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Illustra il concetto di corrente elettrica e il funzionamento dei generatori di tensione

fisica


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1. Illustra il concetto di corrente elettrica e il funzionamento dei generatori di tensione, anche in riferimento alle trasformazioni di energia che avvengono in un circuito (potenza elettrica)

La corrente elettrica è una migrazione di particelle cariche. All'interno del conduttore è necessario che vi siano in azione delle forze elettriche, in grado di mettere in movimento le cariche. Nel conduttore percorso da corrente deve essere presente un campo elettrico. Ciò significa che al suo interno vi sono punti che si trovano a potenziali diversi. La corrente elettrica nasce da una differenza di potenziale.  Per convenzione, come verso della corrente si sceglie quello che va dai punti a potenziale più alto verso quelli a potenziale più basso. Nel Sistema Internazionale l'unita di misura dell'intensità di corrente è l'ampere. Esso può essere definito come l'intensità di una corrente generata dal fluire di 6,24 *10^18 elettroni (cioè 1C di carica ) in 1 s: 1 A = 1 C/s. La corrente può cambiare da istante ad istante. Quando la sua intensità si mantiene costante nel tempo, si dice che la corrente è continua. Un generatore ideale di tensione è un dispositivo che mantiene tra due suoi punti (poli) una differenza di potenziale costante, per un tempo indeterminato e qualunque sia l'intensità di corrente che lo attraversa. La corrente all'interno del conduttore va dal polo positivo a quello negativo (per convenzione), pertanto la differenza di potenziale tende a diminuire. Per ricreare il dislivello elettrico, il generatore di tensione deve prelevare le cariche positive dal polo a potenziale più basso e trasportarle all'altro polo, in modo da rimetterle in circolazione. La corrente all'interno del generatore va dal polo negativo a quello positivo. Invece un generatore reale di tensione può essere schematizzato come un generatore ideale di tensione, in serie con la resistenza interna r. La fem è uguale alla massima differenza di potenziale che il generatore reale è in grado di applicare ad un conduttore esterno. Però non appena si collega il generatore con un circuito esterno, la differenza di potenziale ai suoi capi si attesta di un valore più basso di quello misurato a circuito aperto. Questa diminuzione è dovuta dal fatto che una parte dell'energia elettrica, fornita alle cariche del generatore, deve essere spesa per far muovere le cariche al suo interno. Esse hanno quindi una minore energia potenziale da spendere nel circuito esterno. Nel g 616i83g eneratore reale di tensione la differenza di potenziale V ai capi del generatore è legata alla forza elettromotrice f.e.m. attraverso la relazione V = (R / ( R + r) ) f.e.m. dove R è la resistenza equivalente al circuito esterno. V e f.e.m. sono equivalenti soltanto in due casi: se il generatore è ideale (R = 0) o se il circuito è aperto, in modo che non circoli corrente (R = ∞). La resistenza interna permette di descrivere le dissipazioni d'energia che avvengono nel funzionamento di qualsiasi generatore reale.  Il passaggio della corrente elettrica è accompagnato da scambi d'energia che si verificano all'interno dei conduttori e tra essi e l'ambiente esterno. Tutti i conduttori si riscaldano quando sono percorsi da corrente e a causa della temperatura elevata essi emettono energia nell'ambiente mediante un passaggio di calore. Tutte le trasformazioni d'energia che avvengono sia nei conduttori liquidi, nel corso dei quali si verifica un assorbimento di energia, sia nei conduttori gassosi hanno origine nell'energia elettrica che il generatore fornisce alle cariche. Si tratta precisamente di energia potenziale elettrica che possiedono le particelle cariche che si muovono all'interno del generatore. Quindi l'energia elettrica è uguale al lavoro che il campo elettrico compie per spingere i portatori di carica dal potenziale Va al potenziale vb. In un circuito attraversato da una corrente i per un intervallo di tempo t il campo elettrico compie (a spese del generatore) un lavoro pari a W = (Va - Vb ) * it . Questo lavoro, che è direttamente proporzionale sia alla differenza di potenziale e sia all'intensità di corrente, può dare luogo ad effetti termici, effetti chimici o effetti luminosi e viene compiuto a spese dell'energia potenziale elettrica che il generatore dà continuamente alle cariche per mantenere la tensione. L'energia potenziale non scompare, ma si trasforma in altre forme d'energia, quali l'energia interna e l'energia luminosa. In effetti, anche per i fenomeni elettrici vale il principio di conservazione dell'energia. La potenza P, in altre parole il rapporto tra l'energia sviluppata in un intervallo di tempo t e l'intervallo stesso, è data dalle formula P = (Va - Vb) i . Se il conduttore attraversato da corrente è ohmico e ha resistenza R, la formula precedente può essere scritta come P=Ri2. Pertanto la potenza è la rapidità con cui l'energia si trasforma.




