Un circuito elettrico è una sorta di catena di dispositivi elettrici collegati per mezzo di un filo conduttore ad un generatore di tensione che possiamo rappresentare in questo modo. La funzione di un generatore di tensione è quella di mantenere una certa differenza di potenziale tra i suoi terminali o poli, che sono rappresentati da questi due tratti verticali. Come abbiamo visto nel video sulla corrente elettrica, inoltre, in un circuito come questo la corrente scorre puntando convenzionalmente verso la zona potenziale minore, e cioè appunto verso il segno meno che vedi qui. L'azione del generatore di tensione è quella di ricondurre forzatamente le cariche positive verso il segno più e gli elettroni verso la zona potenziale minore. Per spingere le cariche contro il campo elettrico e quindi in verso opposto rispetto al loro movimento spontaneo, il generatore di tensione deve compiere un lavoro, in particolare Il lavoro per unità di carica che compie il generatore per spostare le cariche al suo interno si chiama forza elettromotrice e si esprime come il rapporto tra il lavoro L che compie il generatore e una certa quantità di carica delta Q da spostare.
L'unità di misura di questa grandezza è il joule su coulomb, ovvero il volt. Molto spesso da qui in avanti... faremo l'ipotesi che la differenza di potenziale ai capi di un generatore di tensione coincida proprio con la forza elettromotrice. Questa condizione, in verità, si può assumere vera solo in casi ideali, mentre nella realtà possiamo solo dire che la forza elettromotrice corrisponde alla massima tensione possibile tra i poli di un generatore.
Un ulteriore elemento che possiamo inserire in un circuito elettrico è un interruttore, che schematizziamo in questo modo. Se l'interruttore è chiuso, come in questo caso, il dispositivo collegato al circuito si accende per via della corrente elettrica che fluisce nel circuito. Aprendo l'interruttore, invece, il circuito è aperto, non passa più corrente, e il dispositivo... non potrà accendersi.
Per capire praticamente come sia possibile costruire facilmente un circuito elettrico e per poterne apprezzare appieno il funzionamento, nelle schede ed in descrizione ti lascio un video apposito pubblicato dal canale Rizzoli Education. Ora che abbiamo in mente cos'è un circuito, cos'è un generatore ideale, come funziona, possiamo studiare alcune interessanti proprietà riferite alle grandezze fisiche che entrano in gioco in un circuito. Per cominciare pensiamo semplicemente di collegare gli estremi di un filo conduttore come questo ad un generatore. Poiché le sole grandezze che possiamo prendere in considerazione per ora sono la differenza di potenziale ai capi del filo e l'intensità della corrente che scorre nello stesso filo, possiamo chiederci, in prima battuta, se esiste una relazione tra le due grandezze. A porsi questa stessa domanda fu Hohm.
un fisico tedesco vissuto tra il 1789 e il 1854. In particolare, dai suoi esperimenti condotti su un'ampia gamma di conduttori, Ohm osservò che al raddoppiare o al triplicare della differenza di potenziale ai capi di un conduttore, anche i valori delle intensità di corrente raddoppiano e triplicano. Più precisamente... Riportando i dati raccolti nei suoi esperimenti in un grafico come questo, Ohm scoprì che la curva che lega corrente e tensione, chiamata anche curva caratteristica del conduttore, è idealmente una retta.
I risultati di Ohm, in sostanza, portavano ad una ben precisa conclusione. Nei conduttori da lui analizzati, quelli che oggi chiamiamo conduttori ohmici, L'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi. Giusto per calare nella pratica i risultati ottenuti da Ohm, essi ci permettono di affermare che, se ad esempio in un circuito la corrente è corrispondente ad una differenza di potenziale di volt e ampere, al raddoppiare di ΔV o al triplicare di ΔV anche i valori di I seguono lo stesso andamento, rispettivamente raddoppiando e triplicando. La relazione empirica scoperta da Ohm è nota come prima legge di Ohm.
Essa si può anche esprimere tramite questa legge, nella quale la costante di proporzionalità tra I e ΔV è 1 su R, essendo R una grandezza detta E. resistenza elettrica. Come vedremo tra poco, R dipende dalle dimensioni del filo, dalla sua temperatura e dal materiale di cui esso è fatto.
Tale grandezza prende il nome di resistenza proprio perché rappresenta un modo per quantificare in quale misura il filo si oppone al passaggio di corrente. È evidente infatti da questa relazione che più è grande la resistenza elettrica, minore è l'intensità della corrente che scorre nel filo e che, al contrario, una minore resistenza implica che l'intensità di corrente nel filo è maggiore. Rimanendo su questa legge, possiamo osservare che essa si può anche scrivere mediante queste formule inverse.
Proprio questa forma in particolare ci aiuta a capire che l'unità di misura della resistenza è il rapporto tra volt, unità di misura della differenza di potenziale, e ampere, unità di misura dell'intensità di corrente. Tale unità di misura è anche chiamata ohm e si rappresenta con la lettera greca omega in maiuscolo. Riferendoci all'esempio pratico visto poc'anzi, possiamo perciò facilmente scrivere che la resistenza del filo, con i dati che abbiamo considerato prima, si esprime mediante questo rapporto, e vale Ohm.
In ultimo, un componente elettrico che oppone una resistenza R regolata dalla prima legge di Ohm si chiama resistore, e lo possiamo schematizzare con questo simbolo. Gli esperimenti di Ohm, tuttavia, non si conclusero con la formulazione della prima legge. Anzi, Ohm cercò di capire meglio quali caratteristiche di un filo ne andassero ad influenzare la sua resistenza.
In maniera sperimentale, Ohm capì che la resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla lunghezza del filo ed inversamente proporzionale alla sua sezione. Come se non bastasse, gli esperimenti avevano messo il fisico tedesco davanti all'evidenza che fili di diverso materiale e con uguale lunghezza e stessa sezione avevano resistenze diverse. Tutti gli indizi in sostanza facevano pensare che la resistenza di un filo dipendesse da tre grandezze. la lunghezza del filo, la sua sezione e la resistenza specifica o resistività del filo.
Tali grandezze sono legate tra loro da questa legge, divenuta nota come seconda legge di Ohm. Come puoi vedere da questa tabella di esempio, la resistività di un conduttore in particolare è una grandezza specifica di ogni materiale e si misura in Ohm per metro. Il rame, ad esempio, ha una resistività di x Ohm per metro. Ipotizzando perciò un cavo di rame lungo 95 metri e avente una sezione di 4 mm², possiamo determinare la resistenza del cavo proprio tramite la seconda legge di Ohm. Convertita in metri quadri la sezione e fatte le dovute sostituzioni, è immediato ottenere che il cavo ha una resistenza pari a Ohm.
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