L'elettricità è un fenomeno fisico dovuto al passaggio di elettroni in un materiale conduttore. Gli elettroni sono particelle di grandezza infinitesimale che ruotano attorno al nucleo di un atomo (composto da neutroni e protoni). Protoni ed elettroni si attraggono tra di loro e respingono altri del loro stesso tipo; quindi si dice che possiedono una "carica" (protoni +, elettroni -).
Gli elettroni possono muoversi con più o meno facilità attraverso un mezzo (detto conduttore) perché non sono legati ai nuclei attorno cui ruotano. Questo fa si che in particolari situazioni si possano osservare: flussi di elettroni, accumuli di elettroni e zone in carenza di elettroni all'interno di un materiale. I metalli sono detti materiali conduttori perché hanno una permeabilità magnetica >> 1 (cioè gli elettroni si muovono più liberamente al loro interno).
I materiali (specialmente quelli conduttori) possono essere caricati positivamente o negativamente "facendo muovere" gli elettroni, quindi spostandoli in modo da creare zone in eccesso e zone in carenza di elettroni. Questo può avvenire in diversi modi: carica per INDUZIONE (avvicinamento), carica per CONTATTO e carica per SFREGAMENTO.
Se si pongono una particella molto carica al centro di un piano e un'altra particella meno carica in un punto casuale, si può studiare l'effetto che la prima ha sulla seconda (effetto = forza percepita dalla seconda carica). Se questo procedimento si ripete abbastanza volte si può tracciare un CAMPO di valori che corrispondono alla forza misurata tra le due particelle. Questo è il CAMPO ELETTRICO, un campo vettoriale che descrive la forza percepita da una carica elettrica $q_0$ che si muove nello spazio.
Una carica immersa in un campo elettrico subisce una forza. La DIFFERENZA DI POTENZIALE è la misura della capacità di un campo elettrico di far spostare una carica nello spazio.
Se all'interno di un conduttore viene applicata una differenza di potenziale (due zone del conduttore con diversa concentrazione di elettroni) , gli elettroni tenderanno a spostarsi dalla zona con la concentrazione di carica positiva minore alla zona con la concentrazione di carica positiva maggiore. Si dice anche che gli elettroni si muovono dal punto con potenziale minore al punto con potenziale maggiore.
Possiamo misurare la velocità con cui avviene questo spostamento. => La CORRENTE è la quantità di carica che attraversa una superficie un arco di tempo. Per convezione la corrente si muove dal polo positivo al polo negativo, anche se in realtà è il contrario.
Ogni conduttore (nel caso di circuiti: filo) possiede una resistività, ovvero offre una certa resistenza al passaggio di corrente. La resistenza del conduttore dipende dalla lunghezza, dal diametro e dalla costante di resistività $R = \rho*\frac{l}{S}$ ( --> seconda legge di Ohm) Chiaramente, più sarà alta la resistenza del filo/conduttore, meno sarà la quantità di corrente che passa per esso. Questa relazione viene espressa nella Prima Legge di Ohm $$V=Ri$$ Affinché gli elettroni, sotto una forza costante (differenza di potenziale), si muovano ad una velocità costante e non ad una accelerazione costante, ci deve essere una "perdita" di energia nel movimento. Questo effettivamente avviene perché gli elettroni, nel loro passaggio, urtano i nuclei e parte dell'energia viene dispersa in calore. ( => questo è il motivo per cui specialmente le resistenze si surriscaldano al passaggio di corrente)
La POTENZA che un resistore dissipa in calore è data dalla legge di Joule: $P = Vi = \frac{V^2}{R} = Ri^2$
Diverse configurazioni/combinazioni di resistori vengono utilizzate nei circuiti elettrici per modellare il comportamento della corrente ed ottenere lo scopo desiderato. Le configurazioni più comuni tra resistori sono: - SERIE, $R_{eq} = R_1+R_2 + ... + R_n$ - PARALLELO $\frac{1}{R_{eq}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n}$ - STELLA - TRIANGOLO
!Pasted image 20250906114600.png Un CONDENSATORE è un componente elettrico costituito (generalmente) da due piastre di metallo separate da un materiale dielettrico (aria, etc...). Queste due piastre vengono poi caricate di cariche (una positiva, l'altra negativa), il che crea un campo elettrico tra le due. Si dice infatti che i condensatori immagazzinano energia sotto forma di campo elettrico. (=> a differenza delle batterie che utilizzano l'energia derivante da reazioni chimiche di ossidoriduzione).
Un condensatore ha un periodo di carica e di scarica. Queste sono finestre di tempo in cui il condensatore immagazzina/rilascia energia. Un condensatore "pieno", ovvero che ha raggiunto la sua massima capacità elettrica, viene detto a regime.
La CAPACITA' è la quantità massima di carica che un condensatore può immagazzinare e viene calcolata come $$C = \frac{Q}{V} = \upvarepsilon_0\frac{S}{d}$$ in quanto $V=Ed$ (la differenza di potenziale è data dal campo elettrico per la distanza tra le due piastre).
Si apre quindi lo studio dei circuiti con periodi di transizione in cui si riflettono gli stati di carica/scarica dei condensatori (e induttori). Durante i transitori di carica/scarica, i condensatori si comportano in modo diverso da come fanno a regime. Si considera carico un condensatore dopo $5\tau$, ovvero una volta raggiunto 98% della carica totale.
$\tau$ è la costante di tempo di un circuito $RC$ (resistenza/condensatore). E' una caratteristica propria di ogni circuito ed è calcolata con $$\tau = RC$$
!Pasted image 20250906114516.png Il duale del condensatore è l'INDUTTORE. Come il condensatore si oppone alle repentine variazioni di tensione, l'induttore si oppone alle repentine variazioni di corrente. In più, l'induttore immagazzina energia sotto forma di CAMPO MAGNETICO.
La costante di tempo nei circuiti $LC$ è calcolata con $$\tau=\frac{L}{C}$$
Transitori