circuito elettrico

Ci
circuito elettrico
Una corrente elettrica è un flusso continuo
di particelle dotate di carica che può
scorrere soltanto in un circuito formato
da una catena ininterrotta di elementi
conduttori. Nel circuito deve esserci
un generatore, per esempio una pila, in
grado di far muovere le cariche elettriche.
Il passaggio della corrente serve
per trasportare sia energia sia informazioni.
In una torcia elettrica l’energia della pila
è trasmessa alla lampadina che si accende.
In un circuito telefonico, la corrente che
vi scorre, modulata dalla nostra voce,
trasporta informazioni permettendoci
di conversare a distanza
per esempio una pila, la dinamo della bicicletta, gli impianti delle centrali elettriche che alimentano le prese
della corrente di casa nostra.
Ma non dobbiamo pensare che gli elettroni siano contenuti nel generatore e che ne escano fuori per lanciarsi lungo il circuito; a differenza delle macchine da
corsa essi inizialmente non si trovano tutti sulla linea
di partenza. L’intero circuito, infatti, è sempre ‘pieno’
di elettroni. Queste particelle si trovano all’interno dei
corpi conduttori perché ne fanno parte e si muovono
in gruppo quando entra in funzione il generatore.
Il più semplice circuito elettrico è costituito da un generatore, da un apparecchio utilizzatore e dai conduttori
metallici che li collegano per chiudere il circuito. In
una torcia elettrica il generatore è la pila e l’utilizzatore è la lampadina. Di solito un circuito comprende
anche un interruttore, che serve per comandare il passaggio della corrente. Quando l’interruttore viene
abbassato, si chiude il circuito e la corrente può passare; quando viene alzato, si interrompe la catena di
conduttori elettrici e allora la corrente non può più
scorrere.
circuito elettrico
Una catena chiusa di conduttori dove scorre la corrente elettrica
microchip
1 miliardesimo 1milionesimo di A
torcia 1 A
LA CORRENTE ELETTRICA
CHE COS’È UN CIRCUITO ELETTRICO
E COME FUNZIONA
In un circuito di Formula 1 le macchine in gara si muovono lungo un percorso chiuso, dove punto di partenza e di arrivo coincidono. Qualcosa di simile avviene in
un circuito elettrico; anch’esso è un percorso chiuso
dove però si muovono particelle cariche. Nella maggior parte dei casi si tratta di elettroni che hanno la
proprietà di possedere una carica negativa.
Un circuito elettrico, più precisamente, è costituito da
una catena ininterrotta di elementi che si lasciano attraversare da particelle cariche e per questo sono chiamati conduttori elettrici: un filo metallico, una lampadina, la ‘resistenza’ di uno scaldabagno ne sono esempi.
Gli elettroni non gareggiano fra loro ma si spostano più
o meno tutti assieme. Ciò che li spinge lungo il circuito
è la forza, di natura elettrica, prodotta da un generatore,
apparecchio
utilizzatore
(lampadina)
conduttore
metallico
interruttore
aperto
elettroni
interruttore
chiuso
generatore elettrico (pila)
L’intensità della corrente che scorre in un circuito elettrico è l’equivalente della portata di un corso d’acqua.
L’intensità di corrente rappresenta infatti il numero di
cariche elettriche che attraversano una sezione
qualsiasi del circuito in un determinato intervallo di tempo. Questa grandezza si misura in ampere (A): 1 ampere corrisponde a circa 6 miliardi
di miliardi di elettroni al secondo: è un numero
grandissimo per il semplice motivo che la carica
elettrica posseduta da un singolo elettrone è piccolissima. Per farci un’idea, diciamo che 1 ampere è approssimativamente la corrente che deve scorrere in
una torcia elettrica per far accendere la lampadina. Per
far marciare un locomotore elettrico occorre una corrente molto più intensa, attorno a 1.000 A. Ancora più
intense, di circa 100.000 A, ma di brevissima durata, sono le correnti generate quando scocca un fulmine. Ma
anche correnti elettriche debolissime possono essere
molto importanti. Per esempio, sono indispensabili le
correnti che, mentre stiamo leggendo, portano informazioni dagli occhi al cervello attraversando i circuiti
formati dalle fibre del nostro sistema nervoso; oppure
quelle di intensità compresa fra un miliardesimo e un
milionesimo di ampere, che fanno funzionare i milioni di circuiti elettronici (microchips) contenuti all’interno di un calcolatore.
CORRENTE, TENSIONE E RESISTENZA
DI UN CIRCUITO
Da che cosa dipende l’intensità della corrente che scorre in un circuito elettrico? I fattori essenziali sono due:
la tensione elettrica del generatore, che rappresenta la
forza con cui il generatore spinge le cariche elettriche
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locomotore elettrico
1.000 A
fulmine
100.000 A
Ci
forza applicata = tensione elettrica
una presa di corrente a 220 V, soprattutto se la pelle fosse umida e quindi la sua resistenza decisamente minore.
circuito elettrico
CIRCUITI PER TRASMETTERE ENERGIA
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sezione del tubo = inverso della resistenza elettrica
Un circuito elettrico
può essere studiato
in analogia con
un circuito idraulico:
il flusso di liquido
corrisponde
alla intensità
di corrente; la forza
applicata sul pistone,
alla tensione
elettrica; la sezione
del tubo all’inverso
della resistenza
elettrica.
