L'elettricità, l'elettrizzazione e la corrente elettrica

Cos'è l'elettricità

L'insieme dei fenomeni causati dalle cariche elettriche è definito elettricità.

Le cariche elettriche sono dovute alla naturale struttura degli atomi. Un atomo è composto da un nucleo, formato da protoni e neutroni, e degli elettroni che vi girano intorno. I protoni sono carichi positivamente, gli elettroni sono carichi negativamente, mentre i neutroni sono neutri. La carica dei protoni e dei neutroni è detta carica elementare e ha la stessa intensità ma segno opposto. Gli atomi, normalmente, hanno lo stesso numero di protoni e neutroni, quindi complessivamente sono elettricamente neutri.

L'elettricità e i fenomeni elettrici sono dovuti in gran parte al trasferimento di elettroni da un atomo ad un altro.

Ricorda: le cariche di segno opposto si attraggono (attrazione elettrostatica), mentre quelle dello stesso segno si respingono (repulsione elettrostatica).

Scienze; L'elettricità e il magnetismo; 3a media; L'elettricità, l'elettrizzazione e la corrente elettrica

1.Cariche neutre; 2.Cariche positive che si respingono; 3.Cariche negative che si respingono; 4.Cariche opposte che si attraggono

Intensità della forza elettrica

La forza elettrica esistente tra due cariche dipende dalla loro distanza e dalla quantità di carica presente.

Distanza: la forza elettrica diminuisce all'aumentare della distanza tra le cariche;
Quantità di carica: la forza elettrica aumenta all'aumentare della quantità di carica presente. La quantità di carica si misura in coulomb ( $C$ ) e la carica elementare equivale a $1,6\times10^{-19}C$ .

L'elettrizzazione di un corpo

L'elettrizzazione si verifica quando un corpo neutro acquista una carica elettrica oppure al suo interno avviene uno spostamento di cariche che rende una parte del corpo positivo e un'altra parte negativa.

L'elettrizzazione può avvenire con 3 modalità:

Elettrizzazione per strofinio: si verifica strofinando due materiali diversi, ad esempio un panno di lana e una bacchetta di vetro. In questo caso la bacchetta di vetro perde elettroni e si carica positivamente, mentre gli elettroni vengono acquistati dal panno di lana, che si carica negativamente;
Elettrizzazione per induzione: si verifica quando un corpo elettricamente carico si avvicina ad uno neutro, che deve essere un conduttore. Senza che i due corpi si tocchino, quello neutro tende a ridistribuire le cariche presenti al proprio interno. Ad esempio, succede quando si avvicina una bacchetta di plastica (che è ricoperta da cariche negative) ad un pezzetto di alluminio (un materiale conduttore, che permette la ridistribuzione delle cariche).
Elettrizzazione per contatto: si verifica quando un corpo carico tocca un corpo neutro. Le cariche si trasferiscono dal corpo carico a quello neutro, che si elettrizza, ma perché questo avvenga entrambi i corpi devono essere di materiali conduttori. Alla fine del processo i corpi avranno la stessa carica.

Materiali conduttori e materiali isolanti

I materiali conduttori sono quelli che favoriscono il passaggio dell'elettricità e comprendono soprattutto i metalli. I conduttori elettrici sono formati da atomi in cui gli elettroni più esterni sono liberi di spostarsi nel corpo, permettendo la conduzione dell'elettricità.

I materiali isolanti non possono trasportare cariche elettriche. Esempi di questi materiali sono la plastica, il vetro e il legno. Le proprietà isolanti di questi materiali sono dovute alla struttura degli atomi, che mantengono gli elettroni molto vicini e non permettono il loro spostamento attraverso il corpo.

La corrente elettrica

Un flusso di cariche elettriche che si muovono in maniera ordinata all'interno di un materiale conduttore è detto corrente elettrica. La quantità di corrente elettrica è definita intensità ( $I$ ) ed è il rapporto tra la carica elettrica che attraversa la sezione di un conduttore e il tempo impiegato per attraversarla. L'intensità di corrente ( $I$ ) si misura in ampere ( $A$ ) ed equivale ad 1 coulomb di carica elettrica al secondo:

$1A = 1C/s$

Gli elettroni si muovono in un materiale conduttore a causa di una differenza di potenziale elettrico ( $ddp$ ), cioè la presenza di un polo positivo e un polo negativo all'interno di un corpo. In presenza di una differenza di potenziale elettrico gli elettroni si sposteranno dal polo negativo al polo positivo, generando una corrente elettrica. La differenza di potenziale si misura in volt ( $V$ ) e viene misurata con il voltmetro.

Perché la corrente continui a fluire è necessario mantenere costante la differenza di potenziale elettrico: questo compito è svolto da un generatore elettrico, ad esempio una batteria.

I circuiti elettrici

Il percorso all'interno del quale circola la corrente è un circuito elettrico. Le componenti di un circuito elettrico sono:

un conduttore, cioè un materiale che trasporti la corrente (il filo);
un generatore, che mantiene la differenza di potenziale elettrico (la batteria);
uno o più utilizzatori, che usano la corrente (la lampadina);
un interruttore, che permette di aprire e chiudere il circuito.

I materiali che costituiscono un circuito sono tutti conduttori, ma alcuni materiali lasciano passare la corrente più facilmente di altri. Parliamo di resistenza elettrica ( $R$ ) per indicare la tendenza di un corpo ad ostacolare il passaggio della corrente. La resistenza si misura in ohm ( $\Omega$ ).

Un circuito può contenere uno o più utilizzatori, che possono essere collegati in 2 diversi modi:

utilizzatori in serie, in cui gli elementi del cicuito sono collegati tra loro uno dopo l'altro;
utilizzatori in parallelo, in cui gli utilizzatori sono collegati al generatore in modo indipendente gli uni dagli altri.

Esempio

Scienze; L'elettricità e il magnetismo; 3a media; L'elettricità, l'elettrizzazione e la corrente elettrica

Nel circuito in figura sono presenti un generatore (indicato dal segno $+$ ) e tre utilizzatori ( $R_1, R_2, R_3$ ). $R_1$ è posto in parallelo con $R_2$ e $R_3$ , mentre $R_2$ e $R_3$ sono in serie tra loro.

Nell'esempio non è presente l'interruttore.