Tensione, corrente, legge di ohm e potenza
 


 

Tensione, corrente, legge di ohm e potenza

La tensione

Quando due corpi hanno una differenza di carica, quindi l'uno ha una quantità di elettroni diversa dall'altro, si ha una differenza di elettroni e quindi una d.d.p. (differenza di potenziale) o tensione. Essa si misura in volt con simbolo V, il nome è stato dato in onore al fisico italiano Alessandro Volta (Como 1745-1827), inventore della pila. La tensione si può paragonare a un palazzo, più alto sarà il palazzo più alta sarà la tensione, più basso sarà quest'ultimo, minore sarà la tensione.

In elettronica si usano spesso analogie simili a questa per far capire più semplicemente un argomento, che senza di questi stratagemmi sarebbe difficile da capire al volo. Come si può vedere in figura ogni piano vale 10 volt. Il primo edificio è composto da un piano quindi vale 10 V, il secondo ne è composto da 4 (40 V) e il terzo da 3 (30 V). I voltaggi in questione sono riferiti al pianterreno, ma se si prendono altri riferimenti le cose cambiano.

Se si considerano tutti gli edifici rispetto al primo, si arriva in conclusione che il primo edificio è 0 V, il secondo 30 V e il terzo 20 V. Se si considerano tutti dal 2 edificio, il primo vale  -30V il secondo 0 e il terzo -10V.  Per capire meglio il concetto basta pensare di guardare dagli edifici in questione. Se si sta al pianoterra si vedranno tutti i palazzi rispettivamente come 10V, 40V e 30V. Se si sta guardando dall'edificio 3, si vedrà il primo edificio con 20 piani mancanti quindi -20 volt, il secondo edificio con un piano in più 10V e il terzo dove si sta guardando 0 volt (si è situati a piano e non c'è nessun dislivello).

La corrente

Se colleghiamo un filo conduttore ai poli della batteria, si avrà una corrente che circolerà in esso, ed è la quantità di elettroni (Q - Coulomb) (simbolo C) che passano in una sezione di conduttore nell'unità di tempo (t - secondi). Un Coulomb corrisponde ad una quantità di elettroni pari a 6,24×1018. Se quindi se in un conduttore passa una corrente di un ampère per un tempo di un secondo, esso sarà attraversato da 6.240.000.000.000.000.000 elettroni, ossia sei milioni duecento quarantamila triliardi di elettroni circa un miliardo di volte gli abitanti presenti sul pianeta terra!

Maggiore saranno gli elettroni che passano in un secondo, maggiore sarà la corrente che circolerà attraverso il conduttore. La natura della corrente si evince dalla caratteristica che hanno due corpi (aventi quantità d'elettroni o di carica elettrica differenti) quando sono a contatto, nella quale, cercano di assumere una carica elettrica uguale, in modo da eliminare il dislivello energetico, proprio questo spostamento di elettroni è detto "corrente". La corrente è espressa in Ampère (simbolo: A, pronuncia Amper), nome che deriva da quello del suo scopritore, il fisico francese André-Marie Ampère (1775-1836).

Legge di ohm

Questa legge lega la tensione e la corrente con un altro parametro detto "resistenza". Quest'ultimo esprime in che quantità un materiale si fa attraversare da corrente. Più alta sarà la resistenza minore sarà la corrente che circolerà a parità di tensione. Minore sarà la resistenza maggiore sarà la corrente che circolerà a parità di tensione. Si può così dire che la corrente è direttamente proporzionale alla tensione ed inversamente proporzionale alla resistenza. La formula della legge di ohm e le sue derivanti sono le seguenti:

Con queste formule che sono le derivanti della legge di ohm (V=R*I) è possibile risolvere vari tipi di problemi. Nella prima figura è possibile calcolare la corrente che circola in un semplice circuito formato da una lampadina, una batteria e del filo conduttore.

N.B. Una lampadina ha un filamento che ha una certa resistenza.

In quest'altra figura è raffigurato come ricavare la tensione, conoscendo la corrente e la resistenza del filamento della lampadina.

In quest'altra ancora è raffigurato come calcolare la resistenza del filamento conoscendo la tensione di batteria e la corrente che circola nel circuito.

In elettronica esistono componenti chiamati "resistori" (chiamati volgarmente resistenze), che offrono una certa resistenza di specifico valore. Si possono reperire presso un negozio di elettronica o rifornitori  per i riparatori di televisori, comunque su internet c'è la possibilità di comprarli dappertutto. Oppure recuperarli da apparecchi fuori uso od obsoleti. La figura di lato raffigura un resistore a strato metallico.

Resistenza e conduttanza

L'unità di misura della resistenza è l'ohm con simbolo Ω (Omega), ed indica la resistenza che il materiale oppone agli elettroni, oltre a questo parametro c'è la "conduttanza" che si misura in siemens con simbolo S ed indica la conducibilità che ha il materiale nei confronti degli elettroni, inoltre essa è uguale al reciproco della resistenza (1/Resistenza) quindi R è anche uguale 1/Siemens. Il siemens prende il nome dal fisico Werner von Siemens. L'unità equivalente del siemens è il mho.

Lavoro e potenza

Quando si usa l'acqua calda di uno scaldabagno elettrico oppure si cucina o riscalda un alimento su un fornello elettrico, si sta inconsapevolmente sfruttando l'effetto joule nel quale partecipa la resistenza all'interno di questi tipi di apparecchi o utilizzatori. Quindi l'effetto joule è l'effetto termico prodotto da un conduttore quando viene attraversato da una corrente elettrica, se si ha una produzione di energia termica di conseguenza si ha anche un lavoro per produrla e questo è misurato in joule. Se si parlasse di una potenza prolungata per certo lasso di tempo si sta parlerebbe di lavoro, maggiore sarà il tempo impiegato, maggiore sarà il lavoro compiuto a parità di potenza. In formula il lavoro è espresso:

Dove L è il lavoro espresso in joule, P la potenza che viene espressa in watt con simbolo (W) e t il tempo in secondi (s). Dalla cui formula è possibile ricavare:

 

Un altro modo per calcolare la potenza mediante parametri come tensione e corrente e il seguente:

L'esempio seguente mostra come calcolare la potenza dissipata e il lavoro svolto dai circuiti precedenti.

Potenza:

Lavoro per un minuto (60 secondi):

Lavoro per un ora (3600 secondi):

 

 

 

 

 
 

 

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