2. Enuncia la prima legge di Ohm e la prima e la seconda legge di Kirchhoff

Esiste una vasta categoria di conduttori, tra i quali quelli metallici, per i quali l'intensità di corrente i da cui sono attraversati è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale V che è applicata ai lori capi: i = V/R. Questa legge prende il nome di PRIMA LEGGE DI OHM. Per i conduttori che seguono la legge di Ohm la curva caratteristica è una retta passante per l'origine. La resistenza elettrica è la costante R che compare nella prima legge di Ohm. E' una grandezza scalare che è caratteristica del conduttore in esame. Nel Sistema Internazionale si misura in ohm (Ω). 1Ω= 1 V/A. La PRIMA LEGGE DI KIRCHHOFF (legge dei nodi) afferma che, in un circuito elettrico, la somma delle correnti entranti in un nodo (cioè un punto del circuito in cui confluiscono più di due correnti) è uguale alla somma delle correnti uscenti da esso. Considerando le correnti positive o negative a seconda che siano entranti o uscenti, si può anche dire che la somma algebrica delle correnti entranti in un nodo è sempre nulla. La legge dei nodi è una diretta conseguenza del principio di conservazione della carica elettrica. La SECONDA LEGGE DI KIRCHHOFF (legge delle maglie) stabilisce che, in un circuito elettrico, la somma algebrica delle differenze di potenziale che s'incontrano percorrendo una maglia( cioè un tratto chiuso di un circuito) è sempre uguale a zero. La legge delle maglie si basa sul fatto che la forza elettrostatica è conservativa. Quindi, ritornando al punto di partenza, si ritrova lo stesso valore del potenziale elettrico.


3. Dimostra quale sia la resistenza equivalente di un sistema di resistenze in serie e in parallelo, che siano collegate ad un generatore di resistenza interna trascurabile o non trascurabile

