Corrente elettrica
La corrente elettrica è un flusso di elettroni che si stabilisce in un conduttore sotto l’azione di una differenza
di potenziale.
Il circuito elettrico
Affinché la corrente possa scorrere con continuità è necessario creare un circuito elettrico. Un circuito elettrico
è una sequenza chiusa di conduttori, in cui siano presenti un generatore di tensione (pila) e degli utilizzatori
di elettricità (es. una lampadina). All’interno del circuito troviamo anche l’interruttore, cioè il dispositivo che
consente di comandare il passaggio di corrente nel circuito.
Quando l’interruttore è chiuso la corrente passa; quando l’interruttore è aperto il circuito è interrotto e la corrente non può passare.
Interruttore aperto: la corrente non può circolare
Interruttore chiuso: la corrente può circolare
Intensità di corrente
L’intensità di corrente è la quantità di carica elettrica che attraversa una sezione S di un conduttore in un determinato tempo. In formula abbiamo:
I = Q/∆t
Nel SI (Sistema Internazionale) l’intensità di corrente si misura in Ampere (simbolo A)
L’intensità della corrente elettrica dipende dalla differenza di potenziale applicata al circuito da parte del generatore, quindi se invece di una pila ho una batteria l’intensità sarà molto più elevata.
L’intensità di corrente viene misurata con uno strumento, chiamato amperometro
La differenza di potenziale si misura invece con il voltmetro.
La prima legge di Ohm
Se la temperatura si mantiene costante l’intensità di corrente che percorre un conduttore è direttamente proporzionale alla tensione applicata. Quindi il rapporto tra tensione e intensità di corrente è costante.
Questa costante prende il nome di resistenza elettrica.
Resistenza elettrica (R)
La resistenza elettrica è una grandezza caratteristica di ogni circuito ed è uguale al rapporto (costante) tra la
tensione e l’intensità di corrente. Rappresenta l’opposizione esercitata dal circuito al passaggio di corrente,
quindi se la resistenza aumenta, l’intensità della corrente diminuisce.
R = ∆V/I
(formula della prima legge di Ohm)
La resistenza elettrica si misura in ohm (Ω) con uno strumento chiamato ohmetro.
La resistenza elettrica produce una dispersione di energia sotto forma di calore. Per questo motivo le resistenze
si scaldano quando sono percorse da corrente elettrica, talvolta fino a diventare incandescenti, come nel caso
delle lampadine.
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Enrico Tomelleri
La Seconda legge di Ohm
La resistenza elettrica in un conduttore è direttamente proporzionale alla lunghezza l del conduttore e inversamente proporzionale all’area della sua sezione.
R=ρ·l/S
La lettera greca ρ (leggi ro) si chiama resistività e dipende dal materiale di cui è fatto il conduttore.
La resistività si misura in Ω · m e aumenta al crescere della temperatura.
Più la resistività è bassa, più è bassa la resistenza, quindi è più facile il passaggio di corrente. Tra i materiali
conduttori quello con la resistività più bassa è l’argento, ma dal momento che è molto costoso solitamente si
utilizza il rame. Per linee elettriche che devono trasportare elettricità a grande distanza invece si preferisce
l’alluminio, che è più leggero e meno costoso del rame.
L’energia nei circuiti elettrici
Effetto Joule
L’effetto Joule è il riscaldamento di una resistenza provocato dalla corrente elettrica ed è dovuto agli urti degli
elettroni di conduzione contro gli atomi del conduttore. Si verifica così un moto di agitazione termica degli
atomi e di conseguenza la temperatura del materiale aumenta. In questo processo si ha quindi trasformazione
di energia elettrica in energia termica.
La potenza elettrica
La potenza elettrica sviluppata in un conduttore sottoposto alla tensione ∆V e percorso dalla corrente di intensità I è dato dal prodotto dell’intensità di corrente per la tensione
P = ∆V · I
Se vogliamo conoscere l’energia (cioè il calore) sviluppata in un determinato tempo possiamo ricorrere alla
formula:
E = P · ∆t
la potenza elettrica nel Sistema Internazionale si misura in Watt (W).
