E1 Elettricità e magnetismo
Circuiti elettrici
Generatori elettrici: la pila
La pila elettrica è stato il
primo
generatore
di
corrente utilizzato dall'uomo.
La pila trasforma l'energia
chimica
dei
suoi
componenti in energia
elettrica.
La corrente generata da una
pila è continua, ovvero:
- ha intensità costante
- gli elettroni si muovono
sempre
nella
stessa
direzione.
La pila è stata il primo generatore di corrente elettrica
costruito e utilizzato dall'uomo. La sua invenzione si deve
all'italiano Alessandro Volta, che la realizzò nei primi anni del
XIX secolo.
La pila di Volta era costituita da una colonna di dischi di
rame e zinco separati tra loro da un feltro imbevuto di acqua
acidulata (o salata). Volta osservò che tra gli estremi (poli)
della pila così costruita si generava una tensione elettrica o
differenza di potenziale. Ciò accade perché tra i metalli e la
soluzione elettrolitica (l'acqua acidulata) si verifica una
reazione chimica, che causa un accumulo di elettroni al polo
negativo. La corrente elettrica generata dalla pila è una
corrente continua, cioè di intensità costante e con il flusso di
elettroni sempre nella stessa direzione.
Le moderne pile a secco (zinco-carbone o alcaline) non
hanno un funzionamento molto diverso dal prototipo ideato
da Volta più di due secoli fa. Oggi si utilizzano degli
accumulatori di carica elettrica, noti anche come “pile
ricaricabili”. Tali dispositivi, quando sono esauriti, possono
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Elettricità e magnetismo
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essere ricaricati applicando ai poli una corrente elettrica. I più
utilizzati sono gli accumulatori al piombo (le “batterie” delle
automobili) e le pile agli ioni di litio, utilizzate per i telefoni
cellulari, i tablet ed i laptop (computer portatili).
Circuiti elettrici
Un circuito elettrico elementare si compone dei seguenti
elementi:
•
generatore (pila): mantiene la differenza di potenziale
ai capi del conduttore permettendo alla corrente di
scorrere nel circuito. Si indica con il simbolo
rappresentato in fig. 1:
•
utilizzatori: sono gli apparecchi o i dispositivi che
utilizzano la corrente elettrica, come gli elettrodomestici
o le lampadine. Si possono indicare con il simbolo
rappresentato nella fig.2 e sono chiamati anche
resistenze.
•
interruttori: sono i comandi che permettono di chiudere
o aprire un circuito elettrico. Si indicano i simboli
rappresentati nella fig. 3 e 4.
+
-
Fig. 1 - Pila
Fig. 2 - Utilizzatore
E' possibile collegare i vari elementi di un circuito in due modi:
in serie e in parallelo (fig. 5 e 6).
Fig. 3 – Interruttore aperto
+
-
Fig. 5 – Collegamento in serie
2
+
-
Fig. 6 – Collegamento in parallelo
Fig. 4 – Interruttore chiuso
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Collegamento in serie
Quando gli utilizzatori sono collegati in serie, accade che:
•
gli elementi sono percorsi tutti dalla stessa corrente di
intensità I.
•
il guasto di uno degli utilizzatori interrompe la corrente
nel circuito impedendo il funzionamento degli altri.
•
In corrispondenza degli utilizzatori si verifica una
caduta di tensione tale che la somma delle tensioni V1,
V2 e V3 è pari alla tensione V della pila ai capi del
circuito. Si ha quindi: V=V1+V2+V3.
V1
V2
V3
R1
R2
R3
I
+
-
V
Per questo motivo, se ho tre utilizzatori che necessitano di
una determinata tensione, dovrò utilizzare una pila di
voltaggio pari alla somma di tali tensioni. Esempio: se ogni
lampadina funziona con 1,5 V dovrò usare una pila da 4,5 V.
Si possono collegare in serie anche le pile, con il risultato
di avere una tensione nel circuito pari alla somma delle
singole tensioni:
+V1-
+V2-
+ V3
-
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V=V1+V2+V3
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Collegamento in parallelo
Quando gli utilizzatori sono collegati in parallelo, accade che:
•
gli elementi sono sottoposti tutti alla stessa tensione V.
•
il guasto di uno degli utilizzatori non impedisce il
regolare funzionamento degli altri.
•
In corrispondenza degli utilizzatori si verifica una
caduta di corrente tale che la somma delle intensità I1,
I2 e I3 è pari all'intensità I immessa dalla pila ai capi del
circuito. Si ha quindi: I=I1+I2+I3
R1
R2
I1
I2
R3
I3
+
-
I
V
Questo tipo di collegamento è quello utilizzato negli
impianti domestici, in modo che il guasto di uno degli
utilizzatori non pregiudichi il funzionamento degli altri.
-
I2
I3
+
+
I1
+
-
Si possono collegare in parallelo anche le pile, con il
risultato di avere un'intensità di corrente nel circuito pari alla
somma delle singole intensità:
I=I1+I2+I3
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