Un circuito si dice in serie quando due o più conduttori sono di posti in successione, cioè l'uno di seguito all'altro e sono attraversati dalla stessa corrente elettrica. Un circuito in serie è formato da una sola maglia e non contiene nodi, perciò può essere risolto con una sola equazione relativa alla seconda legge di Kirchhoff. Prendiamo ad esempio un circuito elettrico costituito da tre resistenze collegate in serie ad un generatore che mantiene ai capi una differenza di potenziale V. Dal momento che il verso convenzionale della corrente è quello in cui si muovono le cariche positive, che passano da punti a potenziale maggiore a punti in cui il potenziale è minore si ha Va>Vb>Vc>Vd. Nel circuito equivalente a quello precedente le tre resistenze R1, R2 e R3 sono sostituite dall'unica resistenza. Quindi la resistenza equivalente è uguale alla somma delle singole resistenze: Rtot=R1 + R2 +.. Rn . Questo è dovuto perché se ΔV è la differenza di potenziale positiva mantenuta dal generatore e ΔV1, ΔV2 e ΔV3 sono i valori assoluti delle cadute potenziale ai capi delle tre resistenze, possiamo scrivere l'equazione ΔV-ΔV1-ΔV2-ΔV3 = 0. Indicando con i la corrente incognita presente nel circuito , per la prima legge di Ohm ΔV1=R1i, ΔV2=R2i e ΔV3=R3i per cui l'equazione precedente diviene ΔV = (R1+R2+R3)i. Se nella formula precedente poniamo R=R1+R2+R3 vediamo che la corrente presente nel circuito è la stesa che si avrebbe se in serie al generatore di tensione ci fosse un'unica resistenza pari alla somma della resistenze presenti. Un circuito si dice in parallelo quando due o più conduttori sono disposti in parallelo cioè quando hanno la prima e la seconda estremità rispettivamente in comune. Prendiamo ad esempio un circuito elettrico costituito da tre resistenze collegate in parallelo a un generatore che mantiene ai suoi capi la differenza di potenziale V. La corrente di intensità che attraversa il generatore si suddivide, giunta al nodo A, nelle correnti i1, i2, i3. Dal momento che il verso convenzionale della corrente è quello in cui si muovono le cariche positive, che passano da punti a potenziale maggiore a punti a potenziale minore Va>Vb.Dato che agli estremi di più conduttori in parallelo è applicata la stessa differenza di potenziale 1/Rtot è uguale alla somma degli inversi delle singole resistenze: 1/Rtot= 1/ R1 +1/ R2 +..1/Rn. Questo è dovuto perché attraverso un sistema lineare i cui termini sono i=i1+i2+i3; V-R1*i1=0; V-R2*i2=0; V-R3*i3=0; e ricavando i1, i2, i3 nelle ultime tre equazioni e sostituendo i risultati nella prima otteniamo la relazione i=(1/R1+1/R2+1/R3)*V. In analogia a quanto fatto in precedenza, poniamo 1/Rtot=(1/R1+1/R2+1/R3) in modo che la formula precedente diventa uguale a i=V/R. Se il generatore ha resistenza trascurabile, è cioè paragonabile ad un generatore ideale, è valido il suddetto discorso, se invece la resistenza interna non è trascurabile bisogna considerarla, in un passaggio successivo come un'altra  resistenza in serie con Rtot precedentemente ricavata.


6. Illustra il processo di estrazione di elettroni da un metallo e applicalo all'interpretazione dell'effetto Volta

Un elettrone di conduzione all'interno di un metallo subisce, da parte degli ioni del reticolo, una forza risultante mediamente uguale a zero. Se esso invece si trova sulla superficie del metallo, è attratta verso l'interno della strato superficiale di ioni positivi. E' quindi difficile per un elettrone sfuggire dal metallo, a meno che non gli venga fornita dell'energia almeno eguale al lavoro di estrazione We degli elettroni di conduzione del metallo. Il lavoro di estrazione è quindi definito come il minimo lavoro che occorre compiere per portare fuori un elettrone di conduzione dal metallo in cui si trova. Un elettrone all'interno di un metallo possiede un'energia totale etot che è pari alla somma della sua energia cinetica K e della sua energia potenziale U. Visto che l'elettrone è soggetto alla forza attrattiva del reticolo di ioni positivi,con la solita scelta di porre uguale a zero l'energia potenziale nei punti infinitamente lontani dalle cariche,il valore di U risulta negativo. Un elettrone fermo appena fuori del metallo ha energia cinetica e potenziale pari a zero. Siccome l'elettrone non esce spontaneamente dal metallo dobbiamo dedurne che la sua energia totale, quando si trova nel reticolo cristallino,è negativa: Etot=K+U≤0. Il minimo lavoro capace di estrarre un elettrone dal metallo è quello che consente di passare dal valore di Etot al valore nullo. Il lavoro di estrazione risulta: We =-Etot  Il lavoro di estrazione si misura in elettronvolt. 1 eV = 1,6 * 10^-19 J. EFFETTO VOLTA: Alessandro Volta scoprì che tra due metalli diversi posti a contatto si stabilisce una differenza di potenziale. Essa non dipende dalla forma e dimensioni dei due pezzi di metallo né dall'area lungo cui essi si toccano, ma soltanto dai due metalli, dalla loro temperatura, stato d'ossidazione delle superfici. Questo fenomeno si può spiegare grazie a quanto detto prima sugli elettroni di conduzione e sul lavoro di estrazione. In questo caso, ad esempio, mettiamo a contatto un pezzo di rame e uno di zinco. Poiché il lavoro di estrazione dello zinco è più piccolo di quello del rame, quando questi due metalli sono posti a contatto, la provabilità che gli elettroni passino, a causa del loro moto di agitazione termica, dallo zinco al rame è maggiore di quella che passino dal rame (dove sono più legati) allo zinco (dove lo sono meno). In questo modo abbiamo ottenuto che lo zinco si è caricato positivamente e il rame negativamente. Abbiamo così realizzato una ∆V (differenza di potenziale per contatto) tra i due metalli che è numericamente uguale alla differenza, cambiata di segno, fra i due lavori di estrazione dei metalli posti a contatto (espressa in eV). La differenza di potenziale esistente tra i due metalli estremi di un a successione di contatti metallici è uguale a quella che si avrebbe se essi fossero posti a contatto diretto. Volta chiamo i conduttori che obbediscono a questa legge conduttori di prima specie e conduttori di seconda specie gli altri.




