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Forza elettromotrice
Il fluire della corrente in un circuito è dovuto al movimento ordinato degli elettroni di conduzione ed è causata da una differenza di potenziale stabilita agli estremi di un filo conduttore. Il verso convenzionale della corrente è quello che avrebbero dei portatori di carica positivi, cioè un verso dal potenziale più alto a quello più basso. Possiamo comunque immaginare la corrente come un fluire di cariche postive dal potenziale più alto a quello più basso perché il loro effetto è identico a quello di un'uguale carica negativa che si muova dal potenziale più basso a quello più alto.
- Gli elettroni perdono energia potenziale elettrica
- Gli elettroni acquistano energia potenziale elettrica
- Gli elettroni conservano l'energia potenziale elettrica
Gli elettroni si muovono spontaneamente dal potenziale più basso a quello più alto, verso le zone in cui l'energia potenziale è minima. In tutti i moti spontanei (cioè dovuti solo alle forze del campo) si perde energia potenziale e quindi le cariche si trovano ad avere una energia potenziale minima. Le cariche si muovono a velocità costante a causa degli urti con gli ioni del reticolo e quindi non aumentano la loro energia cinetica. Chi o cosa fornisce l'energia necessaria perché la corrente continui a fluire?
Il dispositivo che compie lavoro sulle cariche ridando loro l'energia potenziale perduta si chiama generatore elettrico.
Analogia gravitazionale
Il moto delle cariche in un circuito può essere paragonato al moto di alcune sfere che vengono sollevate fino ad una certa altezza e poi fatte cadere in un liquido viscoso nel quale scendono a velocità costante. Nella caduta l'energia potenziale si trasforma in calore. Il ruolo del generatore è quello di chi fornisce alle biglie l'energia potenziale necessaria.
ε = Lavoro / carica
Il termine forza elettromotrice non deve trarre in inganno. Non si tratta di una forza e nemmeno di una grandezza vettoriale.
- newton
- joule
- volt
La forza elettromotrice ha le dimensioni fisiche [energia / carica] che sono quelle di una differenza di potenziale.
Un generatore ideale fornisce una differenza di potenziale uguale alla forza elettromotrice nominale, ma nella realtà la differenza di potenziale fornita al circuito è minore della forza elettromotrice nominale. Per un generatore reale, la forza elettromotrice è la differenza di potenziale misurata tra i poli a circuito aperto (cioè con corrente zero). Quando nel circuito passa corrente si ha una perdita o caduta di potenziale dovuta alla resistenza interna del generatore reale e che dipende anche dalla corrente che fluisce nel circuito. Maggiore è la corrente, maggiore è la caduta di potenziale.
Le pile trasformano energia chimica in energia elettrica e magnetica (intorno alla corrente si crea un campo magnetico). Nei generatori dell'impianto elettrico casalingo, l'energia è generata lontano dall'impianto, in una centrale elettrica. L'energia elettrica si può ottenere anche con i pannelli fotovoltaici che trasformano l'energia luminosa in elettrica.
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Copyleft Ludovica Battista