La corrente elettrica nei metalli
Appolloni, Campomizzi, Claudini, Gentili, Turrin
Indice
6. Il potenziometro
1. I conduttori metallici
2. La velocità di deriva
7. Il touch screen resistivo
8. La dipendenza della resistività dalla temperatura
3. La seconda legge di Ohm
4. La resistività
9. I superconduttori
5. Il resistore variabile
I conduttori metallici
I metalli sono buoni conduttori di elettricità poichè, grazie alla loro struttura, contengono concentrazioni elevate di elettroni liberi o mobili.Un solido metallico è infatti formato da un reticolo regolare costituito da ioni positivi; all'interno di questo reticolo, gli elettroni si muovono liberamente .
Quando un conduttore è neutro, gli elettroni si muovono disordinatamente compiendo uno spostamento che può essere considerato nullo
Quando però un conduttore è collegato ad un generatore di tensione, si crea una differenza di potenziale e il moto degli elettroni non è più completamente caotico
moto caotico + moto generato dal campo elettrico
La spiegazione microscopica dell'effetto Joule
Gli urti fra gli ioni positivi e gli elettroni fanno si che questi ultimi perdano parte delle loro energia cinetica, che viene imaganizzata sotto forma di energia termica, e quindi calore, dagli ioni positivi
fenomeno per cui il passaggio di corrente è accompagnato dallo sviluppo di calore
Questo ragionamento fornisce una spiegazione a livello microscopico dell' effetto Joule
La velocità di deriva degli elettroni
Modulo della velocità media degli elettroni che si muovono in un metallo in presenza di un campo elettrico
i= n A v(d) e
vd= i / enA
- e = carica di un elettrone
- n = numero di elettroni di conduzione per unità di volume
- A= area della zione trasversale del filo
- vd= velocità di deriva
Per avere un'idea del suo valore, consideriamo una corrente i= 1,0 A che scorre in un filo di rame con una sezione di 1,0^10-6m. vd= 1 / ( 1,6x 10 ^-19) ( 8.4x10^-28 m-3) ( 1.0x 10^-6) vd = 7.4x 10^-5 m/s
Gli elettroni si muovono parallelamente al filo con la stessa velocità vd, in verso contrario a quello della corrente
DIMOSTRAZIONE
dove N è il numero di elettroni contenuti nel cilindro
i= Q/ delta t
i= N e / delta t
si ricava lo spostamento dalla formula inversa della velocità
V = Ab h
V= A vd delta t
i= n a vd delta t e / delta t
N= n A vd delta t
semplifico delta t
inserisco nella formula di i
i= n A v(d) e
La seconda legge di ohm e la resistivita'
02
La seconda legge di Ohm
La resistività
La resistività è una grandezza tipica di ogni materiale che stabilisce le sue capacità elettriche
Mette in relazione la resistenza con le caratteristiche geometriche del filo
R = p l / A
- R = resistenza ( ohm)
- p= resistività (ohm m )
- l= lunghezza del filo conduttore (m)
- A= area trasversale del filo ( m^2)
più è basso il suo valore, migliore è la conduttività
ESEMPIO
Quando passa una corrente di 2,7 A nei suoi avvolgimenti,un phon dissipa per effetto Joule una potenza di 600 W. Gli avvolgimenti sono costituiti da un filo di ferro con una sezione di diametro 0.20mm
1- Sapendo che pf= 10x 10^-8 (ohm m). calcola quando dovrebbe essere lungo il filo del phon.
DATI
P= 600 W i=2,7 A d= 0.20 mm p f= 10 x 10^-8 ( ohm m) pr = 1.7 x 10^-8 ( ohm m)
2- Sapendo che pr = 1.7 x 10^-8 (ohm m), calcola quanto dovrebbe essere lungo un filo di rame per dissipare la stessa potenza a parità di sezione e intensità di corrente
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh.
Le applicazioni
APPLICAZIONI DELLA SECONDA LEGGE DI OHM
Nella seconda legge di Ohm possiamo vedere che tra due fili conduttori di uguale sezione, materiale e temperatura, il filo più lungo avrà una resistenza maggiore secondo la seguente relazione
Rx = (x / l) R
Il resistore variabile
E' una barra conduttrice di lunghezza l e resistenza R, collegata a un generatore fisso e ad uno variabile. Se la distanza x è minore di l, la barra è attraversata da corrente solo nel tratto x, per cui la resistenza Rx è minore di R.
