Appunti sull'energia elettrica.

1. Introduzione
Energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale
L’energia elettrica
E. Modica
erasmo@galois.it
Istituto Provinciale di Cultura e Lingue “Ninni Cassarà”
E. Modica erasmo@galois.it L’energia elettrica

2. Introduzione
Energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale
Introduzione
Consideriamo una carica elettrica positiva che si trova all’interno di
→
−
un campo elettrico uniforme E .
Le forze del campo elettrico compiono un lavoro per spostare la
carica +q dal punto A al punto B. Tale lavoro fa si che la carica
acquisti un’energia cinetica T = 1 mv 2 . Inoltre, il lavoro compiuto
→2
−
dalle forze del campo elettrico E è dato dalla formula:
L = F · s = qEs
essendo F = qE .
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3. Introduzione
Energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale
Energia potenziale elettrica
Analogamente a quanto avviene nel caso del campo gravitazionale,
in cui si definisce l’energia potenziale gravitazionale come
EP = mgh
con h altezza, è possibile definire l’energia potenziale elettrica
come segue. Consideriamo una carica elettrica positiva +q
→
−
all’interno di un campo elettrico uniforme E .
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4. Introduzione
Energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale
Energia potenziale elettrica
Quando la carica si trova nel punto A risentirà di una forza
repulsiva maggiore della forza che agisce su di essa quando si trova
nel punto B. Quindi, analogamente a quanto avviene per i corpi in
caduta libera che possiedono un’energia potenziale tanto maggiore
quanto più si trovano in alto, l’energia potenziale elettrica in A è
maggiore di quella in B.
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5. Introduzione
Energia potenziale elettrica
La differenza di potenziale
Energia potenziale elettrica
Definizione
L’ energia potenziale elettrica di una carica in un punto A è
uguale al lavoro compiuto dalla forza elettrica quando la carica si
sposta dalla posizione iniziale A a quella di riferimento (livello
zero).
Osservazione
L’energia potenziale immagazzinata nel campo elettrico è quella
che si trasforma in energia cinetica nel motori elettrici, in calore
nelle stufe elettriche, in energia luminosa nelle lampadine.
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6. Introduzione
Energia potenziale elettrica Moto naturale delle cariche elettriche
La differenza di potenziale
La differenza di potenziale
Consideriamo il campo elettrico generato da una carica puntiforme
+Q e avviciniamo una carica di prova q. Le forze del campo
respingono la carica di prova q verso l’esterno ed è come se essa
“scendesse” seguendo una discesa elettrica.
Osservando il disegno è semplice immaginare la presenza di un
“dislivello elettrico” tra due punti del campo elettrico generato da
+Q, che permette alla carica di prova q di muoversi.
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7. Introduzione
Energia potenziale elettrica Moto naturale delle cariche elettriche
La differenza di potenziale
La differenza di potenziale
Al fine di formalizzare questo concetto astratto di dislivello
elettrico, si introduce una grandezza fisica che prende il nome di
differenza di potenziale (d.d.p.).
Definizione
La differenza di potenziale VA − VB tra due punti A e B di un
campo elettrico è uguale al lavoro LA→B che le forze del campo
compiono quando la carica q si sposta da A a B, diviso per q
stessa. In formule:
LA→B
VA − VB =
q
Questa grandezza fisica viene anche detta tensione o voltaggio e
si misura in volt (V):
1J
1V =
1C
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8. Introduzione
Energia potenziale elettrica Moto naturale delle cariche elettriche
La differenza di potenziale
La differenza di potenziale
→
−
Se si considera un campo elettrico E uniforme, per calcolare la
d.d.p. tra i due punti A e B procediamo come segue:
LA→B qEs
LA→B = F ·s = qE ·s quindi VA −VB = = = Es
q q
Quindi la d.d.p. dipende dal campo elettrico e dalla distanza tra i
punti A e B.
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9. Introduzione
Energia potenziale elettrica Moto naturale delle cariche elettriche
La differenza di potenziale
Moto naturale delle cariche elettriche
Le cariche elettriche positive “scendono” lungo il dislivello
elettrico, ovvero si dirigono dai punti a potenziale più alto a
quelli a potenziale più basso.
Le cariche elettriche negative “salgono” lungo il dislivello
elettrico, ovvero si dirigono dai punti a potenziale più basso a
quelli a potenziale più alto.
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