7. Enuncia la legge di Faraday in collegamento con il fenomeno dell'elettrolisi

PRIMA LEGGE DI FARADAY: Stabilisce che le masse delle sostanze che si liberano agli elettrodi sono direttamente proporzionali alle quantità che hanno attraversato la soluzione. M=(Ma/(Na*z*e))Q dove z è la valenza dell'elettrone. SECONDA LEGGE DI FARADAY: Afferma che una eguale quantità di carica, attraversando soluzioni elettrolitiche diverse , libera agli elettrodi masse di sostanze che sono direttamente proporzionali ai rispettivi equivalenti chimici. Gli equivalenti chimici sono dati dal rapporto tra il peso atomico espresso in grammi . M=(Q/(Na*e))*(Ma/z). Queste leggi servono proprio per spiegare e regolamentare le reazioni che si verificano durante un processo di elettrolisi. Per avere elettrolisi dobbiamo disciogliere in un contenitore di acqua pura, una sostanza detta elettrolita, che la rende conduttrice. L'elettrolita, disciolto in acqua, a causa della dissociazione ionica, si suddivide nei suoi ioni che avranno successivamente il compito di portatori di carica. La soluzione così ottenuta prende il nome di soluzione elettrolitica, questa soluzione è in grado di veicolare la corrente elettrica esattamente come un normale metallo, solo che al posto degli elettroni, a "trasportare" la corrente vi sono ioni di entrambe le cariche (positivi e negativi). A questo punto nella soluzione si inseriscono due elettrodi collegati ad un generatore (l'elettrodo positivo è chiamato anodo, quello negativo catodo) che con la deltaV da esso generata crea un campo elettrico all'interno della soluzione che va dall'anodo al catodo. Questa forza elettrica costringe gli ioni a migrare verso gli elettrodi di segno opposto. Da sottolineare che mentre nei metalli, il movimento degli elettroni avviene praticamente senza che ci sia trasferimento di massa, nel conduttore elettrolitico invece, gli ioni con massa migliaia di volte più grande, quando si spostano, danno luogo a depositi consistenti di materiale vicino agli elettrodi. Tra le applicazioni pratiche di questo principio troviamo ad esempio la galvanoplastica, processo industriale attraverso il quale si depositano sottili strati di metalli vari su qualsiasi tipo di oggetto grazie proprio a queste migrazioni di particelle ioniche dell'elettrolita disciolto in soluzione.

