Elettrotecnica - Appunti

Prof. Giuseppe

Le soluzioni elettrolitiche (I classe).

• Conduttori metallici: c'è solo il movimento di cariche negative, a causa del legame metallico che genera il cosiddetto "mare di elettroni", elettroni liberi di muoversi nel cristallo. Se non è presente un campo di forze esterno che genera questo movimento, la corrente risultante è nulla, dato che il moto casuale genera uno spostamento nullo di cariche.
• Se invece è presente un campo di forze nel cui verso si percorrono, la presenza di un campo di forze esterno, inverte genera un movimento ordinato (in aggiunta a quello casuale).

Soluzioni elettrolitiche: i portatori di carica (gli ioni) possono essere sia positivi che negativi. Ne consegue un'equilibrio di produzione delle correnti.

• Analogo al caso dei metalli, con la differenza che saranno presenti entrambi i contributi della carica netta.
• Abbiamo anche altri tipi di conduttori, i fenomeni di conduzione si attuano nei gas, correndo comunque, (es: tubi al Neon), conduzione nei gas: corrente nei gas, corrente neutra.
• Semi-conduttori: nel caso di atomi tetravalenti, come il silicio, presentano delle impurità come l'alluminio nelle celle (aumenta la valenza), questi elettroni "ancorati" osservano portatori di carica "buchi".
• Si parlando anche di conduzioni per buchi.
• (Silicio è tetravalente, alluminio è trivalente) —> 1 portatore di buco.

La corrente può essere misurata con uno strumento detto amperometro. La corrente assume tipo:

1. Analogico: scala graduata con una lancetta orientata a zero.
2. Digitale: numero letto su di uno display.

Viene indicato con il simbolo (A). I due morsetti dell’amperometro devono essere orientati: la corrente è entrante nel morsetto positivo e viceversa quello negativo.

Il campo elettrico è detto elettrostatico se le cariche che lo generano sono fisse nello spazio e nel tempo. Un campo elettrostatico è conservativo.

In generale possiamo avere due tipi di campi elettrici:

• Campo elettrico stazionario -> Conservativo
• Campo elettrico non stazionario -> Non conservativo

Un campo vettoriale K è conservativo se la circuitazione del campo lungo una linea chiusa è nulla.

_Γ¹ ∮_C K⋅dl = 0

Altra proprietà di un campo conservativo è che l'integrale lungo una linea (lavoro) non dipende dalla linea stessa ma dai poli estremi e dal verso di percorrenza.

_Γ² ∫_A^B K⋅dl = V_A - V_B

dove V è la funzione potenziale, definita da:

K⋅dl = dV ⇒ K = -∇V

Il lavoro compiuto per andare da A a B è fatto a spese dell'energia potenziale del sistema:

_ᴦ¹ ∫_A^B F⋅dl = -ΔU

Per un campo elettrico (forze per unità di carica), l'integrale ∫_A^B K⋅dl è il lavoro per unità di carica = tensione elettrica

Se il campo elettrico non è conservativo tale integrale è funzione del cammino percorso.

Tensione:

Per poter definire la tensione in un circuito tra due punti (A e B), una curva è passante per tali punti ed un verso di percorrenza.

V_AB = (1/q) ∫_A^B K⋅dl

La tensione è una grandezza algebrica scalare, il cui segno è dettato da un verso predefinito.

Se il campo elettrico è conservativo, abbiamo che

_A∫_B ^f(k·t)dl = V_A - V_B

Tensione esprimibile come differenza di potenziale

L'unità di misura delle tensione è il Volt (V).

Tra due punti si ha una differenza di potenziale di 1 Volt o tensione di 1 Volt quando il lavoro compiuto dal campo per spostare una carica elettrica di 1 C è pari ad 1 J.

Lo strumento di misurazione delle tensione è il voltmetro, strumento a morsetti orientati:

Esistono due convenzioni sui bipoli e sui versi di assegnare a correnti e tensioni:

Convenzione dell'utilizzatore: la corrente entra nel bipolo attraverso il morsetto positivo della tensione

Convenzione del generatore: la corrente esce dal bipolo attraverso il morsetto positivo della tensione

Consideriamo ora il caso di campo elettrico non conservativo

f k·t dl ≠0

Forza elettromotrice per unità di carica lungo una linea chiusa.

Il campo elettrico è non conservativo se le correnti sono variabili nel tempo.

Teorema di Faraday-Neumann:

dove _ΦB = ∫_S β·n dS

→ Flusso dell'induzione magnetica attraverso una superficie delimitata da γ, curva chiusa

Non è detto, però, che il campo sia non conservativo in tutti i punti.

Esempio pila:

Soluzione elettrolitica con due elettrodi: avviene un fenomeno di dissociazione elettrolitica a seguito