IL elettrodinamica è la branca della fisica che studia la cariche elettriche in movimento. I principali concetti studiati in quest'area sono corrente elettrica (i), resistenza elettrica (R) e potenza elettrica (P).
IL corrente elettrica è il movimento ordinato delle cariche ed è determinato dalla quantità di carica (ΔQ) che passa in un dato tempo (Δt). La sua unità di misura è l'ampere (A).
IL resistenza elettrica si trova attraverso la Legge di 1° e 2° di Ohm, che mettono in relazione la resistenza alla tensione (U) e alla corrente (i), nonché la resistenza al tipo di materiale di cui è fatto il conduttore. La sua unità di misura è l'ohm (Ω).
IL energia elettrica è l'efficienza del dispositivo per trasformare l'energia, in questo caso energia elettrica. La sua unità di misura è il watt (w).
Leggi anche: Leggi di Ohm — Leggi fondamentali per lo studio dell'elettricità
Riepilogo
- L'elettrodinamica studia la carica in movimento.
- I tre concetti principali dell'elettrodinamica sono: corrente elettrica, resistenza elettrica e potenza elettrica.
- La corrente elettrica (i) è la quantità di carica che passa attraverso un conduttore in un dato tempo.
- La resistenza elettrica è la difficoltà di far passare la corrente in un conduttore.
- La resistenza elettrica obbedisce alla legge di 1° e 2° di Ohm, formulata da Georg Simon Ohm.
- La prima legge di ohm mette in relazione la tensione (U) con la corrente elettrica (i).
- Se la resistenza di un conduttore è costante, chiamiamo questo resistore un ohmico.
- La seconda legge dell'ohm collega la resistenza elettrica al tipo e alla forma del materiale di cui è fatto il conduttore.
- L'energia elettrica è l'efficienza della trasformazione dell'energia e può essere trovata attraverso la tensione e la corrente di un dispositivo.
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Che cos'è l'elettrodinamica?
È una sotto-area della Fisica che sta dentro eelettricità. IL preoccupazione in questo settore è studiare il movimento di cariche elettriche. Pertanto, lo studio dell'elettrodinamica consiste nella comprensione e nell'applicazione della corrente elettrica, della resistenza elettrica e dell'energia elettrica.
Concetti principali di elettrodinamica
L'elettrodinamica si occupa di comprendere gli effetti delle cariche in movimento. Pertanto, i suoi concetti principali sono: corrente elettrica, resistenza elettrica e potenza elettrica
Corrente elettrica
IL corrente elettrica è il movimento ordinato di cariche elettriche all'interno di un conduttore dovuto a una differenza di potenziale (ddp). L'intensità di corrente (i) è calcolata dalla quantità di cariche (ΔQ) che passano sul conduttore in un dato tempo (Δt):
i: corrente elettrica (C/s o A)
Q: carica elettrica (C)
t: tempo(i)
→ Lezione video: Elettrodinamica in Enem — Corrente elettrica
resistenza elettrica
IL Rresistenza eelettricoè la difficoltà nel far passare la corrente elettrica. Obbedisce alla prima e alla seconda legge di Ohm (leggi formulate da Georg Simon Ohm sul funzionamento della resistenza elettrica).
→ 1° legge di Ohm
IL1a legge di ohm determina che la corrente elettrica (i) è proporzionale alla tensione (U) a cui è sottoposto il conduttore. E se questa relazione è costante, cioè se la resistenza elettrica (R) è costante, chiamiamo questi resistori ohmici.
i: corrente elettrica (A)
R: resistenza elettrica (Ω)
U: tensione (V)
→ 2° legge di ohm
ILLa seconda legge di Ohmdetermina che la resistenza elettrica è una caratteristica del corpo e dipende dalla forma (lunghezza e superficie) e dal materiale di cui è fatto il corpo, la resistività (ρ). La seconda legge di Ohm mette in relazione queste due caratteristiche.
L: lunghezza del conduttore (L)
R: resistenza elettrica (Ω)
A: area del conduttore (m2)
ρ: resistività (Ω. m2)
→ Videoclasse: Elettrodinamica in Enem — Resistenza elettrica e leggi di Ohm
Energia elettrica
La potenza è l'efficienza dell'apparecchiatura nel trasformare l'energia, ovvero la velocità con cui il dispositivo è in grado di trasformare un'energia (ΔE) in un'altra. Si misura in watt (W).
Nel caso dell'energia elettrica, abbiamo l'efficienza di trasformare l'energia elettrica in altre energie, come termico, luminoso e sonoro.
