Concetti Chiave
- La scoperta della corrente elettrica ha reso possibile effetti visivi straordinari, come quelli delle lampade al Palais de l’électricité.
- Le lampadine funzionano grazie a un filamento di tungsteno racchiuso in un involucro di vetro, permettendo di raggiungere temperature elevate senza danni.
- L'effetto termico della corrente elettrica provoca il riscaldamento dei conduttori e varia in base all'intensità della corrente e alla resistenza del materiale.
- La Legge di Joule descrive come il calore sviluppato in un conduttore dipenda dal tempo di passaggio della corrente, dall'intensità e dalla resistenza.
- Esperimenti mostrano che materiali diversi, come rame e ferro, reagiscono in modo diverso al passaggio della corrente, influenzando la produzione di calore.
L'importanza della corrente elettrica
La magia e il meraviglioso scintillio prodotto dalle lampade del Palais de l’électricité non sarebbero stati prodotti senza la scoperta della corrente elettrica.
Al Palais de l’électricité, infatti, se gli occhi dei visitatori non fossero stati colpiti dalla luce emanata dalle molte lampadine non si sarebbe certamente considerato l’effetto termico della corrente elettrica né si sarebbe pensato a come è realizzata una lampadina.
Funzionamento delle lampadine
L’illuminazione elettrica si può, in effetti, realizzare usando lampadine ovvero Le lampade sono solitamente caratterizzate da un filamento di tungsteno o di altri metalli ad alto punto di fusione. Tale filamento è posto in un involucro di vetro, all’interno di cui si pone un gas, l’azoto o comunque gas rari, esistenti in piccolissima quantità nell’atmosfera, come l’argo. In tal modo si possono raggiungere temperature elevatissime, fino a 2.700° C senza che il tungsteno sublimi ed annerisca l’involucro.
Il rendimento luminoso di una lampada ad incandescenza e’ molto modesto in quanto la maggior parte dell’energia viene dispersa sottoforma di calore.
Effetto termico della corrente
Spieghiamo ora l’effetto termico della corrente elettrica: prendendo in considerazione un conduttore percorso da una corrente si noterà innanzitutto che, al passaggio della corrente elettrica, esso si riscalderà.
Si faccia passare poi una corrente elettrica in un filo metallico teso tra due punti: si potrà osservare che il filo si riscalda e di conseguenza si allunga. Precisamente è possibile constatare che il passaggio della corrente lungo il filo determina uno sviluppo di calore proporzionale al tempo durante il quale la corrente fluisce.
Se si andrà ad aumentare gradualmente l’intensità della corrente si potrà notare un sensibile aumento della temperatura.
Mediante accurate misure effettuate con un Calorimetro si può inoltre constatare la quantità di calore ceduta dal filo sono proporzionali al prodotto dell’intensità della corrente.
Esperimenti e legge di Joule
Si ripeta poi l’esperimento con un filo, avente sezione costante di rame per un tratto AC e di ferro per un tratto CB si può notate che il tratto in ferro si arroventa, mentre quello in rame si intiepidisce appena; questo accade in quanto il ferro offre una resistenza maggiore di quella del rame al passaggio della corrente e di conseguenza risulterà quindi che lo sviluppo di calore prodotto al passaggio della corrente aumenterà all’aumentare della resistenza del conduttore.
I risultati di precisi esperimenti permettono dunque di annunciare la seguente Legge di Joule secondo la quale
“La quantità di calore sviluppata in un conduttore al passaggio della corrente elettrica è direttamente proporzionale al tempo durante il quale la corrente passa al quadrato della sua intensità e alla resistenza del conduttore”.
Si otterrà quindi come formula Q= K y² R t dove Q è la quantità di calore sviluppata; y, R e t sono rispettivamente l’intensità della corrente, la resistenza ed il tempo. K sta ad indicare invece una costante di proporzionalità che dipende dalla unità di misura usata.
Domande da interrogazione
- Qual è l'importanza della corrente elettrica nel contesto dell'illuminazione?
- Come funziona una lampadina?
- Qual è l'effetto termico della corrente elettrica?
- Cosa afferma la Legge di Joule riguardo al calore sviluppato in un conduttore?
La corrente elettrica è fondamentale per la creazione di effetti luminosi, come quelli visibili al Palais de l’électricité, dove la luce delle lampadine è un risultato diretto della sua scoperta.
Una lampadina funziona grazie a un filamento di tungsteno racchiuso in un involucro di vetro con gas rari, permettendo di raggiungere temperature elevate senza che il filamento sublimi, sebbene il rendimento luminoso sia modesto a causa della dispersione di calore.
L'effetto termico della corrente elettrica si manifesta nel riscaldamento di un conduttore al passaggio della corrente, con un aumento della temperatura proporzionale all'intensità della corrente e al tempo di flusso.
La Legge di Joule stabilisce che la quantità di calore sviluppata in un conduttore è proporzionale al tempo, al quadrato dell'intensità della corrente e alla resistenza del conduttore, espressa nella formula Q= K y² R t.
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