dal 2015 - visita n. 2737
Richiami di Elettrologia
Richiami di Elettrologia

 

Richiami di Elettrologia


La corrente elettrica è un moto ordinato di cariche elettriche, definito operativamente come la quantità di carica elettrica che attraversa una determinata sezione nell'unità di tempo.
Generalmente si ha a che fare con cariche negative, gli elettroni, che scorrono in conduttori solidi, di solito dei metalli. In altri casi il flusso è costituito da cariche positive, come ad esempio gli ioni positivi nelle soluzioni elettrolitiche.


Dal momento che la direzione effettiva del flusso di cariche dipende dal fatto che esse siano positive o negative, si è stabilito che nello studio dei circuiti elettrici, in cui si prescinde dalla natura delle cariche, il verso convenzionale della corrente sia coincidente con quello delle cariche positive. In ultima analisi si suppone sempre che nei conduttori scorrano delle ipotetiche cariche positive. Tale convenzione si deve ad una proposta di Benjamin Franklin.
La corrente elettrica si indica tipicamente con la lettera I e si misura in multipli e sottomultipli di Ampere, abbreviato in A.

La corrente elettrica può essere debolissima, come quella che, all'interno degli organismi viventi, trasmette gli impulsi nervosi; può essere abbastanza forte, come quella che accende una lampadina della nostra stanza, e può essere fortissima, come quella che serve per la fusione dei metalli in un altoforno o fa viaggiare un treno a 200 km/h.




La differenza di potenziale è la causa che provoca il movimento delle cariche all'interno di un elemento conduttore. Quindi esiste una relazione diretta di causa (differenza di potenziale) ed effetto (corrente elettrica). Le cariche positive convenzionali fluiscono dal potenziale più (+) elevato al potenziale meno (-) elevato. Esempi di generatori di differenze di potenziale elettrico sono: la pila, la batteria, la dinamo.


La differenza di potenziale, chiamata anche tensione, si indica con l'espressione ΔV e si misura in multipli e sottomultipli di Volt, abbreviato in V.




La resistenza è l'ostacolo che le cariche elettriche incontrano nel loro fluire all'interno degli elementi conduttori. La spinta data dalla differenza di potenziale deve superare questo ostacolo che dipende sia dalla natura del materiale sia dalla geometria dello stesso. Questo vuol dire che materiali diversi, a parità di forma, opporranno resistenze diverse; ma anche che per uno stesso materiale la resistenza dipenderà dalla sua forma e dalle sue dimensioni. Il rapporto tra la resistenza e la corrente è inversamente proporzionale: se la resistenza aumenta la corrente diminuisce e viceversa.
La vignetta seguente, con i tre personaggi (Volt, Amp, Ohm), riassume più di tante parole la situazione di interdipendenza tra tensione, corrente, e resistenza (rispettivamente: causa, effetto ed ostacolo).


La resistenza elettrica si indica con R e si misura in multipli e sottomultipli di Ohm, abbreviato in Ω.
Un effetto collaterale importante causato dalla resistenza al fluire delle cariche è costituito dalla produzione di calore che è direttamente proporzionale alla quantità di cariche che transitano e direttamente proporzionale all'entità dell'ostacolo cioè alla resistenza del materiale conduttivo. I materiali che favoriscono il flusso di corrente vengono definiti conduttori, quelli che invece si oppongono al passaggio della corrente, vengono definiti isolanti. In realtà queste due classificazioni sono del tutto ideali in quanto nella realtà si passa con gradualità da materiali molto conduttori (conduttori quasi perfetti) a materiali pochissimo conduttori (isolanti quasi perfetti). I materiali conduttori più interessanti sono i metalli (oro, argento, rame, alluminio), che vengono usati per costruire i cavi elettrici. Ma anche i tessuti organici, quindi anche il nostro corpo, hanno la capacità di condurre correnti elettriche più o meno intense a seconda che siano più o meno umidi. Tra i materiali isolanti ricordiamo il vetro, il marmo, la plastica, la gomma, il sughero, (il legno e la carta se sono ben asciutti).




La legge di Ohm è la relazione matematica che lega corrente (I), tensione (V) e resistenza (R):

        V
I = ----
        R


La corrente è direttamente proporzionale alla tensione (causa) ed inversamente proporzionale alla resistenza (ostacolo).
Spesso serve esplicitare una delle tre grandezze in funzione delle altre due, la figura seguente può aiutare mnemonicamente a ricavare le relazioni derivate.



Quando frequentavo il liceo classico associavo la parola OHM alla parola UOMO, che in latino si traduce con VIR (da cui l'italiano virile) e quindi memorizzavo una delle relazioni che esprime la legge di Ohm: V=IR, le altre le derivavo con le normali regole delle equazioni, ma questa è un'altra storia.




La Potenza elettrica è la misura dell'energia sviluppata nell'unità di tempo, essa dipende dal prodotto della differenza di potenziale per la corrente che riesce a far scorrere in un detereminato circuito.
La potenza elettrica si indica con P e si misura in multipli e sottomultipli di Watt, abbreviato in W.

P = V I

Nel circuito di seguito indicato la pila fornisce energia al dispositivo collegato e gradualmente si scarica, mentre il circuito esterno dove scorrono le cariche trasforma in calore l'energia prelevata.


Il resistore, alimentato dalla pila da 1,5 V, ha una resistenza di 2,7 Ω, come si deduce leggendo il suo codice a barre colorate (vedi). Pertanto siamo in grado di calcolare sia il valore della corrente che scorre nel circuito:


I = V/R = 1,5 / 2,7 = 0,556 A

sia la potenza elettrica in gioco:


P = V I = 1,5 * 0,556 = 0,834 W

In linguaggio tecnico si dice anche che il carico resistivo (R), alimentato dal generatore di tensione (V), assorbe 0,556 A di corrente e dissipa in calore 0,834 W. Questi calcoli sono abbastanza frequenti nei circuiti elettronici dei sistemi di computer, anzi spesso poichè i valori in gioco sono, di norma, più piccoli si usano dei sottomultipli 1000 volte più piccoli e, quindi, nel nostro caso si dirà che la corrente è di 556 mA e la potenza è di 834 mW.




Calcolatore 4GrE

Combinando assieme la legge di Ohm e la legge della Potenza elettrica è possibile calcolare, note 2 delle grandezze elettriche in gioco, le altre 2, e quindi conoscere tutte e quattro le grandezze fondamentali che concorrono alla conoscenza di un circuito elettrico: Corrente, Tensione, Resistenza, Potenza.
E' evidente che si può fare tutto con l'aiuto delle semplici formule matematiche, ma chi se la sente di resistere oggi al fascino di una app che mi risolve automaticamente un tal problema!

Tensione mV V kV MV
Corrente mA A kA MA
Resistenza Ω
Potenza mW W kW MW
 


NOTA: il calcolatore 4GrE potrebbe essere sicuramente migliorato, da molti punti di vista; questa versione pur avendo solo un valore dimostrativo potrebbe essere di una qualche utilità.


















Menù
Introduzione
Richiami di Elettrologia
Segnali elettrici
Modello di Von Neumann



La meditazione non ha un significato che porta ad un fine. È sia significato che fine.
Jiddu Krishnamurti (1895-1986)

Valid CSS!
pagina generata in 0.001 secondi