Principi di elettrotecnica e elettronica

CARICA ELETTRICA
Si dimostra sperimentalmente che se strofiniamo una bacchetta di plastica su di un panno essa è in
grado
di
attrarre
dei
pezzettini
di
carta.
Questo fatto noi lo giustifichiamo dicendo che la bacchetta di plastica si è caricata di elettricità
negativa, cioè ha acquistato una carica elettrica negativa durante lo strofinio con il panno. Quando
noi avviciniamo la bacchetta alla carta, si verifica che la carta si carica di elettricità positiva e viene
attirata dalla bacchetta di plastica.
Quindi l'esperienza ci dice che esistono delle cariche elettriche. La carica elettrica può essere di
segno positivo, che indichiamo con + o di segno negativo che indichiamo con il - .
La carica elettrica si misura in Coulomb, che si abbrevia con la lettera C. Un elettrone possiede una
carica elettrica negativa di 1,6 10-19 C.
CORRENTE ELETTRICA
Se le cariche elettriche sono ferme non si ha passaggio di corrente elettrica. Quando una carica
elettrica si muove da un punto ad un altro si dice che vi è una corrente elettrica. Si dice corrente
elettrica il movimento di cariche elettriche. La corrente si misura in Ampere (si legge: amper, senza
la e finale), e si abbrevia con la lettera A.
Ogni grandezza elettrica si abbrevia con una lettera dell'alfabeto. Usiamo la lettera I per indicare la
corrente. Esempio volendo dire che vi è una corrente di 10 Ampere scriviamo: I = 10 A, che vuol
dire che vi è la corrente I che ha il valore di 10 ampere. Lo strumento che misura la corrente si dice
amperometro.
Per la corrente vi sono multipli e sottomultipli, come nella seguente tabella.
Si scrive
Si legge
Si moltiplica per
kA
Chiloamper
103
mA
Milliamper
10-3
mA
Microamper
10-6
I materiali esistenti in natura, li possiamo dividere in conduttori e in isolanti. Materiali conduttori
sono quelli che consentono il passaggio della corrente elettrica. Sono conduttori l'argento, il rame,
l'oro, l'alluminio, il ferro, l'acqua. Si dicono isolanti i materiali che non consentono il passaggio
della corrente elettrica; sono isolanti il marmo, il legno, la gomma, le materie plastiche, la bachelite,
il vetro, la carta.
GENERATORE DI TENSIONE
Per far muovere le cariche elettriche occorre una certa forza. Un componente in grado di far
muovere le cariche elettriche si dice generatore di tensione. Una pila è un generatore di tensione.
Una batteria dell'auto è un generatore di tensione. La tensione si misura in volt, che si abbrevia con
la lettera V. La tensione di solito la indichiamo con la lettera E. Esempio E = 12 V, vuol dire che
esiste una tensione E, che ha il valore di 12 volt. Lo strumento che misura la tensione elettrica si
dice voltmetro.
Per la tensione vi sono multipli e sottomultipli, come nella seguente tabella.
Si scrive
Si legge
Si moltiplica per
kV
Chilovolt
103
mV
Millivolt
10-3
mV
Microvolt
10-6
Il generatore di tensione è in grado di separare le cariche elettriche, facendo in modo che tutte le
cariche elettriche positive si trovino da un lato del generatore, invece tutte le cariche elettriche
negative si trovano dal lato opposto del generatore.
Possiamo notare una pila stilo da 1,5 V, col polo positivo verso l'alto; e una pila a ossido di
argento col positivo sul lato posteriore. (I marchi visibili sono di proprietà delle relative ditte
costruttrici)
Il simbolo del generatore di tensione è il seguente.
Si dice morsetto o polo del generatore una delle due parti terminali di un generatore di tensione.
Quindi il generatore ha due morsetti. Il morsetto si indica col simbolo:
Nel generatore vi è un morsetto positivo, che indichiamo col segno +, dove sono concentrate solo
cariche positive. Vi è inoltre un morsetto negativo, che indichiamo col segno -, dove sono
concentrate tutte le cariche negative.
Convenzioni sulla corrente e sui potenziali elettrici
In tutti i fenomeni elettrici è facile riscontrare che le cariche elettriche negative determinano sempre
o subiscono effetti uguali ma di segno opposto a quelli determinati o subiti dalle cariche positive.
Da questa proprietà discende che ogni movimento di cariche negative equivale, a tutti gli effetti
esterni, ad un movimento in senso opposto di cariche positive. Per questo fatto, il verso di una
corrente elettrica può essere indifferentemente riferito sia al movimento d’elettricità negativa, sia al
movimento in senso opposto d’elettricità positiva.
Per consuetudine si considera come verso convenzionale della corrente elettrica il verso di
scorrimento delle cariche positive rispetto alle cariche negative supposte fisse: tale verso è dunque
opposto a quello secondo cui realmente avviene il movimento degli elettroni lungo il circuito.
Fig.1 Versi convenzionali della f.e.m. e della d.d.p. con inserzione del Voltmetro e
dell'Amperometro
In relazione al verso convenzionale della corrente si fissa anche il verso convenzionale della f.e.m.
dei generatori, supponendo che le azioni interne agiscano nel senso di spostare le cariche positive
dal polo negativo al polo positivo (mentre in effetti accade l'opposto, in quanto sono gli elettroni
che vengono dislocati verso il polo negativo).
