Tensione e corrente

Pompe e tubature idrauliche

Nelle reti elettriche DC le due grandezze elettriche di riferimento sono la tensione e la corrente.

Corrente

Della corrente (elettrica) possiamo dare due definizioni:

Come osservazione è bene sapere che 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 della tensione o del campo magnetico generato.

Graficamente la corrente si rappresenta come frecce (verdi in figura) direttamente disegnate sopra il conduttore che la conduce (rossi in figura). Nella figura sono disegnate tre correnti: I1 entra nel nodo ed in parte esce orizzontalmente (I3) ed in parte verticalmente (I2).

Rappresentazione della corrente in un circuito

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.

Tensione

Della tensione (elettrica) possiamo dare tre "definizioni":

La tensione si indica con una freccia (blu in figura) 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.

Indicazione di due tensioni

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 (anche se in francese ed in inglese voltage è corretto).

Spazio all'immaginazione...

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:

Generatori ed utilizzatori

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), rappresentato nell'immagine seguente con tre differenti simboli, per i nostri scopi equivalenti. I generatori in figura generano una tensione Va (potenziale positivo in alto nei disegni seguenti) e come conseguenza, solo nel caso di circuito chiuso, una corrente Ia (in senso orario).

Simboli di generatori di tensione

I generatori sono caratterizzati dal fatto che le frecce che indicano la tensione e la corrente hanno lo stesso verso (verso l'alto in figura).

Un'osservazione importante: i generatori 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 è disegnato come un rettangolo:

Tensione e corrente in un utilizzatore

Gli utilizzatori sono caratterizzati dal fatto che le frecce che indicano la tensione e la corrente hanno verso opposto.

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:

Legame qualitativo tra tensione e corrente in un utilizzatore

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:

In caso particolare

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.

Formula di Ohm

Dove:

Per esempio possiamo applicare la formula di Ohm al seguente circuito, ottenendo V2 = R2 · I2.

Legge di Ohm

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.

Note

  1. Qui è descritto un generatore di tensione ideale indipendente: in esso la tensione generata non dipende né dalla corrente generata né da altre grandezze. Ovviamente è un'astrazione, ma sufficiente per i nostri scopi
  2. Nel circuito dell'esempio I1 = I2, quindi è corretto anche V1 = R1 · I2
  3. Spesso la formula è usata, senza cambiamenti, esprimendo le grandezze in mA, kΩ e volt
  4. Un bipolo è un componente collegato al resto del circuito esclusivamente attraverso una coppia di morsetti
  5. A volte uno dei due punti non è esplicitamente indicato. In questo caso si intende che la tensione è misurata rispetto ad un punto comune a tutto il circuito indicato come massa o riferimento di tensione (reference ground)


Data di creazione di questa pagina: gennaio 2020
Ultima modifica: 13 febbraio 2020


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