14. Illustra i concetti di flusso e circuitazione del campo magnetico e i teoremi ad essi relativi

Il flusso del campo magnetico: Dato un campo magnetico B uniforma su una superficie piana descritta dal vettore S, si chiama flusso di B attraverso la superficie S la quantità:Ф(B) =B*S. Nel caso in cui la superficie non sia piana, oppure in cui B non sia uniforme.Il flusso si calcola, come al solito, dividendo la superficie in parti abbastanza piccole da soddisfare queste due condizioni. Il flusso totale è la somma dei singoli flussi parziali calcolati per ognuna delle parti. Teorema di gauss per il campo magnetico: Stabilisce che il flusso di B attraverso una superficie qualunque è sempre nullo.  Il teorema di Gauss per il campo magnetico esprime in forma matematica il fatto che non sono mai stati osservati poli magnetici nord e sud isolati. Da questo teorema possiamo incontrare una prima diversità tra il campo elettrico e il campo magnetico. Mentre il flusso di E è proporzionale alla quantità di carica racchiusa nella superficie, il flusso di b è sempre uguale a zero. Circuitazione del campo magnetico: Dato un percorso chiuso orientato, suddiviso in tratti rettilinei Δl che si possono considerare rettilinei, si chiama circuitazione di B lungo tale percorso la quantità: Γ(B) =Σ B*Δl dove B è il valore che il campo B assume lungo un tratto Δl. La circuitazione del campo prodotto da un filo non dipende dal raggio della circonferenza. Infatti, se consideriamo una circonferenza di raggio 2r, il risultato è lo stesso: si compensano la diminuzione dell'intensità del campo B, che è inversamente proporzionale al raggio r, con l'aumento della lunghezza della circonferenza, che è direttamente proporzionale a r.  Se applichiamo questo risultato al calcolo della circuitazione lungo una linea spezzata vediamo che lungo i tratti radiali il prodotto scalare è nullo perché i vettori B e Δl sono perpendicolari. Lungo gli archi di circonferenza il prodotto scalare non dipende dal raggio. Quindi la circuitazione risulta proporzionale alla corrente i che viene "avvolta"dalla linea spezzata. Questo risultato vale anche per una generica linea chiusa, che possiamo approssimare mediante una serie di linee spezzate. Se consideriamo due o più fili percorsi da corrente, possiamo applicare il principio di sovrapposizione per i campi magnetici: la circuitazione risultante è la somma algebrica delle circuitazioni dei campi prodotti dalle correnti considerate. La circuitazione può essere positiva o negativa a seconda che il verso lungo il percorso sia uguale o opposto al campo magnetico. Infatti il prodotto scalare B·Δl è positivo, se i due vettori hanno lo stesso verso, mentre è negativo, se hanno versi opposto. Teorema di Ampere: è espresso dalla relazione Γ(B)= μ Σ i dove le correnti i sono quelle concatenate al percorso chiuso lungo il quale si calcola la circuitazione. Il segno di i è positivo se la corrente genera un campo magnetico nello stesso verso in cui si percorre il cammino, negativo in caso contrario. Precisiamo che la corrente è concatenata alla linea chiusa se attraversa la superficie che la linea stesa delimita. Nella sommatoria, il segno della corrente è positivo se il campo che esso genera ha lo stesso verso della linea concatenata, e negativo se ha verso opposto. La circuitazione del campo lungo un percorso chiuso che non ha alcuna corrente concatenata è nulla. Il teorema di Ampere esprime la relazione quantitativa che esiste tra il campo magnetostatico e le sue sorgenti, cioè le correnti elettriche. Il fatto che in generale la circuitazione di B è diversa da zero ha un preciso significato fisico: le sue linee di campo sono chiuse su loro stesse. Il campo magnetico, a differenza di quello elettrostatico, non è quindi "conservativo".