Si dirà pertanto che le f.e.m. dei generatori sono dirette convenzionalmente, lungo il
circuito interno, dal polo negativo al polo positivo, come è indicato dal verso E in figura.
Analogamente si dirà che la d.d.p. che esiste fra i poli di un generatore agisce dal polo positivo al
polo negativo.
Si esprime questo fatto dicendo che il polo positivo di un generatore è mantenuto a un potenziale
elettrico maggiore di quello dell'altro polo e che quindi le cariche positive tendono a muoversi
spontaneamente dai punti a potenziale maggiore verso i punti a potenziale minore; mentre gli
elettroni tendono a spostarsi dai punti a potenziale minore verso quelli a potenziale maggiore.
Alla superficie della terra viene attribuito un potenziale zero: ne segue che il valore del potenziale di
un dato punto potrà essere inteso come la d.d.p. fra questo punto e la terra: questo potenziale sarà
positivo o negativo a seconda che esso sia maggiore o minore di quello della terra.
La presenza di una d.d.p. fra due punti di un circuito, o il passaggio della corrente in un conduttore,
possono essere rilevati soltanto per via indiretta, sulla base degli effetti che si manifestano in
presenza appunto di una tensione o di una corrente.
Utilizzando opportunamente taluni di questi effetti si rende possibile costruire degli strumenti che
sono in grado, non solo di indicare, ma anche di fornire una misura della tensione o della corrente:
tali strumenti sono i voltmetri e gli amperometri.
CIRCUITO ELETTRICO
Si dice circuito elettrico un percorso chiuso, partendo da un punto qualsiasi e tornando allo stesso
punto. Ovviamente nel circuito vi deve essere almeno un componente elettrico. Il generatore di
tensione è un componente elettrico. Una lampada è un componente elettrico e si indica col simbolo.
Un interruttore è un componente elettrico, e si indica col simbolo.
Se l'interruttore è aperto
non passa corrente.
Se l'interruttore è chiuso la corrente passa. Quindi dato un semplice circuito:
composto da generatore di tensione, interruttore e lampada, quando l'interruttore è chiuso nel
circuito circola una certa corrente e la lampada si accende. Quando l'interruttore è aperto la corrente
non può circolare nel circuito e la lampada si spegne. La linea che unisce i vari componenti
rappresenta il filo elettrico. Il filo elettrico è fatto di rame, che è un materiale conduttore; l'esterno
del filo è rivestito di materiale isolante, di solito polivinilcloruro, per evitare pericoli per l'utente.
RESISTENZA
Quando la corrente circola in un circuito incontra un certo ostacolo durante il percorso. Vale a dire
che nonostante percorre il circuito alla velocità della luce, la corrente che può passare dipende da
come è costruito il componente, cioè dalla sua lunghezza, dalla sua sezione, dal materiale utilizzato.
Si dice resistenza di un componente elettrico l'ostacolo che esso oppone al passaggio della corrente
elettrica. Unità di misura della resistenza è l'ohm, che si abbrevia col simbolo W , che si legge ohm.
La resistenza di solito la indichiamo con la lettera R. Esempio R= 1.000 W , vuol dire che esiste
una resistenza R, che ha il valore di 1.000 ohm. Lo strumento che misura la resistenza si dice
ohmmetro.
Per la resistenza esistono i multipli, secondo la seguente tabella:
si scrive
Si legge
Si moltiplica
kW
Chiloohm
103
MW
Megaohm
106
Notiamo, da sinistra, un resistore a filo da 50 W, un resistore ad impasto, un resistore
variabile, detto potenziometro.
Ricordiamo che resistore è un componente, resistenza è la proprietà che ha il resistore.
Il simbolo elettrico del resistore è:
La resistenza di un filo si calcola con la seguente formula:
R = rL
S
Dove R è la resistenza, misurata in W , r è la resistività del materiale misurata in W mm2 / m, L è
la lunghezza del filo misurata in metri,Sè la sezione del filo misurata in mm2. Il r del rame è 0,0177
W mm2/ m. Ogni materiale ha la sua resistività. Un buon conduttore ha una bassa resistività, cioè
oppone poca resistenza al passaggio della corrente, invece un isolante ha una elevata resistività.
LEGGE DI OHM
La legge di Ohm è una legge fondamentale dell'elettrotecnica. Essa indica la relazione fra la
tensione e la corrente di un qualunque componente elettrico. La formula è la seguente:
V=RI
Dove V è la tensione ai capi del componente considerato, R è la resistenza del componente, I è la
corrente del componente. Tale formula ci dice che vi è una proporzionalità diretta tra tensione e
corrente del componente. Infatti, tenendo costante la resistenza del componente, all'aumentare della
tensione applicata ai capi del componente aumenta la corrente che circola nel componente stesso. 1
Bibliografia
http://www.scuolaelettrica.it/elettrotecnica/volume1.html. (s.d.). Tratto da http://www.scuolaelettrica.it/.
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http://www.scuolaelettrica.it/elettrotecnica/volume1.html