Christopher Kent Mineman - Didattica in rete

 

L'energia acquistata dalle cariche elettriche in moto nel circuito elettrico per superare la differenza di potenziale ΔV è data da:

Questa energia viene distribuita nei vari rami del circuito, e verrà trasformato in lavoro meccanico (se il carico è un motore elettrico), in energia raggiante (per una lampadina), o in altre forme ancora quali il calore.

Trattando l’ elettrostatica si è visto che il lavoro compiuto dalle forze del campo elettrico generato da un qualsivoglia sistema di cariche per portare una carica puntiforme q da un punto A ad un punto B dello spazio è dato da L = q ( V_A-V_B).

La formula resta valida anche per il calcolo del lavoro che un generatore elettrico compie sugli elettroni in moto in un circuito elettrico, per portarli dal morsetto positivo a quello negativo e rimetterli quindi in circolo (si rammenti la funzione della pompa nel circuito idraulico).

La differenza sta nel fatto che ora al posto di q puntiforme va posta la carica che attraversa il generatore (e quindi il circuito esterno): quest’ultima, come noto, è legata all’ intensità di corrente dalla relazione

Inoltre ora la quantità V_A-V_B rappresenta la differenza di potenziale ai capi del generatore, che si indica con ΔV o semplicemente con V (facendo attenzione a non confondere il potenziale con la differenza di potenziale).Ne viene che il lavoro che il generatore spende per spostare al suo interno una quantità di carica q e porla in circolo nel circuito esterno è pari a: L = Vq = VIΔt La potenza elettrica erogata dal generatore si ottiene semplicemente dividendo il lavoro per il tempo in cui è stato compiuto, ossia Δt . Sicché

La potenza quindi non esprime altro che il lavoro compiuto dal generatore nell’unità di tempo.La produzione di calore è intrinsecamente connessa ai meccanismi della conduzione: gli elettroni, urtando contro gli ioni del reticolo cristallino del conduttore, trasferiscono in parte ad essi la propria energia cinetica, aumentandone l’ agitazione e quindi la temperatura del conduttore. Questo fenomeno prende il nome di effetto Joule.Se il generatore alimenta un solo carico, di tipo resistivo, tutta la potenza messa in gioco si trasformerà in calore. Poiché la d.d.p. ai capi del resistore è V = RI, la potenza termica emessa da un resistore varrà: 

W= RI²=V²/R (W misurato in Watt).

Il concetto di potenza è stato introdotto inizialmente riguardo alle macchine termiche, per caratterizzarne le prestazioni.
Fisicamente, ogniqualvolta un sistema di forze compia lavoro, lo farà in un certo tempo: il rapporto tra il lavoro compiuto e il tempo impiegato a compierlo si chiama potenza.
L’unità di misura della potenza è il watt (W) = J/s. Il concetto di potenza è piuttosto intuitivo: ad esempio se un uomo trascina un oggetto tirandolo con una forza di 100 N per 5 metri, compirà un lavoro pari a 500 J. Se questo trascinamento viene compiuto in 2 secondi, la potenza sviluppata dall’ uomo sarà di 250 W., mentre se avviene, con comodo, in 20 secondi, la potenza sarà di 25 W.
Il lavoro finale è lo stesso: ciò che cambia sono le modalità con cui il lavoro viene svolto. Il fatto di "prendersela comoda" si traduce, rigorosamente, in "erogare una potenza inferioreIl calore prodotto da un resistore in un intervallo di Δt sarà quindi dato da
Q = RI² Δt. Poiché il calore viene solitamente misurato in calorie (ma bisognerà che ci si abitui ad esprimerlo in Joule, trattandolo come qualsiasi forma di energia), si ricordi che l'equivalenza tra le due unità di misura è la seguente:

1 cal = 4.1855 J