18. Dimostra le formule relative all'energia immagazzinata in un campo elettrico e in un campo magnetico

Energia del campo magnetico:. Alla chiusura dell'interruttore nel circuito si genera una forza elettromotrice indotta che si oppone al fluire della corrente elettrica. Quindi, per portare la corrente al suo valore di regime, il generatore inserito nel circuito deve compiere un lavoro WL contro tale effetto ritardante. Si tratta di un fenomeno del tutto analogo a quello della carica di un condensatore. In quell'occasione affrontammo un problema matematico che può essere espresso così: la carica q posta sull'armatura positiva del condensatore assume i valori compresi tra 0 e Q . A ognuno di tali valori corrisponde una differenza di potenziale V tra le armature del condensatore ( di capacità C) data dalla relazione V=q/C Trasportando, sotto queste condizioni, una piccola carica Δq da un'armatura all'altra si compie il lavoro parziale deltaWC=V*deltaq=(1/C)q*deltaq.  Il valore di ΔWC dipende da q e, quindi, è variabile. Sommando tutti i contributi che corrispondono ai valori 0≤ q ≤ Q, si ottiene il lavoro totale WC=1/2(Q^2/C) Se ora proviamo a calcolare WL ci troviamo di fronte ad un problema matematicamente identico al precedente. Infatti, sappiamo già che l'ΔEel necessaria per far fluire la corrente elettrica per un piccolo intervallo di tempo Δt è data dalla formula: ΔEel = i *fem*Δt dove con fem. indichiamo il valore assoluto della forza elettromotrice indotta, fem = L*(deltai/deltat). L'energia ΔEel è pari al lavoro parziale ΔWL compiuto dal generatore nello stesso intervallo di tempo. Sostituendo quest'ultimo simbolo si ottiene deltaWL=iL(deltai/deltat)*deltat=L*i*deltai. Il lavoro WL può essere trovato sommando tutti i contributi ΔWL per i compreso tra 0 e il valore massimo, che indichiamo con I. Si sostituisce con 1/C → L; q → i; Δq → Δi: si ricava così WL=1/2*L*I^2 dove al posto della carica finale Q si è scritta la corrente di regime I. Energia del campo elettrico: E uguale al lavoro W fatto dalla forza esterna per caricare il condensatore stesso. Per un condensatore di capacità C, su sui è stata posta una carica Q e tra le cui armature vi è una tensione V, valgono le relazioni W=1/2C*V^2=1/2*Q^2/C . L'Energia immagazzinata in un condensatore viene restituita quando esso si scarica.


19. Illustra i principi di funzionamento di un alternatore e definisci i valori efficaci di corrente e f.e.m.

L'alternatore è un dispositivo, presente ad esempio in una centrale idroelettrica, che permette di trasformare energia cinetica di rotazione (dalla turbina) in energia elettrica. Esso sfrutta le leggi dell'induzione elettromagnetica. Nella sua forma più semplice, l'alternatore consiste in una spira a forma di rettangolo, che è immersa in un campo magnetico ed è vincolata a ruotare intorno ad un asse perpendicolare alle linee di campo. Mentre ruota, la spira cambia continuamente orientamento rispetto alla direzione del campo magnetico. Questo fa sì che il flusso di campo B attraverso la spira cambi continuamente, generando una forza elettromotrice indotta. Facendo ruotare la spira con movimento regolare, l'angolo α tra il campo magnetico B e il vettore superficie della spira, S, con la legge α=ωt+ α0 dove ω è la velocità angolare costante con cui la spira ruota attorno al suo asse e α0 è angolo tra B e S nell'istante t=0. Di conseguenza, supponendo che il campo magnetico sia uniforme su di essa il flusso di campo magnetico attraverso la spira è data dall'espressione Φ(B)=BScosα=BScos(ωt + α0). Grazie alla legge di Faraday - Neumann possiamo calcolare la forza elettromotrice indotta f.e.m. all'interno della spira. Otteniamo così fem=BSωsin(ωt + α0) che si può ricavare avendo posto F0 = BSω In un circuito che contiene la resistenza R tale forza elettromotrice genera una corrente variabile nel tempo di equazione i(t)=i0sin(ωt + α ) dove si è posto i0=f0/R. Questo esprime una corrente alternata , cioè una corrente che cambia periodicamente , scorrendo ora in un senso ora nell'altro e passando regolarmente dal valore massimo i0 al valore minimo -i0. Il valore efficace della corrente, o ieff, rappresenta l'intensità di una corrente continua che eroga in un intervallo di tempo fissato, la stessa potenza erogata dalla corrente alternata di ampiezza i0. Analogamente definiamo il valore efficace della forza elettromotrice, o feff attraverso la relazione: feff=f0/√2. feff=f0/√2 è analogo a ieff=i0/√2.