VS
Il potenziometro
Il resistore variabile può essere usato come potenziometro ( per variare da zero fino a un valore massimo la differenza di potenziale tra i fili di un circuito)
E' un dispositivo elettronico equivalente a due resistori collegati in serie aventi la somma dei due valori di resistenza costanti ma di cui può variare il valore relativo
IL TOUCH SCREEN RESISTIVO
E' costituito da due pellicole trasparenti conduttive caratterizzate da una certa resistenza elettrica, sovrapposte ma separate tra loro. Quando viene toccato, le due pellicole vengono a contatto e si forma così un circuito elettrico
Resistività e temperatura
Resistività e resistenza
La resistività differisce dalla resistenza poichè la prima dipende dalla struttura microscopica del mezzo ,mentre la seconda dipende dalle sue proprietà macroscopiche
L'unità di misura della resistività
Nel S.I. la resistività si misura in ohm per metro, che risulta talvolta troppo grande, per questo si preferisce utilizzare l'ohm per centimetro
LA DIPENDENZA DELLA RESISTIVITA DALLA TEMPERATURA
In questo intervallo la resistività del metallo alla temperatura assoluta T, dipende dalla resistività p( 293) e dalla differenza di temperatura Delta T = T- 293K
p(T) = p ( 293) ( 1+ alfa x delta t )
la resistività dei metalli aumenta all'aumentare della temperatura
- p (t) = resistività del materiale alla temperatura T
- p8293) resistività a temperatura ambiente ( 20*)
- alfa = coefficiente di temperatura della resistività
- Delta T= variazione di temperatura
ESEMPIO
Un filo di rame è lungo 1 m con una sezione di 1 mm^2 alla temperatura di 293 K ha una resistenza di 1.0x10^-2. Il filo è riscaldato con un saldatore e la sua resistenza aumenta fino a 2 x10^-2. Il coefficiente di temperatura del rame è alfa= 4.3 x 10^-3 K^-1
DATI l= 1 m A= 1.0 mm^2= 1x10^-6 m Ti= 293K R1= 1,7 x 10^-2 ohm R2= 2.0 x 10^-3 ohm alfa = 4.3 x 10^-3 K^-1
Calcola la temperatura finale del filo di rame
I superconduttori
I SUPERCONDUTTORI
Due diversi andamenti della resistività nei metalli a basse temperature
Quando la temperatura scende ad un determinatovalore la resistività si annulla restando tale anche per valori inferiori di T
Al diminuire delle temperatura assoluta la resistività si stabilizza ad un valore limite (pt)
Procesos
La classificazione
Cosa sono
Le conseguenze
Due categorie: tipo I e tipo II.I materiali della prima categoria presentano proprietà superconduttrici solo in presenza di campi magnetici deboli, mentre quelli di secondo tipo sono in grado di sopportare elevatissimi campi magnetici.
Un superconduttore può trasportare enormi quantità di corrente elettrica senza dissipare energia sotto forma di calore, in modo tale che l'elettricità possa circolare per lunghissimi periodi senza dispersione
I superconduttori sono particolari materiali che, se raffreddati a temperature molto basse ( al di sotto della Temperatura critica) vedono bruscamente annullarsi la loro resistività elettrica.
GLI OSTACOLI
L'ampio costo dei dispositivi di raffreddamento non consente un utilizzo su ampia scala di tali dispositivi
L'ostacolo da superare è il raggiungimento della temperatura critica
L'obbiettivo è individuare materiali che lavorino a temperature più alte e che possano quindi raffreddarsi diversamente
Possibile fino agli anni '80 solo attraverso il contatto con l'elio liquido, quindi a temperature bassissime
LE APPLICAZIONI POSSIBILI
In Giappone e in CIna è già stata testata la levitazione magnetica per la rete ferroviaria
I superconduttori possono essere utilizzati nei sistemi di trasporto a levitazione magnetica, nella componentistica satellitare, nell'ingegneria automobilistica e in campo medico.
