 |
Nel capitolo precedente abbiamo visto
semplicemente che "esiste" la carica elettrica.
Cioè che è possibile "caricare" in modo elettrostatico un
oggetto e che questo, una volta carico, attrae o respinge
altri oggetti a seconda se questi siano a loro volta carichi
con carica opposta o uguale.
Bello, interessante, ma se stesse tutto qui fondamentalmente
poco utile.
Se ci penso su l'unica vera applicazione dell'elettrostatica
(a parte il fatto che da fastidio e può causare danni, come
abbiamo visto nel capitolo precedente) è il panno per pulire
casa che attira la polvere.
Molto più interessanti sono invece i fenomeni legati al
movimento delle cariche, cioè alla "corrente elettrica"
(vedete un po' le cariche come tante particelle d'acqua ...
la "corrente" è lo spostamento della massa d'acqua lungo un
condotto).
Fu nel 1799 che Alessandro Volta inventò la PILA - un
generatore di corrente elettrica ottenuto grazie al
confronto tra due diversi metalli.
Ma anche così l'utilità era poca. |
 |
Successivamente, però, 1820 e
giù di li, ci si accorse come la corrente elettrica (cioè
questo spostamento di carica) fosse legata anche al
magnetismo.
Da li, in rapida successione, l'invenzione del generatore
elettromagnetico, della lampadina, e poi l'utilizzo della
corrente elettrica per le telecomunicazioni (o meglio,
l'invenzione delle telecomunicazioni grazie alla possibilità
di sfruttare la corrente elettrica.).
Se pensate per un attimo a cosa sarebbe il mondo senza la
corrente elettrica vi rendete conto che oggi è
indispensabile al mantenimento della nostra civiltà.
Senza corrente elettrica niente motori (non solo elettrici
ma anche a combustione interna, perchè l'elettricità è
indispensabile al loro funzionamento e/o perlomeno al loro
controllo), niente frigorifero, televisore, computer, luce,
telefono, musica (se non ascoltando qualcuno che suona sul
posto), costruzioni (tutte le macchine utensili sono
elettriche: trapani, frese, torni, presse, saldatrici, ...)
In questo capitolo vediamo di capire come si muovono le
cariche all'interno di un conduttore e come questo movimento
possa causare effetti utilizzabili praticamente.
Nel prossimo vedremo che una corrente elettrica può generare
un campo magnetico e che a sua volta un campo magnetico può
"mettere in moto" delle cariche generando una corrente
elettrica, |
 |
In origine si immaginò la corrente elettrica come uno
spostamento di cariche positive, quindi respinte dal "polo"
positivo e attirate dal "polo negativo".
In seguito si scoprirono gli elettroni e si capì che la
corrente nei metalli e in genere nei conduttori è in realtà
un flusso di elettroni (cariche negative) che quindi vanno
dal polo negativo al positivo.
Per convenzione però la corrente elettrica è rimasta nel
senso dal positivo al negativo.
Quindi corrente elettrica da positivo a negativo, ma in
realtà cariche di elettroni che vanno dal negativo al
positivo.
Per quello che dobbiamo vedere noi tutto sommato la cosa non
ha molta importanza.
Come per un fiume la corrente si indica con quantità d'acqua
che passa in una certa sezione in un secondo, anche per la
corrente elettrica la INTENSITA' è data dal valore della
quantità di CARICA che passa in un secondo. |
Si misura in Ampere (A) e in pratica 1 A =
1C/sec.
In realtà però, nel sistema internazionale l'unità di misura
fondamentale non è più il Coloumb (dal 1939) ma l'Ampere,
per cui è più corretto affermare che il Coloumb è la
quantità di carica che passa per una certa sezione di
conduttore in un secondo con una corrente di un Ampere (C= A
x sec).
Il nome viene dal fisico francese André-Marie Ampere, che
studiò particolarmente i fenomeni elettromagnetici.
Ancora come definizioni, si dice "CORRENTE CONTINUA" quella
che abbiamo appena considerato, cioè una corrente con un
verso ben definito, alimentata da un generatore con un polo
"POSITIVO" e un polo "NEGATIVO" (ad esempi una batteria o un
pannello fotovoltaico o una DINAMO.