20. Esponi in modo completo il comportamento dei circuiti in corrente alternata

Circuito ohmico: è costituito da un resistore di resistenza R collegato ai poli di un alternatore. In un circuito puramente ohmico la forza elettromotrice e la corrente sono direttamente proporzionali e, quindi, sono sempre in fase. Esse seguono la legge fem=i*R. Circuito induttivo: è costituito da una bobina d'induttanza L collegata ai poli di un alternatore; la corrente istantanea risulta i(t)=( f0/Lω)*cos(ωt + α). In corrente continua una bobina ideale (di resistenza nulla ) non oppone alcun ostacolo al passaggio di corrente. Quindi in questo tipo di circuito non c'è alcuna caduta di potenziale dovuta alla legge di Ohm, ma nella bobina ogni variazione di flusso di campo magnetico provoca una forza elettromotrice indotta. La corrente che fluisce in un circuito non è proporzionale alla forza elettromotrice applicata. La corrente è sfasata di un quarto di periodo. Circuito capacitivo: a differenza di un circuito puramente capacitivo in corrente continua, dove il condensatore è come un interruzione nel circuito, come un interruttore aperto, nel circuito capacitivo in corrente alternata il condensatore non presenta un ostacolo, esso permette il fluire della corrente e ne contribuisce a determinare le caratteristiche. La corrente istantanea in questo caso equivale alla derivata della carica presente sul condensatore fratto la derivata del tempo che semplificata è i(t)=Cf0*w*cos(wt+α0). In un circuito RLC, sottoposto a una tensione alternata, il condensatore si carica e si scarica a ogni cambio di tensione del generatore. Quanto più è grande la sua capacità, tanto più rapidamente assorbe e rilascia la cariche elettriche e quindi tanto meno ostacola il flusso della corrente. La bobina invece oppone a ogni crescita o diminuzione della corrente una corrente indotta in senso contrario. Quanto più è grande la sua induttanza, tanto più la bobina ostacola il flusso della corrente. La bobina rappresenta quindi un'inerzia elettrica, che tende a ostacolare le variazioni della corrente. Questo ostacolo è tanto più grande quanto maggiore è la frequenza della tensione alternata.



23. Illustra le caratteristiche delle differenti radiazioni che compongono lo spettro elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico è l'insieme di tutti i diversi tipi di onde elettromagnetiche. Nello spettro esse si trovano ordinate per lunghezze d'onda crescenti (e di conseguenza per frequenze decrescenti). Ed è proprio la frequenza l'elemento che distingue un'onda dall'altra, esse variano in un insieme di grandezza di 10^25 e più precisamente vanno dai 10^5 Hz delle onde radio, fino ai 10^30 Hz dei raggi gamma. Tutte le onde elettromagnetiche sono emesse da particelle cariche accelerate, tuttavia il modo con cui esse vengono generate cambia notevolmente a seconda della zona dello spettro in cui esse si trovano.  È proprio questo ad influenzare la loro lunghezza d'onda, e quindi la loro fequenza, infatti più il dispositivo di emissione è piccolo, minore sarà la lunghezza d'onda della radiazione prodotta e viceversa se si vogliono delle onde con lunghezza d'onda macroscopica. Le onde radio e le microonde, ad esempio, occupano una zona dello spettro in cui le lunghezze d'onda sono grandi e di fatti i dispositivi che le generano( antenne, elettrodomestici) hanno dimensioni macroscopiche. Viceversa le radiazioni infrarosse, ultraviolette, i raggi x, i raggi gamma, nascono all'interno di atomi e molecole eccitati. Analizzando alcune particolarità delle onde elettromagnetiche notiamo che: a) un'onda elettromagnetica diffrange quando ha lunghezza d'onda maggiore dell'ostacolo che incontra. Quindi per avere ombre nette di un oggetto è necessario che la lunghezza d'onda sia più piccola della dimensione dell'ostacolo. Questo è il principio di cui si servono molti strumenti di rilevamento e osservazione quali radar, microscopi elettronici, macchinari medici,. per rilevare gli oggetti attraverso l'uso di radiazioni. b) solo la luce che ha lunghezza d'onda compresa tra 0,4 e 0,7 micrometri è una radiazione visibile dall'occhio umano. c) il comportamento delle varie radiazioni analizzate nei confronti dell'atmosfera terrestre può essere molto varia. Esistono infatti radiazioni che riescono ad attraversarla senza essere riflesse ed altre invece per le quali è opaca. Ad esempio di ciò: le onde radio delle antenne e i raggi gamma non riescono ad oltrepassare l'atmosfera, la luce invece si.

