“La gioia nell’osservare e nel comprendere è il
dono più bello della natura”
A. Einstein
Argomenti da trattare:
•Generatori di corrente
• Forza elettromotrice
• Effetto Joule
La cascata è una celebre litografia di M.C.
Escher, in cui è rappresentato il concetto di
moto perpetuo. Un inganno della percezione ci
mostra uno strano circuito idraulico
“impossibile” in cui l’acqua azione le pale di
un mulino e torna spontaneamente ad
alimentare la stessa cascata. La disposizione
delle colonne ci tende un tranello inviando al
cervello indizi visivi contraddittori che ci
inducono a ricostruire mentalmente uno
spazio tridimensionale assurdo. Ma la
conoscenza della fisica ci aiuta a non cadere
vittima dell’imbroglio: al disegno di Escher
manca qualcosa. L’acqua non risale
spontaneamente un pendio e l’unica cosa che
può fare è cadere. Solo una pompa idraulica
che utilizzi energia e lavori nel verso contrario
alle linee del campo può restituire all’acqua
l’energia perduta lungo la discesa. Per fare ciò
la pompa deve spingere l’acqua nel verso
opposto rispetto al campo gravitazionale,
mentre lungo la cascata il moto ha lo stesso
verso del campo gravitazionale.
Generatori di corrente
L’equivalente della pompa idraulica è
il generatore di corrente. Un
generatore di corrente è un dispositivo
capace di compiere un lavoro contro le
forze del campo elettrico, spingendo le
cariche nel verso opposto a quello che
avrebbero se lasciate a loro stesse.
Se colleghiamo i polo opposti di un generatore con un
filo conduttore, le cariche negative si muovono nel filo
verso il polo positivo, attratte dalle cariche di segno
opposto, mentre all’interno del generatore si muovono in
direzione contraria ripristinando la differenza di
potenziale.
I generatori di corrente hanno varie applicazioni e
vengono usati specialmente nell’industria tecnologica
ad esempio sono utilizzati per costruire le macchine
fotografiche. Se un dispositivo viene collegato ai poli di
un generatore, tramite fili conduttori, realizziamo un
circuito elettrico. Quando si forma una struttura lineare
chiusa il passaggio di corrente è continuo e il circuito si
definisce chiuso mentre se il collegamento presenta
un’interruzione il circuito si definisce aperto e non vi è
passaggio di corrente.
Forza elettromotrice
La grandezza che quantifica la differenza di
potenziale è detta forza elettromotrice. Tale forza
viene definita come il rapporto tra il lavoro L
compiuto dal generatore per spostare una carica q
tra i suoi poli e la carica q stessa ; se la carica è
positiva la F( em ) è il lavoro compiuto per spostarla
dal polo negativo a quello positivo , se la carica è
negativa viceversa.
L

F em q
La potenza elettrica
Il generatore mantiene la differenza di
potenziale ai suoi poli compiendo un
lavoro. La potenza elettrica p erogata dal
generatore è uguale al lavoro compiuto
contro le forze del campo su una carica q
nell’unità di tempo, dato dalla formula:
L qv
P

t
t
dove L=qΔV è il lavoro compiuto dalle forze
del campo sulla carica q nell’unità di
tempo. Se nel circuito circola una corrente
elettrica di intensità i costante, allora la
carica q è direttamente proporzionale
all’intervallo di tempo ∆t
q=i∆t
cioè sostituendo q nell’espressione della
potenza elettrica si ha:
P=∆Vi
James Prescott Joule
James Prescott Joule (Salford, 24
dicembre 1818 – Sale, 11 ottobre 1889) fu
un fisico britannico. Si dedicò sin da
giovane a ricerche scientifiche che
eseguiva cercando di spingere all'estremo
limite l'accuratezza e la precisione delle
misurazioni. Si interessò del calore e
delle sue connessioni con l'elettricità e la
meccanica. All’età di 25 anni effettuò il
primo tentativo di definire l'unità di
misura della corrente elettrica,
attualmente rappresentata dall'ampere.
Nel 1841, indagando sugli effetti termici,
inviò alla Royal Society un articolo in cui
dimostrava che un conduttore
attraversato da corrente elettrica produce
calore in quantità proporzionale alla
resistenza del conduttore e al quadrato
della corrente stessa. Questo fenomeno è
oggi chiamato effetto Joule.
Effetto Joule
L’effetto Joule è il fenomeno
per cui il passaggio di corrente
elettrica attraverso un
conduttore è accompagnato
dallo sviluppo di calore. La
potenza dissipata da un
resistore percorso da corrente
di intensità i, e ai cui estremi è
applicata una differenza di
potenziale ∆V, è data dal calore
prodotto per effetto Joule
quindi è direttamente
proporzionale alla resistenza
del conduttore e al quadrato
dell'intensità della corrente che
lo attraversa. Possiamo a
questo punto definire la
resistenza elettrica come
l'attitudine di un conduttore a
trasformare l'energia elettrica
che lo percorre in calore.
Quando in un apparecchio
elettrico si richiede che la
percentuale di energia elettrica
convertita in calore sia molto alta,
occorrerà aumentare il più
possibile la resistenza
dell'apparecchio. Questo avviene
per esempio nelle stufe o nei ferri
da stiro. In altri casi, invece, è
essenziale che venga dispersa
meno energia possibile e, benché
non sia possibile eliminare
completamente l'effetto Joule, si
cerca di minimizzare il
riscaldamento utilizzando
materiali a bassa resistenza, come
l'oro, l'argento o il rame. Per
questo motivo i cavi che collegano
tra loro gli apparecchi elettrici o
quelli che portano l'elettricità
nelle case sono di rame.
L’Effetto Joule è quindi un fenomeno macroscopico che
corrisponde a un aumento dell’energia cinetica delle particelle
microscopiche che si manifesta al passaggio di corrente a causa
degli urti degli elettroni.
P  Ri 2
Video illustrativo
https://www.youtube.com/watch?v=tVeDUvAB0NM