Nella corrente continua al polo positivo, sempre per
convenzione, si associa il colore ROSSO, mentre al negativo
il colore NERO (a volte GIALLO).
La corrente continua viene utilizzata in genere a bordo dei
veicoli dove viene generata dal motore (in realtà viene
generata come corrente alternata, che poi vediamo, e
successivamente "raddrizzata"), ma deve essere disponibile
anche a motore fermo, quando viene prelevata da una
BATTERIA.
Le tensioni (ora ne parliamo) unificate sono 12, 24 e 48V.
Nelle applicazioni "fisse" (civili o industriali) invece,
viene utilizzata la "CORRENTE ALTERNATA", cioè una corrente
che "scambia" continuamente le polarità. In Italia e in
Europa in genere questo "scambio" avviene 50 volte al
secondo (50 Hertz - sigla Hz), mentre negli USA e paesi
limitrofi la corrente è a 60 Hz.
Sugli aerei si utilizza corrente alternata a 400 Hz in
quanto la frequenza elevata esalta quello che si chiama
"effetto pelle", facendo passare la corrente, in caso di
incidente, solo sulla pelle delle persone, senza interessare
gli organi interni e in particolare il cuore.Nella
tabella seguente vedete i colori unificati per i conduttori
di corrente. |
 |
|
 |
Per la corrente continua, come già detto, si utilizzano i
colori rosso per il positivo e nero (a volte giallo) per il
negativo.
Nei veicoli in metallo spesso il negativo è direttamente
collegato alla struttura metallica, per cui per distribuire
la corrente nel veicolo è sufficiente il solo conduttore
rosso (positivo).
Nella corrente alternata invece si utilizzano tre colori
(NERO, GRIGIO e MARRONE) per le fasi e in colore BLU (a
volte si trova il bianco ma non in Italia) per il conduttore
di NEUTRO.
Questo però lo vediamo quando parliamo della corrente
alternata nel prossimo capitolo. |
|
Resistenza elettrica |
|
 |
Quando la corrente passa in un conduttore gli elettroni
fanno una certa fatica a farsi strada.
Questa "resistenza" che incontrano è stata studiata e
quantificata dal fisico George Simon Alfred Ohm nel 1827.
Ohm si accorse che con una medesima PILA (l'invenzione di
Volta) la corrente che passava in un conduttore era diversa
in funzione della "differenza di potenziale" (in Volt, la
abbiamo vista nel capitolo precedente parlando del campo
elettrico) e delle caratteristiche chimiche e geometriche
del conduttore.
In particolare Ohm notò che:
- A parità di conduttore, la corrente che passa è
direttamente proporzionale alla differenza di
potenziale.
- A parità di differenza di potenziale la corrente che
passa è direttamente proporzionale alla SEZIONE del
conduttore
- A parità di differenza di potenziale la corrente che
passa è inversamente proporzionale alla LUNGHEZZA del
conduttore
- Che pur mantenendo le proporzionalità di cui prima
cambiando il tipo di materiale che costituisce il
conduttore cambia l'intensità di corrente.
Messe nero su bianco queste osservazioni sono note come
"leggi di Ohm" e sono la base per lo sviluppo di qualsiasi
progetto elettrotecnico. |
|
In particolare, partendo dalla seconda, terza e quarta osservazione,
viene definita la grandezza fisica "RESISTENZA ELETTRICA", che si
misura in Ohm (simbolo
Ω - sarebbe la OMEGA
maiuscola dell'alfabeto greco) come
 |
Dove:
- R è la resistenza
Ω
-
L è la lunghezza del conduttore
-
S è la sezione del conduttore
- ρ
è la
"resistività" del materiale che compone il conduttore e
varia da materiale a materiale e in funzione della
temperatura.
|
 |
 |
Nella tabella a sinistra vedete alcuni
valori della resistività per i vari materiali.