P: potenza elettrica (A.V o W)
i: corrente elettrica (A)
U: tensione (V)
Per trovare l'energia elettrica in resistori, possiamo modificare questa prima equazione di potenza elettrica insieme all'equazione di resistenza elettrica. Isolando la tensione (U), nell'equazione della resistenza elettrica, si ha:
Sostituendo la U nell'equazione della potenza elettrica, abbiamo:
E possiamo ancora trovare un'altra equazione che isola la corrente (i) nell'equazione della resistenza elettrica e la sostituisce nell'equazione della potenza elettrica:
Leggi anche: Circuiti elettrici — collegamenti che consentono la circolazione della corrente elettrica
Elettrodinamica in Enem
L'elettrodinamica può essere trovata facilmente nella vita di tutti i giorni in qualsiasi dispositivo elettrico che usiamo. Quindi questo è una delle materie più richieste, in Fisica, all'Enem.
Con questo in mente, le questioni che coinvolgono circuiti, come la doccia elettrica e le lampadine, che comportano la trasformazione dell'energia, tra le altre, sono questioni di analisi elettrodinamica. Diamo un'occhiata a un esempio di seguito.
(Enem 2016) Una lampada a LED (diodo ad emissione luminosa), che funziona con 12V e corrente continua di 0,45 A, produce la stessa quantità di luce di una lampada ad incandescenza con una potenza di 60 W.
Qual è il valore della riduzione del consumo energetico quando si sostituisce la lampada ad incandescenza con quella a LED?
Risoluzione
Usando l'equazione della potenza e inserendo le informazioni nella dichiarazione, abbiamo:
Poiché l'esercizio richiede la riduzione della potenza, abbiamo che la potenza della lampada ad incandescenza era di 60 W e quella del LED di 5,4 W. Sottraendo l'uno dall'altro si ha una riduzione di 54,6 W.
Esercizi risolti sull'elettrodinamica
1. (Eni 2017) La capacità di una batteria con accumulatori, come quella utilizzata nell'impianto elettrico di un'automobile, è specificata in ampere ora (Ah). Una batteria da 12V, 100Ah fornisce 12J per ogni coulomb di carica che la attraversa.
Se un generatore, con resistenza interna trascurabile, che fornisce una potenza elettrica media pari a 600 W, collegato ai terminali della batteria descritti, quanto tempo impiegherebbe per ricaricarlo? completamente?
a) 0,5 h
b) 2 ore
c) 12 ore
d) 50 ore
e) 100 h
Risoluzione
Alternativa B.
Per conoscere l'ora, dobbiamo calcolare la quantità di energia totale quando la carica è completa, cioè quando la quantità di carica Q è pari a 100A.h. Poiché il carico si vede normalmente in coulomb, trasformiamo l'unità di misurare. Poiché in un'ora abbiamo 3600 secondi, possiamo moltiplicare 100 A.h per 3600 secondi, lasciandoci con 360000 C.
Se 1 C fornisce 12 J di energia, per regola di tre, 360000 C forniscono 432000 J:
Utilizzando l'equazione della potenza e il tempo di isolamento (t):
Trasformando i secondi in ore, abbiamo 7200 secondi = 2 ore.
2. (Enem 2016) Un elettricista deve installare una doccia da 220V - 4400W a 6800W. Per l'installazione delle docce si consiglia una rete adeguata, con fili di diametro adeguato e a interruttore dimensionato per la potenza e la corrente elettrica, dotato di un margine di tolleranza ristretto del 10%. Gli interruttori automatici sono dispositivi di sicurezza utilizzati per proteggere gli impianti elettrici da cortocircuiti e sovraccarichi elettrici e deve essere disinserito ogni qualvolta vi sia un passaggio di corrente elettrica superiore a quello consentito nel dispositivo.
Per realizzare un'installazione sicura di questa doccia, il valore della corrente massima dell'interruttore deve essere:
a) 20 A
b) 25 A
c) 30 A
d) 35 La
e) 40 A
Risoluzione
Alternativa D.
Per trovare la corrente massima che può fluire attraverso l'interruttore, dobbiamo utilizzare il valore di potenza massima (6800W) nell'equazione della potenza elettrica:
Ma la dichiarazione afferma che l'interruttore prevede il 10% in più di corrente, quindi per calcolare questa differenza:
Sommando i due, abbiamo un valore approssimativo di 33 A.
di Gabriela de Oliveira
Insegnante di fisica