600 km/h
La corrente elettrica nei metalli
giul.rm03
Created on April 21, 2021
Start designing with a free template
Discover more than 1500 professional designs like these:
View
Modern Presentation
View
Terrazzo Presentation
View
Colorful Presentation
View
Modular Structure Presentation
View
Chromatic Presentation
View
City Presentation
View
News Presentation
Explore all templates
Transcript
La corrente elettrica nei metalli
Appolloni, Campomizzi, Claudini, Gentili, Turrin
Indice
6. Il potenziometro
1. I conduttori metallici
2. La velocità di deriva
7. Il touch screen resistivo
8. La dipendenza della resistività dalla temperatura
3. La seconda legge di Ohm
4. La resistività
9. I superconduttori
5. Il resistore variabile
I conduttori metallici
I metalli sono buoni conduttori di elettricità poichè, grazie alla loro struttura, contengono concentrazioni elevate di elettroni liberi o mobili.Un solido metallico è infatti formato da un reticolo regolare costituito da ioni positivi; all'interno di questo reticolo, gli elettroni si muovono liberamente .
Quando un conduttore è neutro, gli elettroni si muovono disordinatamente compiendo uno spostamento che può essere considerato nullo
Quando però un conduttore è collegato ad un generatore di tensione, si crea una differenza di potenziale e il moto degli elettroni non è più completamente caotico
moto caotico + moto generato dal campo elettrico
La spiegazione microscopica dell'effetto Joule
Gli urti fra gli ioni positivi e gli elettroni fanno si che questi ultimi perdano parte delle loro energia cinetica, che viene imaganizzata sotto forma di energia termica, e quindi calore, dagli ioni positivi
fenomeno per cui il passaggio di corrente è accompagnato dallo sviluppo di calore
Questo ragionamento fornisce una spiegazione a livello microscopico dell' effetto Joule
La velocità di deriva degli elettroni
Modulo della velocità media degli elettroni che si muovono in un metallo in presenza di un campo elettrico
i= n A v(d) e
vd= i / enA
Per avere un'idea del suo valore, consideriamo una corrente i= 1,0 A che scorre in un filo di rame con una sezione di 1,0^10-6m. vd= 1 / ( 1,6x 10 ^-19) ( 8.4x10^-28 m-3) ( 1.0x 10^-6) vd = 7.4x 10^-5 m/s
Gli elettroni si muovono parallelamente al filo con la stessa velocità vd, in verso contrario a quello della corrente
DIMOSTRAZIONE
dove N è il numero di elettroni contenuti nel cilindro
i= Q/ delta t
i= N e / delta t
si ricava lo spostamento dalla formula inversa della velocità
V = Ab h
V= A vd delta t
i= n a vd delta t e / delta t
N= n A vd delta t
semplifico delta t
inserisco nella formula di i
i= n A v(d) e
La seconda legge di ohm e la resistivita'
02
La seconda legge di Ohm
La resistività
La resistività è una grandezza tipica di ogni materiale che stabilisce le sue capacità elettriche
Mette in relazione la resistenza con le caratteristiche geometriche del filo
R = p l / A
più è basso il suo valore, migliore è la conduttività
ESEMPIO
Quando passa una corrente di 2,7 A nei suoi avvolgimenti,un phon dissipa per effetto Joule una potenza di 600 W. Gli avvolgimenti sono costituiti da un filo di ferro con una sezione di diametro 0.20mm
1- Sapendo che pf= 10x 10^-8 (ohm m). calcola quando dovrebbe essere lungo il filo del phon.
DATI
P= 600 W i=2,7 A d= 0.20 mm p f= 10 x 10^-8 ( ohm m) pr = 1.7 x 10^-8 ( ohm m)
2- Sapendo che pr = 1.7 x 10^-8 (ohm m), calcola quanto dovrebbe essere lungo un filo di rame per dissipare la stessa potenza a parità di sezione e intensità di corrente
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetuer adipiscing elit, sed diam nonummy nibh.
