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Corrente elettrica, differenza di potenziale e circuiti elettrici

La corrente elettrica è la quantità di carica che scorre in un secondo, I = Q/t, e si misura in ampere con un amperometro collegato in serie. La differenza di potenziale è il lavoro per spostare una carica unitaria tra due punti, V = W/Q, e si misura in volt con un voltmetro collegato in parallelo. La carica scorre solo in un circuito chiuso.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Ecco un circuito semplice: una pila, un interruttore, una lampadina e un amperometro collegati con filo di rame. L'interruttore è aperto, quindi il percorso è interrotto e non scorre nulla.
  2. Chiudi l'interruttore. Ora il percorso è completo, le minuscole cariche si mettono in moto e la lampadina si accende. La quantità di carica che passa ogni secondo è la corrente: I = Q ÷ t.
  3. Guarda le due frecce. Gli elettroni in realtà vanno dal polo − al polo +. Ma per una vecchia convenzione disegniamo la corrente da + a −. Questa è la corrente convenzionale.
  4. Un voltmetro verde è collegato ai capi della lampadina. Ora aggiungiamo una seconda pila. La spinta, chiamata differenza di potenziale, passa da 1.5 V a 3 V e anche la corrente aumenta.
  5. Ogni componente ha un nome breve e un simbolo da usare negli schemi dei circuiti: pila, interruttore, lampadina, amperometro in serie, voltmetro in parallelo.
  6. Tocca a te: accendi e spegni, cambia il numero di pile e osserva l'amperometro, il voltmetro e il contatore di carica qui sotto.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Perché la lampadina non si accende quando l'interruttore è aperto?

Un interruttore aperto interrompe il percorso. La carica può continuare a scorrere solo in un anello chiuso, quindi la corrente è zero in tutto il circuito.

La corrente viene consumata nella lampadina?

No. La lettura dell'amperometro è la stessa prima e dopo la lampadina, perché escono le stesse cariche che sono entrate. La lampadina prende energia dalle cariche, non le cariche stesse.

Se gli elettroni vanno da − a +, perché disegniamo la corrente da + a −?

Il verso fu fissato prima che si conoscessero gli elettroni. Manteniamo la vecchia regola (corrente convenzionale) così tutti i libri e gli schemi sono d'accordo.

Perché il voltmetro si collega ai capi della lampadina e non lungo l'anello?

Misura la differenza tra due punti, quindi i suoi due puntali devono toccare i due estremi della lampadina. La sua resistenza molto alta fa sì che quasi nessuna corrente lo attraversi.

Perché aggiungere una pila aumenta la corrente?

Due pile danno una spinta maggiore (3 V invece di 1.5 V). La stessa lampadina allora lascia passare più carica ogni secondo.

Le cariche si muovono molto velocemente in un filo?

Gli elettroni avanzano lentamente, meno di un millimetro al secondo, ma tutto il filo ne è già pieno, quindi si mettono tutti in moto quasi subito quando chiudi l'interruttore.

Che cosa sono la carica elettrica e la corrente elettrica?

Tutta la materia contiene minuscole particelle cariche. In un filo di metallo alcuni elettroni sono liberi di muoversi. Quando si spostano in una direzione, la carica scorre. La corrente elettrica indica quanta carica passa in un punto ogni secondo:

I = Q / t

La carica Q si misura in coulomb (C), il tempo t in secondi e la corrente I in ampere (A). Quindi 1 ampere significa 1 coulomb di carica che passa ogni secondo. Un coulomb è la carica di circa 6.25 × 1018 elettroni e un elettrone porta 1.6 × 10−19 C. Le correnti piccole si scrivono in milliampere (1 mA = 10−3 A) o in microampere (1 µA = 10−6 A).

Il verso della corrente elettrica

Gli scienziati scelsero il verso della corrente prima che gli elettroni fossero scoperti. Scelsero il verso in cui si muoverebbe una carica positiva: dal polo positivo al polo negativo, fuori dalla pila. Questa è la corrente convenzionale. Gli elettroni sono negativi, quindi in realtà si spostano nel verso opposto, da − a +. In tutti gli schemi dei circuiti si disegna la corrente convenzionale.

Il circuito elettrico e l'amperometro

Un circuito elettrico è un percorso chiuso e senza interruzioni per la carica. Se l'interruttore è aperto o un filo è rotto, il circuito è aperto e in nessun punto scorre corrente.

La corrente si misura con un amperometro. Va sempre collegato in serie, così la stessa corrente lo attraversa. Un amperometro ha una resistenza molto bassa, quindi non cambia quasi per nulla la corrente che misura. Il suo morsetto + va verso il lato + della pila.

