Nelle reti elettriche DC (Direct Current, corrente continua) le due grandezze elettriche fondamentali sono la tensione (V) e la corrente (I).
Della corrente (elettrica) possiamo dare due definizioni:
La misura diretta della corrente è in genere poca gradita al tecnico elettronico in quanto l'interruzione di un circuito è sempre problematica. In genere si preferisce una misura indiretta, per esempio attraverso la tensione ai capi di un resistore oppure il campo magnetico intorno al conduttore.
Graficamente la corrente si rappresenta come frecce disegnate direttamente sopra i conduttori (verdi nella figura seguente). Ovviamente la corrente si muove nel verso della freccia (nota 8). Nella figura sono disegnate tre correnti: la corrente I1 entra nel nodo ed in parte esce orizzontalmente, I3, ed in parte verticalmente, I2 (nota 7).
Occorre osservare che, in una rete DC, la corrente è possibile solo se esiste un percorso chiuso: le cariche non possono infatti "accumularsi", ma devono potersi muovere continuamente, tornando da dove sono arrivate.
La corrente si misura in ampere (minuscolo), con simbolo A (maiuscolo e senza punto finale). In genere si usano i sottomultipli, spesso mA (10-3 A) e µA (10-6 A).
Tra i sinonimi, il termine intensità di corrente, amato dai fisici, non è in genere apprezzato in ambito tecnico, soprattutto se si elimina la seconda parte, lasciando solo intensità. Il termine amperaggio è semplicemente sbagliato e particolarmente irritante alle orecchie di un tecnico (nota 9).
Della tensione (elettrica) possiamo dare tre "definizioni":
La tensione si indica con una freccia (blu nella figura seguente) posta a fianco dei componente ai cui capi vene misurata, con la punta rivolta verso il potenziale maggiore. In figura è indicata la tensione Va. A volte la freccia è disegnata incurvata (nota 7).
Alcune osservazioni:
La tensione si misura in volt (minuscolo e senza s finale), con simbolo V (maiuscolo e senza punto finale)
Tra i sinonimi, il termine differenza di potenziale (ddp), amato dai fisici, è meno usato in ambito tecnico. I termini forza elettromotrice (fem) e caduta di tensione sono a volte usati per indicare, rispettivamente, la tensione a vuoto di un generatore o la tensione ai capi di un utilizzatore. Il temine voltaggio è semplicemente sbagliato e particolarmente irritante alle orecchie di un tecnico (nota 9). Da notare che in francese ed in inglese voltage è corretto).
Prima di proseguire è utile, con la fantasia, visualizzare con estrema naturalezza l'immagine di una tensione che spinge elettroni all'interno di un circuito. Tensione e corrente sono infatti grandezza diverse, ma in qualche modo legate; il "vedere gli elettroni che si muovono sospinti dalla tensione" è cosa utile prima di applicare formule e metodi rigorosi.
Qualche immagine o analogia utile:
Un generatore è un bipolo (nota 4) che genera una tensione e/o una corrente, trasformano una generica forma di energia in un'energia elettrica.
Nella quasi totalità dei casi si fa riferimento ad un generatore di tensione (nota 1); esso è rappresentato nell'immagine seguente con tre differenti simboli, per i nostri scopi equivalenti.
I generatori di tensione generano ai loro capi una tensione Va con, in questi esempi, il potenziale positivo in alto.
Come conseguenza, solo nel caso di circuito chiuso, generano anche una corrente Ia uscente dal polo positivo:
I generatori sono caratterizzati dal fatto che la freccia che indica la tensione e quella che indica la corrente hanno lo stesso verso (negli esempi in figura: verso l'alto). Questa affermazione è indicato come convenzione dei generatori.
Un'osservazione importante: i generatori di tensione indicati sono ideali, cioè ai loro capi è presente una tensione rigorosamente costante ed indipendente dalla corrente. Tali generatori non solo non esistono nella realtà, ma possono portare a scrivere anche equazioni teoriche impossibili da risolvere.
Un utilizzatore è un bipolo (nota 4) che trasforma una energia di tipo elettrico (tensione e/o corrente) in un'altra forma di energia (movimento, luce, calore...).
Nello schema, il generico utilizzatore può essere disegnato come un rettangolo:
Gli utilizzatori sono caratterizzati dal fatto che la freccia che indica la tensione e quella che indica la corrente hanno verso opposto. Questa affermazione è nota come convenzione degli utilizzatori.
Confrontando quest'ultimo circuito con quelli sopra riportati:
Il legame tra i valori numerici di corrente e tensione di un utilizzatore dipende ovviamente dal tipo di bipolo (nota 4); di seguito tre esempi qualitativi (in giallo, rosso ed azzurro) in cui i valori di tensione e corrente sono riportati in forma grafica:
I segni riportati nel grafico sono positivi se concordi con le frecce riportate sul simbolo: per questo sono utilizzati solo il primo ed il terzo quadrante del piano cartesiano.
Spesso la linea che indica il legame tra corrente e tensione è indicata con i termini curva caratteristica oppure curva volt-amperometrica.
Un aspetto comune alle tre curve caratteristiche degli utilizzatori è il passaggio per l'origine degli assi: se la tensione è nulla, anche la corrente è nulla.
Altri aspetti invece non sono una regola, ma solo casi particolari, più o meno frequenti:
Due ulteriori esempi:
Una osservazione finale: alcuni componenti possono, in momenti diversi, comportarsi da utilizzatore oppure da generatore:
Alcuni utilizzatori hanno una curva caratteristica molto simile ad una retta passante per l'origine, come la linea azzurra sopra rappresentata. Si tratta di un caso particolare, ma caratteristico di un bipolo (nota 4) molto utilizzato nei circuiti elettronici: il resistore.
Per questo componente (e solo per questo componente) il legame tra tensione e corrente ha una forma particolarmente semplice, nota come legge di Ohm.
Dove:
Per esempio possiamo applicare la formula di Ohm al seguente circuito, ottenendo V2 = R2 · I2.
Pur nell'estrema semplicità, un sacco di studenti sbagliano ad applicare questa formula. Due tipici errori:
R1, R2 e Va sono componenti in serie, cioè attraversati dalla stessa corrente, argomento affrontato in questa pagina.
Data di creazione di questa pagina: gennaio 2020
Ultima modifica: 17 settembre 2024
In apertura della pagina trovate una fotografia del ridente paese di Voltaggio, in provincia di Alessandria. CC BY 3.0, Mcbiofa (Fabio Cavo)
Appunti scolastici - Versione 0.1029 - Gennaio 2025
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