Dipoli Elettrici e Energia Potenziale Elettrica
Un dipolo elettrico è un sistema composto da due cariche di uguale grandezza ma di segno opposto, separate da una distanza fissa. Il momento di dipolo elettrico (P) è un vettore che ha per modulo il prodotto della carica q per la distanza d che separa le cariche: P=q×d. In presenza di un campo elettrico esterno, un dipolo tende ad allinearsi con il campo. L'energia potenziale elettrica è l'energia immagazzinata a causa della posizione di una carica in un campo elettrico. La differenza di energia potenziale tra due punti, A e B, è definita come il lavoro necessario per spostare una carica unitaria da A a B e dipende esclusivamente dalle posizioni relative dei due punti nel campo elettrico.Potenziale Elettrico e Relazione con il Campo Elettrico
Il potenziale elettrico (V), espresso in Volt (V), è l'energia potenziale elettrica per unità di carica in un punto del campo elettrico. La differenza di potenziale (ΔV) tra due punti è l'energia necessaria per spostare una carica unitaria da un punto all'altro. L'elettron-Volt (eV) è l'unità di misura dell'energia equivalente all'energia acquisita o persa da una carica elementare quando attraversa una differenza di potenziale di 1 Volt. Il campo elettrico (E) è strettamente legato al potenziale elettrico attraverso la relazione E=-ΔV/d, dove d è la distanza tra i punti considerati e il segno meno indica che il campo elettrico è diretto dal potenziale più alto a quello più basso.Conduttori, Isolanti e Polarizzazione
I conduttori sono materiali che consentono il libero movimento delle cariche elettriche, come i metalli, grazie alla presenza di elettroni liberi. In un campo elettrico, le cariche libere si spostano fino a raggiungere un equilibrio, annullando il campo elettrico all'interno del conduttore. Gli isolanti, o dielettrici, sono materiali in cui le cariche sono fortemente legate agli atomi e non possono muoversi liberamente. Tuttavia, in presenza di un campo elettrico, gli isolanti possono subire una polarizzazione: le cariche si spostano leggermente all'interno degli atomi o molecole, creando un momento di dipolo indotto che riduce l'intensità del campo elettrico applicato.Condensatori e Capacità Elettrica
Un condensatore è un dispositivo in grado di immagazzinare energia elettrica separando cariche positive e negative su due conduttori, detti armature, posti a una certa distanza. La capacità elettrica (C) di un condensatore è definita come la quantità di carica elettrica che può essere accumulata per unità di differenza di potenziale e si misura in Farad (F). L'inserimento di un dielettrico tra le armature aumenta la capacità del condensatore riducendo il campo elettrico e quindi la forza tra le cariche. La formula per la capacità di un condensatore piano è C=ε0×εr×A/d, dove ε0 è la permittività del vuoto, εr la permittività relativa del dielettrico, A l'area delle armature e d la distanza tra di esse. L'energia immagazzinata in un condensatore è data dal lavoro necessario per separare le cariche e può essere calcolata con la formula U=1/2×C×(ΔV)^2.Corrente Elettrica e Resistenza
La corrente elettrica è il flusso ordinato di cariche attraverso un conduttore e viene misurata in Ampere (A), dove 1 Ampere corrisponde al passaggio di 1 Coulomb di carica al secondo. La resistenza elettrica (R) è la proprietà di un materiale di opporsi al passaggio della corrente e viene espressa in ohm (Ω). La legge di Ohm stabilisce che la corrente (I) è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale (ΔV) applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del circuito: I=ΔV/R. La resistività è una caratteristica specifica del materiale e dipende dalla sua composizione, temperatura e dimensioni fisiche.Circuiti Elettrici e Potenza Dissipata
I circuiti elettrici possono essere composti da resistenze collegate in serie o in parallelo, influenzando la distribuzione della corrente e della tensione nel circuito. La potenza dissipata in una resistenza è l'energia trasformata in calore per effetto Joule e si calcola come P=I×ΔV, dove P è la potenza in Watt (W), I la corrente in Ampere e ΔV la differenza di potenziale in Volt. Se la resistenza segue la legge di Ohm, la potenza può essere espressa anche come P=I^2×R o P=(ΔV)^2/R. La potenza rappresenta l'energia consumata per unità di tempo e può essere convertita in energia (Joule) moltiplicando per il tempo durante il quale la potenza viene esercitata.