Le applicazioni
APPLICAZIONI DELLA SECONDA LEGGE DI OHM
Nella seconda legge di Ohm possiamo vedere che tra due fili conduttori di uguale sezione, materiale e temperatura, il filo più lungo avrà una resistenza maggiore secondo la seguente relazione
Rx = (x / l) R
Il resistore variabile
E' una barra conduttrice di lunghezza l e resistenza R, collegata a un generatore fisso e ad uno variabile. Se la distanza x è minore di l, la barra è attraversata da corrente solo nel tratto x, per cui la resistenza Rx è minore di R.
VS
Il potenziometro
Il resistore variabile può essere usato come potenziometro ( per variare da zero fino a un valore massimo la differenza di potenziale tra i fili di un circuito)
E' un dispositivo elettronico equivalente a due resistori collegati in serie aventi la somma dei due valori di resistenza costanti ma di cui può variare il valore relativo
IL TOUCH SCREEN RESISTIVO
E' costituito da due pellicole trasparenti conduttive caratterizzate da una certa resistenza elettrica, sovrapposte ma separate tra loro. Quando viene toccato, le due pellicole vengono a contatto e si forma così un circuito elettrico
Resistività e temperatura
Resistività e resistenza
La resistività differisce dalla resistenza poichè la prima dipende dalla struttura microscopica del mezzo ,mentre la seconda dipende dalle sue proprietà macroscopiche
L'unità di misura della resistività
Nel S.I. la resistività si misura in ohm per metro, che risulta talvolta troppo grande, per questo si preferisce utilizzare l'ohm per centimetro
LA DIPENDENZA DELLA RESISTIVITA DALLA TEMPERATURA
In questo intervallo la resistività del metallo alla temperatura assoluta T, dipende dalla resistività p( 293) e dalla differenza di temperatura Delta T = T- 293K
p(T) = p ( 293) ( 1+ alfa x delta t )
la resistività dei metalli aumenta all'aumentare della temperatura
ESEMPIO
Un filo di rame è lungo 1 m con una sezione di 1 mm^2 alla temperatura di 293 K ha una resistenza di 1.0x10^-2. Il filo è riscaldato con un saldatore e la sua resistenza aumenta fino a 2 x10^-2. Il coefficiente di temperatura del rame è alfa= 4.3 x 10^-3 K^-1
DATI l= 1 m A= 1.0 mm^2= 1x10^-6 m Ti= 293K R1= 1,7 x 10^-2 ohm R2= 2.0 x 10^-3 ohm alfa = 4.3 x 10^-3 K^-1
Calcola la temperatura finale del filo di rame
I superconduttori
I SUPERCONDUTTORI
Due diversi andamenti della resistività nei metalli a basse temperature
Quando la temperatura scende ad un determinatovalore la resistività si annulla restando tale anche per valori inferiori di T
Al diminuire delle temperatura assoluta la resistività si stabilizza ad un valore limite (pt)
Procesos
La classificazione
Cosa sono
Le conseguenze
Due categorie: tipo I e tipo II.I materiali della prima categoria presentano proprietà superconduttrici solo in presenza di campi magnetici deboli, mentre quelli di secondo tipo sono in grado di sopportare elevatissimi campi magnetici.
Un superconduttore può trasportare enormi quantità di corrente elettrica senza dissipare energia sotto forma di calore, in modo tale che l'elettricità possa circolare per lunghissimi periodi senza dispersione
I superconduttori sono particolari materiali che, se raffreddati a temperature molto basse ( al di sotto della Temperatura critica) vedono bruscamente annullarsi la loro resistività elettrica.
GLI OSTACOLI
L'ampio costo dei dispositivi di raffreddamento non consente un utilizzo su ampia scala di tali dispositivi
L'ostacolo da superare è il raggiungimento della temperatura critica
L'obbiettivo è individuare materiali che lavorino a temperature più alte e che possano quindi raffreddarsi diversamente
Possibile fino agli anni '80 solo attraverso il contatto con l'elio liquido, quindi a temperature bassissime
LE APPLICAZIONI POSSIBILI
In Giappone e in CIna è già stata testata la levitazione magnetica per la rete ferroviaria
I superconduttori possono essere utilizzati nei sistemi di trasporto a levitazione magnetica, nella componentistica satellitare, nell'ingegneria automobilistica e in campo medico.
600 km/h