25. Enuncia i postulati della relatività speciale di Einstein e le loro principali conseguenze

            1. Le leggi e i principi della fisica hanno la stessa forma in tutti i sistemi di riferimento inerziali.

            2. La velocità della luce è la stessa in tutti i sistemi di riferimento inerziali, in modo indipendente dal moto del sistema stesso o della sorgente da cui la luce è emessa.

Il primo postulato è una generalizzazione a tutta la fisica del principio di relatività galileiana che vale per la meccanica. Si tratta di un assioma che nasce direttamente dalla fiducia di Einstein nel fatto che fosse possibile descrivere la natura con leggi semplici ed eleganti. In effetti, una fisica in cui le leggi sono le stesse in tutti i sistemi inerziali è molto più semplice e cristallina di una in cui le leggi variano nel passare da un sistema di riferimento all'altro. Il secondo postulato permette di spiegare nel modo più semplice il risultato negativo dell'esperimento di Michelson e Morley: in effetti, se la velocità della luce non dipende dal sistema di riferimento, le durate dei percorsi tra i due specchi sono le stesse sia quando l'apparato sperimentale è orientato in un certo modo, sia quando è ruotato di 90°. Ecco, quindi, che l'ipotesi dell'invarianza della velocità c della luce dà ragione del fatto che non si osserva alcuna variazione nella figura di interferenza. In un certo senso si può vedere il secondo postulato come un caso particolare del primo: se le leggi della fisica sono le stesse in tutti i sistemi di riferimento e se in tutti valgono quindi le equazioni di Maxwell, poiché esse prevedono un ben preciso valore della velocità della luce, questo valore si deve misurare sempre uguale qualunque sia il sistema inerziale scelto. Secondo Einstein, dunque, due osservatori in moto uno rispetto all'altro, misurano la medesima velocità della luce,. L'ipotesi è in netto contrasto con la fisica classica, secondo la quale solo uno di essi si sarebbe potuto considerare a riposo, mentre l'altro compirebbe un errore di misura dovuto alla contrazione di Lorentz - Fitzgerald. Per Einstein, invece, entrambi gli osservatori possono essere considerati a riposo, e ciascuno esegue correttamente la propria misura, assumendo il proprio sistema di coordinate come riferimento: queste coordinate però sono collegate le une alle altre mediante appropriate equazioni matematiche, le trasformazioni di Lorentz, già introdotte per rendere invarianti le leggi dell'elettromagnetismo. Questi due postulati hanno portato anche ad una ridefinizione dei concetti di simultaneità, di spazio e di tempo. Simultaneità: il giudizio di simultaneità è relativo: due eventi che risultano simultanei in un dato sistema di riferimento non lo sono in un altro in moto rispetto al primo. Per definizione diciamo che i fenomeni f1 e f2 sono simultanei se la luce che essi emettono (dai punti in cui si trovano, rispettivamente p1 e p2) giunge contemporaneamente in un punto p equidistante da essi. Tempo: la dilatazione dei tempi. Delta t'=(1/√(1-((v/c)^2)))*delta t. La durata di qualunque fenomeno risulta minima se è misurata nel sistema di riferimento S solidale con esso, cioè nel sistema ove il fenomeno inizia e finisce nello stesso punto. In tutti i sistemi di riferimento in moto rispetto ad a S la durata del fenomeno è maggiore. Spazio: contrazione delle lunghezze. Delta x'=(√(1-((v/c)^2)))*delta x. Come per il tempo, anche lo spazio assoluto della meccanica classica non esiste. Lo stesso oggetto ha lunghezze diverse in sistemi di riferimento in moto relativo tra loro.








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