Che cos'è la differenza di potenziale?

La carica non scorre da sola. Ha bisogno di una spinta, come l'acqua ha bisogno di un dislivello per scendere in un tubo. Una pila compie un lavoro chimico per mantenere un polo a un potenziale elettrico più alto dell'altro. La differenza di potenziale (d.d.p.) tra due punti è il lavoro necessario per spostare una carica unitaria da un punto all'altro:

V = W / Q

La sua unità SI è il volt (V): 1 volt = 1 joule per coulomb. Quindi se 1 J di lavoro sposta 1 C di carica tra due punti, la d.d.p. è 1 V. La differenza di potenziale si misura con un voltmetro, collegato in parallelo (ai capi) del componente. Un voltmetro ha una resistenza molto alta, quindi assorbe quasi nessuna corrente.

I simboli degli schemi dei circuiti

Disegnare pile e lampadine reali richiede tempo, quindi usiamo simboli standard:

All'esame spesso si chiede di disegnare un circuito con una pila, un interruttore, un resistore, un amperometro in serie e un voltmetro ai capi del resistore. Esercitati a disegnarlo in modo ordinato con linee dritte.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Una carica di 30 C attraversa una lampadina in 1 minuto. Trova la corrente.

t = 60 s. I = Q / t = 30 / 60 = 0.5 A.

2. Una corrente di 2 A scorre per 5 minuti. Quanta carica passa?

t = 5 × 60 = 300 s. Q = I × t = 2 × 300 = 600 C.

3. Quanto lavoro si compie per spostare 4 C di carica attraverso una d.d.p. di 12 V?

W = V × Q = 12 × 4 = 48 J.

4. Quanti elettroni formano una carica di 1 C?

n = Q / e = 1 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 6.25 × 10¹⁸ elettroni.

5. In un filo scorre una corrente di 0.4 A. Quanti elettroni passano in un punto in 2 secondi?

Q = I × t = 0.4 × 2 = 0.8 C. n = Q / e = 0.8 / (1.6 × 10⁻¹⁹) = 5 × 10¹⁸ elettroni.

6. Una batteria compie 360 J di lavoro per spingere la carica per 2 minuti in un circuito con una d.d.p. di 3 V. Trova la carica e la corrente.

Q = W / V = 360 / 3 = 120 C. t = 120 s, quindi I = Q / t = 120 / 120 = 1 A.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. L'unità SI della corrente elettrica è:
2. Un amperometro si collega sempre:
3. 1 volt è uguale a:
4. 10 C di carica scorrono in 5 s. La corrente è:
5. Il verso della corrente convenzionale è:

Esercizi: rispondi da solo

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Domande frequenti

Che cos'è la corrente elettrica in parole semplici?

È la quantità di carica elettrica che passa in un punto in un secondo. I = Q / t, e si misura in ampere.

Qual è la differenza tra corrente e differenza di potenziale?

La corrente è il flusso di carica; la differenza di potenziale è la spinta (lavoro per unità di carica) che la fa scorrere. La corrente si misura in ampere con un amperometro in serie; la d.d.p. in volt con un voltmetro in parallelo.

Questo argomento è nel programma di Classe 10 CBSE?

Sì. Corrente elettrica, differenza di potenziale e schemi dei circuiti aprono il capitolo Elettricità di Scienze della Classe 10 CBSE (unità Effetti della corrente).

Dove si studia

Canada (Ontario)Grade 9D. Physics
NetherlandsVWO 3 (onderbouw)Electricity and energy
NetherlandsVWO 5Charge and field (part 1)
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIElectricity
RomaniaClasa a VIII-aElectric and magnetic phenomena
RomaniaClasa a IX-aElectrical
RomaniaClasa a IX-aElectronics and automation
Spain2º ESOEnergy
Spain2º ESOProblem-solving process
Spain3º ESOEnergy
Spain3º ESOProblem-solving process
Spain1º BachilleratoElectrical and electronic systems
CBSE (India)Class 10Effects of Current
England (GCSE, A level)Year 9Physics: Electricity and electromagnetism
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 9Energy
Japan中学2年Field 1 (3): Electric current and its uses
Japan高校(専門学科)1〜3年Electrical Theory
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 8Electric current
FranceQuatrièmeEnergy
FrancePremièrePhysics-chemistry: Energy
FranceTerminalePhysics-chemistry: Energy
FranceTerminalePhysics-chemistry: Energy conversions and transfers
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
China九年级(初三)Ch.15 Current and circuits
China九年级(初三)Ch.16 Voltage and resistance

Da studiare prima

Da studiare dopo