Il flusso di liquido
è direttamente
proporzionale
alla forza applicata
e alla sezione
del tubo;
di conseguenza
l’intensità di corrente
è direttamente
proporzionale
alla tensione elettrica
e all’inverso della
resistenza
Il sistema
di distribuzione
dell’energia elettrica
dalla centrale
all’utenza finale
centrale
elettrica
flusso d’acqua = intensità di corrente elettrica
aumento della forza
(aumento della tensione elettrica)
aumento del flusso
(aumento dell’intensità di corrente elettrica)
diminuzione sezione tubo
(resistenza elettrica maggiore)
diminuzione flusso
(diminuzione dell’intensità di corrente elettrica)
attraverso il circuito, e la resistenza, chiamata resistenza
elettrica, che il circuito offre al passaggio della corrente.
Più precisamente, l’intensità (I) della corrente è direttamente proporzionale alla tensione (V) del generatore e inversamente proporzionale alla resistenza (R) del
circuito, secondo la legge
I V/R.
La corrente si misura in ampere, la tensione in volt (V)
e la resistenza in ohm (Ω).
Facciamo un esempio servendoci di una pila di pochi
volt. Se ne toccate i poli (le estremità), il vostro corpo agisce da conduttore e chiude il circuito. Dato che la resistenza della pelle è molto grande – compresa fra centomila e un milione di ohm – la corrente che vi attraversa è
di pochi milionesimi di ampere, cioè debolissima e per
nulla pericolosa. Ben più intensa e sicuramente dannosa, invece, sarebbe la corrente se si toccassero i poli di
linea ad alta
tensione
utenza finale
220 V
6.000 V
trasformatore
da 220.000 V
a 380.000 V
trasporto
trasformatore
Tutta l’Italia, come gli altri paesi industrializzati, è attraversata da linee elettriche che trasportano energia a distanza, costituendo così una gigantesca rete di circuiti
fra loro collegati. In questi circuiti scorrono correnti
molto intense che servono per trasmettere l’energia
elettrica prodotta dai generatori delle centrali fino agli
apparecchi utilizzatori collocati in città, industrie e abitazioni sparse sul territorio. Le distanze maggiori sono
coperte da linee nelle quali la tensione fra i conduttori
è di centinaia di migliaia di volt: in Italia le linee a
220.000 e 380.000 V si estendono su oltre 20.000 km. Sono le linee ad alta tensione e permettono di trasportare
energia elettrica a grande distanza limitandone la perdita, sotto forma di calore, durante il tragitto.
Per innalzare la tensione ai livelli delle linee e poi per
abbassarla al livello con cui viene distribuita nelle abitazioni (220 V) si usano apparecchi chiamati trasformatori.
CIRCUITI PER TRASMETTERE INFORMAZIONI
Altre reti di circuiti elettrici, costituite da linee meno
visibili di quelle usate per trasportare energia, ma non
meno importanti, coprono tutto il territorio e raggiungono praticamente tutte le abitazioni. Sono le reti di comunicazione, che comprendono i circuiti telefonici – dove scorrono correnti di intensità variabile
e proporzionali all’intensità della voce – e quelli adibiti alla trasmissione di dati fra calcolatori, come la rete
Internet, dove i segnali sono impulsi con solo due possibili livelli (segnali binari).
I circuiti per comunicare a distanza, come nel caso del
telegrafo, sono stati realizzati vari decenni prima di
quelli per il trasporto dell’energia. La prima linea telegrafica, che collegava Baltimora e Washington su una
distanza di 60 km, risale al 1845; il primo collegamento
in Italia a corrente alternata fra una centrale elettrica e
una città è invece del 1892, quando l’impianto idroelettrico che sfruttava le cascate dell’Aniene a Tivoli fu
collegato da una linea elettrica alla città di Roma.
Nei sistemi di comunicazione, oggi si preferisce sostituire i circuiti elettrici con circuiti ottici. I segnali
che trasportano l’informazione non sono più le particelle dotate di carica, ma gli impulsi luminosi che
viaggiano in sottilissime fibre ottiche, al ritmo di miliardi al secondo.
Giovanni Vittorio Pallottino
I cortocircuiti elettrici
Collegando con un filo
metallico i poli di un
generatore, si crea un
cortocircuito, cioè un
circuito che presenta
resistenza molto bassa, e
dove quindi scorre una
corrente molto intensa,
che produce forte calore.
Il generatore può venire
danneggiato, anche
irreparabilmente,
da questo tipo
di collegamento. Se, per
esempio, il cortocircuito
avviene fra i poli della rete
elettrica può addirittura
scoppiare un incendio.