Il kilowattora
Questa unità di misura non appartiene al Sistema Internazionale e viene introdotta per comodità, dal momento
che anche il semplice utilizzo di un ferro da stiro produce consumi di energia che superano facilmente il miolione di Joule. Il suo simbolo è kWh e rappresenta l’energia fornita, durante un’ora, da un generatore elettrico
ad un circuito che assorbe la potenza di un kilowatt.
1 kWh = 3,6 · 106 J
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Enrico Tomelleri
La corrente elettrica nei liquidi
Nei liquidi non sono presenti elettroni liberi ma ioni (cioè atomi carichi positivamente o negativamente). Anche gli ioni possono produrre una corrente elettrica sotto l’effetto di una differenza di potenziale. Maggiore è
la presenza di ioni, maggiore è la conducibilità di un liquido.
Possiamo quindi dire che la corrente elettrica nei liquidi è una corrente ionica, costituita da un doppio flusso di
ioni: gli ioni positivi vanno verso il polo negativo e gli ioni negativi vanno verso il polo positivo.
Se la temperatura del liquido aumenta gli ioni si muovono di più, quindi la corrente aumenta. Possiamo perciò
concludere che nei liquidi la resistenza diminusice se aumenta la temperatura.
Le soluzioni in grado di condurre la corrente elttrica si chiamano soluzioni elettrolitiche.
La corrente elettrica nei gas
Generalmente i gas non sono buoni conduttori di elettricità.
Tuttavia la conducibilità elettrica dei gas si modifica notevolmente con il valore della pressione.
Se ad esempio in un tubo di vetro introduciamo un gas a bassa pressione e colleghiamo i due elettrodi ad un
generatore di tensione, si crea una scarica silenziosa, diffusa e regolare che prende il nome di scarica a bagliore. La colorazione del bagliore dipende dalla natura del gas.
Un esempio di queste lamapde sono le lampade a scarica, che consentono un elevato risparmio di energia
rispetto alle lampade a incandescenza. Il “neon” è una lampada a scarica, anche se in realtà la dicitura è sbagliata dal momento che il gas neon produce scariche di colore rosso-arancione.
I circuiti elettici domestici
Nei circuiti elettrici domestici è necessario inserire più utilizzatori di corrente all’interno di uno stesso circuito. Esistono due tipi di collegamenti.
Collegamento in serie
Vengono collegati più utilizzatori in uno stesso circuito, unendo gli estermi liberi del filo del generatore. La
resistenza totale (equivalente) del circuito sarà data dalla somma delle tre resistenze ossia Re = R1 + R2 + R3
Svantaggio: le resistenze devono essere tenute in funzione tutte contemporaneamente, altrimenti la corrente
non passa più per il circuito. Inoltre ogni resistenza è sottoposta a una differenza di potenziale minore di quella
fornita dal generatore di tensione.
Collegamento in parallelo
Per un impianto domestico il collegamento in serie non è comodo, dal momento che è necessario poter utilizzare un elettrodomestico senza che gli altri siano in funzione.
Per questo motivo si utilizza un collegamento in parallelo. In questo collegamento ogni utilizzatore è collegato
direttamente con il generatore di tensione mediante una linea che non attraversa gli altri utilizzatori.
In questo modo una lampadina può rimanere accesa anche quando le altre sono spente e la differenza di potenziale è uguale a quella fornita dal generatore.
All’aumentare degli apparecchi utilizzatori di corrente inseriti in parallelo aumenta l’intensità di corrente che
percorre il circuito. Se la corrente diventa troppo intensa rispetto a quella che può sopportare il circuito si ha
un sovraccarico; il circuito può scaldarsi eccessivamente per effetto Joule e le sue parti possono danneggiarsi,
fondersi o provocare pericolosi incendi.
Corto circuito
Si verifica quando, per cause accidentali, la corrente che gira nel circuito non incontra alcuna resistenza.
Per la prima legge di Ohm se la resistenza è nulla, la corrente diventa altissima e può provocare danni gravissimi (incendi).
I = ∆V/R
Enrico Tomelleri
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