Elettricità
Carica, corrente, tensione e resistenza, poi la legge di Ohm, i circuiti in serie e in parallelo, la potenza, la bolletta e la sicurezza. Nel laboratorio di circuiti puoi costruire circuiti con batterie, lampadine, resistori, interruttori e fusibili e vedere tutte le correnti calcolate mentre lavori.
Informazioni sul corso
Benjamin Franklin vedeva gli effetti della carica elettrica senza conoscerne la causa. Nel Settecento (anni 1700) scelse quale tipo di carica chiamare positiva, senza poter osservare gli elettroni. La sua scelta fece sì che in seguito agli elettroni fosse attribuita carica negativa. La convenzione resta: nei circuiti disegniamo la corrente nel verso in cui si muoverebbe una carica positiva, opposto al moto reale degli elettroni nel filo. Un elettrone porta 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulomb: un coulomb corrisponde quindi a circa 6.24 miliardi di miliardi di elettroni.
Le sette unità iniziano dalla carica, poi affrontano corrente, tensione e resistenza. Una batteria di camion che invia 720 coulomb al motorino d'avviamento in 4 secondi eroga 180 ampere. Segue la legge di Ohm, poi i circuiti in serie, in cui due lampadine da 12 Ω su una batteria da 6 V ricevono 3 V ciascuna, e quelli in parallelo, in cui le stesse lampadine assorbono 0.5 A ciascuna e la batteria fornisce 1 A. Vengono poi potenza e bolletta: una lampadina da 60 W accesa per 1000 ore consuma 60 kWh, cioè 7.20 dollari a 12 centesimi per kWh. L'ultima unità sulla sicurezza ricorda che da 10 a 20 mA nel corpo possono impedire alla mano di lasciare un filo. Nel laboratorio costruisci circuiti con batterie, lampadine, resistori, interruttori e fusibili e osservi ogni corrente calcolata. Apri un interruttore per vedere spegnersi una lampadina in serie ma non in parallelo; chiudi un percorso per creare un cortocircuito.
Ohm condusse gli esperimenti nel 1825 e nel 1826 con un ago magnetico sospeso vicino al filo, perché gli amperometri non erano ancora stati inventati, e pubblicò la legge nel 1827. Le Smithsonian Libraries ricordano che inizialmente il suo lavoro fu deriso.
Prima di iniziare
La legge di Ohm è un'equazione di una riga, e nelle unità su serie e parallelo si sommano e si dividono resistenze, quindi l'algebra di Equazioni di primo grado copre quanto serve. Una rapida occhiata a Atomi aiuta con l'unità iniziale su elettroni e carica.
Alla fine
Alla fine saprai calcolare la corrente da carica e tempo, usare la legge di Ohm per trovare una resistenza o una corrente e calcolare i totali di resistori in serie e in parallelo. Saprai anche trasformare watt e ore in kilowattora e in una bolletta, dire perché due lampadine in serie brillano meno di una sola e spiegare che cosa fa un fusibile in un circuito.
- 1La carica elettricaIl modulo della carica di un elettrone è 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulomb: un coulomb corrisponde quindi al modulo della carica di circa 6.24 miliardi di miliardi di elettroni.
- 2Corrente, tensione e resistenzaLa batteria di un camion che fa passare 720 coulomb nel motorino di avviamento in 4 secondi eroga una corrente di 180 ampere.
- 3La legge di OhmUn faro d'auto che assorbe 2.50 A da una batteria da 12.0 V ha una resistenza di 12.0 ÷ 2.50 = 4.80 Ω.
- 4Circuiti in serieDue lampadine da 12 Ω in serie su una batteria da 6 V ricevono ciascuna 3 V e 0.25 A e dissipano ciascuna un quarto della potenza che avrebbe una sola lampadina.
- 5Circuiti in paralleloDue lampadine da 12 Ω affiancate su 6 V assorbono ciascuna 0.5 A: la batteria eroga quindi 1 A, il doppio rispetto a una sola lampadina.
- 6Potenza elettrica e bollettaUna lampadina da 60 W accesa per 1000 ore consuma 60 kWh; a 12 centesimi per kWh costa $7.20.
- 7Sicurezza elettricaUna corrente di circa 10-20 mA attraverso il corpo può bloccare la mano su un filo; una persona completamente bagnata può avere una resistenza di soli 10 kΩ.
Fonti di questo corso (14)
- OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
- 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
- 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
- 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
- 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
- 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
- 21.1 Resistors in series and parallel
- 21.2 Electromotive force and internal resistance
- 21.3 Kirchhoff's rules
- 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
- NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
- Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
- Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
- IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).
Consultato il: 2026-10-17