Per i conduttori si vede che le migliori caratteristiche
spettano all'argento (che però è molto caro), mentre al
secondo posto (staccato di poco ma moto più economico) c'è
il rame, che infatti viene utilizzato per la realizzazione
dei cavi elettrici.
Scartando per ovvie ragioni l'oro, oggi si tende ad
utilizzare anche l'alluminio, che ha una resistività più o
meno doppia rispetto al rame (e questo vuol dire che per
fare la stessa funzione si utilizzano cavi di sezione doppia
rispetto al rame).
A destra invece sono riportati i codici colore per leggere le
resistenze utilizzate nei circuiti elettronici.
In pratica i primi anelli indicano le cifre significative
(ad es 245), l'ultimo anello prima di uno spazio vuoto
indica il numero di zeri da aggiungere (ad es. 245000) -
dopo lo spazio gli anelli indicano la precisione
(tolleranza). |
 |
 |
Dalle prime tre prime osservazioni invece si deriva la
LEGGE di OHM che dice che l'intensità di corrente è
direttamente proporzionale alla differenza di potenziale e
inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore.
La legge di Ohm si può esprimere in funzione delle
caratteristiche (Intensità, Differenza di Potenziale,
Resistenza - a sinistra) o riferendosi alle unità di misura
(Ampere, Volt, Ohm - a destra).
Le resistenza quando vengono attraversate da corrente si
scaldano.
In questo modo erano costruite le lampadine a filamento
(inventate da Edison).
Queste erano un sottile filo di materiale molto resistente
alle alte temperature (tungsteno) che al passaggio della
corrente si riscaldava fino a diventare incandescente ed
emettere luce.
L'effetto per cui un conduttore percorso da corrente si
scalda è detto "effetto Joule". |
 |
 |
|
Circuiti
elettrici in corrente continua |
|
Un circuito elettrico è uno schema che contiene
almeno un generatore (che fornisce la corrente e la
differenza di potenziale) e un utilizzatore (nel
nostro caso una resistenza). |
|
|
|
Grazie alla legge di Ohm ora siamo in grado di "risolvere"
dei semplici circuiti elettrici.
In un circuito con più resistenze queste possono essere
collegate in SERIE se sono una dopo l'altra (tutta la
corrente che passa in una passa anche nell'altra).
Se vi ricordate come si calcola la resistenza in funzione
della geometria, sarebbe come se avessimo una resistenza più
lunga (lunghezza totale uguale alla somma delle lunghezze) e
infatti in una circuito serie RT
= R1 + R2
.Se invece le resistenze sono messe in modo che la
corrente passi "dividendosi" tra le due resistenze diciamo
che sarebbe come se fosse aumentata la "sezione" totale.
in questo caso è un po' più complicato ma ricordando che la
sezione stava a denominatore la formula intuitivamente non è
molto difficile da capire:
 |
|
|
Potenza
elettrica |
Il "lavoro" compiuto da un generatore per spostare una carica q
è dato dal prodotto della carica per la differenza di potenziale
(come per la forza di gravità era la "forza peso" per la differenza
di quota - mgh).
Nel nostro caso L= ΔV
x q.
Ricordando che la potenza è L/sec, e che q/sec sarebbe
l'intensità di corrente troviamo la formula fondamentale che lega
differenza di potenziale con corrente e potenza (Volt, Ampere e
Watt).
Semplicemente
W = V x A
Ricordando la legge di Ohm per cui era A= V/Ω
si ricava.
 |
Nelle applicazioni pratiche vediamo cosa vuol dire parlare
di Watt, Ampere, Volt.
Quando utilizziamo un'apparecchiatura elettrica i Watt
indicati sulla targhetta inducano la potenza assorbita
dall'apparecchiatura.I Volt indicano la tensione del
generatore con cui l'apparecchiatura deve funzionare
(tipicamente 230 V per le utenze domestiche in Italia -
negli USA 120 V - può cambiare da paese a paese)
Gli Ampere indicano quanta corrente serve per far
funzionare l'apparecchiatura (su questo valore si
dimensionano le protezioni - cioè gli interruttori - e i
cavi). |
 |
|
|
|
