differenza di potenziale. Questa

prende il nome differenza potenziale dicontatto. E' diversa per coppie diverse dimetalli, ma sempre dell'ordine di 1-2 V.

Essa dipende soltanto dalle loro condizioni fisiche

( temperatura, stato di ossidazione ecc.) e nondalle dimensioni dei due pezzi, ne dell'area dellesuperfici di contatto.


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Poich il lavoro di estrazione dello zinco minore rispetto aquello del rame, quando questi due metalli sono messi acontato c' pi probabilit che gli elettroni passino dallo zincoal rame piuttosto che dal rame allo zinco.

Di conseguenza il Cu si carica negativamente e il Znpositivamente.

Questo fenomeno detto effetto Volta dovuto alla differenzadei lavori di estrazione degli elettroni quindi:

... la differenza di potenziale, espressa in volt, che si

stabilisce tra due metalli per contatto, numericamenteuguale alla differenza dei lavori di estrazione dei duemetalli considerati, espressa in elettronvolt

Dimostrazione: lavoro di estrazione dello zinco = 3,4 eVLavoro di estrazione de rame = 4,4 eV

V zn-cu = -(3,4 -4,4) = 1,0 V


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A

B

Per non si pu realizzare un circuito chiuso tra due metalli sfruttandol'effetto Volta perch come nel circuito in figura (sopra) vale la stessacondizione di equilibrio al contatto A al contatto B, quindi il sistema inequilibrio. Nel senso che le forze esercitate sull'elettrone che faccia il

giro completo del circuito sempre uguale a zero.

Non tutti i conduttori sono sottoposti a questa legge. Voltachiamo i conduttori di prima specie i conduttori ( metalli ) peri quali essa valida e i conduttori di seconda specie gli altri( soluzioni diluite di sali e acidi in acqua)


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La pilaCome abbiamo detto non possibile costruire un generatore di correnteelettrica basato sull'applicazione dell'effetto Volta. Infatti Volta attuando dellepiccole modifiche al sistema riusc a creare un generatore di tensione, la pila.

Come?

1. un elemento della pila2. strato di rame3. contatto negativo4. contatto positivo5. feltro o cartone imbevuto in

soluzione acquosa6. strato di zinco

Struttura:

La pila di Volta costituita fondamentalmente da una colonna dipi elementi simili sovrapposti, cosiddetti elementi voltaici,ciascuno dei quali consiste in un disco di zinco sovrapposto ad unodi rame, uniti attraverso uno strato intermedio di feltro o cartone

imbevuto in acqua salata o acidulata. Al posto del rame possibileimpiegare anche l'argento; al posto dello zinco si pu usare anchelo stagno.

Collegando gli estremi superiore ed inferiore della pila per mezzo diun conduttore elettrico si produce un circuito nel quale passacorrente continua.

Per avere un flusso di cariche elettriche occorre mantenere unadifferenza di potenziale tra i due poli: a questo scopo si usano igeneratori di corrente elettrica. Il primo generatore di elettricitdella storia appunto la pila.


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L'effetto termoelettrico

Il fisico tedesco Johann Thomas Seebeck scopr nel1826 che in un circuito formato due metalli diversi sipu avere passaggio di corrente, che corrisponde aduna piccola forza elettromotrice ( di qualche

millesimo di volt), se le saldature tra i metalli sonomantenute a temperature diverse. Il fenomeno detto Effetto termoelettrico o Effetto Seedbeck.


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Per capire questo effetto effetto bisogna ricordare che l'energiacinetica degli elettroni in un metallo dipende dalla temperatura.

La temperatura diversa tra le giunzioni dei due metalli fa si chenella giunzione il flusso di elettroni sia diverso da quello che siha nell'altra saldatura. Cos la densit degli elettroni aumentain certe parti del circuito e diminuisce in altre. Se la differenzadi temperatura viene mantenuta si hai l passaggio costante dicorrente stazionaria.

T2

T1

Un circuito chiuso formatode due fili, uno di rame euno di ferro saldati ai dueestremi. Una delle duegiunzioni mantenuta allatemperatura T1 e l'altra a

temperatura T2. Si osservasperimentalmente che nelcircuito fluisce correnteelettrica.


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Sapete come funziona un termometro elettrico?

Questi termometri sfruttano l'effetto termoelettrico in modo vantaggioso cos dapoter misurare temperature pi elevate rispetto ai classici termometri a liquido.Due fili metallici di caratteristiche note sfruttano la termocoppia ( coppia

termoelettrica). La giunzione del metallo che deve essere messa a contatto con ilcorpo da misurare si trova ad una temperatura T2, mentre l'altra mantenuta aduna temperatura di riferimento T1. La temperatura che fluir nel circuito quindidipende dalla temperatura T2. Questa corrente misurata da un amperometroinserito, in serie, nel circuito. Se quest'ultimo tarato correttamente taleamperometro A fornisce direttamente il valore di T2.

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