Cosa sono i circuiti elettrici e la legge di Ohm

Per capire cosa sono i circuiti elettrici dobbiamo comprendere la differenza tra tensione, corrente e potenza, gli elementi dell’elettricità, oltre a quello di resistenza che ne definisce le caratteristiche. Dobbiamo poi conoscere i due modi principali con cui si possono collegare i componenti elettrici in un circuito e la legge più importante che ne regola il funzionamento, la legge di Ohm.

Bene, iniziamo!

Tensione, corrente, potenza e resistenza

In ogni apparecchio elettrico troviamo dei numeri con a fianco delle sigle: V, W, A.

V sta per Volt ed è l’unità di misura della tensione che prende il nome da Alessandro Volta, il fisico italiano inventore della batteria; i Volt misurano la tensione di alimentazione, ovvero la differenza di potenziale o “pressione” che fa fluire la corrente elettrica.

A sta per Ampere ed è l’unità di misura della corrente (i) che prende il nome da Andrè Marie Ampére, fisico francese; gli ampére misurano la quantità di carica al secondo che percorre una linea elettrica.

W sta per Watt ed è l’unità di misura della potenza che prende il nome da James Watt, l’ingegnere meccanico scozzese inventore della macchina a vapore; i watt misurano l’energia elettrica consumata in un secondo.

Per misurare la potenza di un dispositivo elettrico basta moltiplicare la tensione (V) per la corrente (A). Per conoscere il valore della corrente che attraverso un dispositivo elettrico, basta dividere il valore della tensione con cui funzionano (in Italia 230V) per la potenza indicata sul dispositivo stesso.

Con il concetto di resistenza entriamo nel vivo di un circuito elettrico perché senza di essa non funzionerebbe. Un circuito elettrico consiste di tre elementi: la tensione di alimentazione che deriva dalla sorgente elettrica (batteria o centrale elettrica), la corrente che esce dalla sorgente (batteria o presa a muro) e la resistenza elettrica che si oppone al passaggio della corrente stessa nel circuito.  E’ la resistenza che produce gli effetti desiderati (luce, movimento, calore, ecc.); alcuni esempi: la resistenza della lampadina converte l’energia elettrica in luce, mentre in una stufa elettrica la resistenza converte l’energia elettrica in calore. La resistenza si misura in Ohm.

Corrente continua e corrente alternata

In un circuito elettrico, la corrente può viaggiare nello stesso verso e ad una intensità costante oppure il suo verso può cambiare all’incirca 50 o 60 volte al secondo e la sua intensità può variare secondo una forma d’onda regolare. Un circuito alimentato a batteria fornisce corrente continua (stesso verso ed intensità costante), mentre la corrente elettrica che esce da una presa è a corrente alternata perché il suo verso cambia continuamente. La corrente continua e la corrente alternata danno scosse diverse: se prendi una scossa da corrente continua sentirai un dolore simile alla puntura di un ago, mentre proverai una sensazione di formicolio in caso di scossa da corrente alternata.

Legge di Ohm

La legge di Ohm è la legge fondamentale e più importante che regola i circuiti elettrici. La legge di Ohm afferma che la corrente (quella che si misura in ampére) è direttamente proporzionale alla tensione (quella che si esprime in volt) e inversamente proporzionale alla resistenza. In altre parole, più aumenta la resistenza minore sarà la corrente che esce dal circuito, ma più aumenta la tensione più aumenterà la corrente. Esempi di calcolo: se applico una tensione di 120 V ad una resistenza di 120 Ohm, la corrente risultante sarà 120/120 = 1A (ampére); se conosco il valore della corrente (1A) e quello della resistenza (120 ohm) posso ricavare il valore della tensione 1*120= 120 V. Ogni volta che due valori tra corrente, tensione e resistenza sono noti, sarà possibile ricavare il terzo valore grazie alla legge di Ohm.

Collegamenti in serie e in parallelo

Quando in un circuito ci sono più resistenze possiamo sostituirle con un’unica resistenza equivalente, ossia contate come una sola, ma il suo valore cambia a seconda di come sono disposte, in serie o in parallelo.

In un collegamento in serie, la resistenza equivalente si ottiene sommando i valori delle due resistenze; raddoppiando la resistenza, si dimezza la corrente, cosicché la luminosità, ad esempio, delle due lampadine sarà minore rispetto al caso in cui solo una lampadina è collegata al circuito; ne consegue che, per ottenere la stessa luminosità dovrai raddoppiare la tensione.

Se, invece, colleghiamo due lampadine in parallelo, ossia in due rami del circuito, esse riceveranno la stessa tensione e, visto che sono attraversate dalla stessa corrente, la luminosità non cambia, ma la corrente risulta così raddoppiata e, di conseguenza, anche il consumo.

A presto!

Cinzia Malaguti

 

Bibliografia:

K. Fujitaki, I manga delle scienze, Elettromagnetismo, Roma, La Repubblica/Le scienze, 2016