Gli elementi che costituiscono il più semplice circuito elettrico sono un generatore (pila, dimamo..), un apparecchio utilizzatore (lampadina, resistenza…) e i conduttori metallici (fili di rame) 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.
Per capire come funziona la corrente elettrica puoi costruire un semplice circuito elettrico con una pila da 4,5 Volt, una lampadina da 4,5 Volt, del filo di rame e un interruttore. Quando l’interruttore è chiuso nel circuito passa corrente, quando è aperto la corrente non passa.
In un circuito elettrico possiamo avere più componenti elettrici (ad esempio più lampadine) che possono essere collegati fra loro in serie oppure in parallelo:
- Nel circuito in serie le lampadine sono collegate tutte in fila; la tensione “V” del generatore (pila) viene divisa tra le singole lampade (se le lampade sono identiche V/2 e V/2).
- Nel circuito in parallelo ogni lampadina è collegata con una linea indipendente; ogni lampadina funziona con la stessa tensione “V” del generatore.
- Nel circuito in serie se svito una lampadina il circuito si interrompe e si spengono anche le altre.
- Nel circuito in parallelo se svito una lampadina le altre continuano a funzionare.
- Nel circuito in parallelo la pila si scarica prima di quella del circuito in serie.
- Nel circuito in serie le lampadine (a parità di tensione del generatore) sono meno luminose di quelle del circuito in parallelo.
Nel circuito elettrico vengono definite tre grandezze fisiche:
- la tensione elettrica (o differenza di potenziale), è la “spinta”, creata dal generatore di corrente (pila), per mettere in moto gli elettroni, è indicata con la lettera V e si misura in Volts (V) con uno strumento chiamato Voltmetro;
- l’intensità di corrente, è la quantità di elettricità che passa in un circuito in un secondo (I=Q/t dove Q è la quantità di elettricità), è indicata con la lettera I e si misura in Ampère (A) con uno strumento chiamato Amperometro;
- la resistenza elettrica, generata da un utilizzatore elettrico (lampadina), è la capacità di un conduttore di opporsi al passaggio della corrente elettrica; dipende dal tipo di materiale (buoni conduttori, come il rame o l’argento, hanno una bassa resistenza), dalla lunghezza del filo (maggiore è la lunghezza, maggiore sarà la resistenza) e dalla sezione del filo (maggiore è la sezione minore sarà la resistenza); è indicata con la lettera R e si misura in Ohm (Ω) con uno strumento chiamato Ohmmetro.
L’immagine rappresenta uno multimetro (o tester), uno strumento che misura (a seconda di come viene impostato) la tensione, l’intensità e anche la resistenza in un circuito
Queste tre grandezze sono messe in relazione dalle leggi di Ohm, dal nome del fisico tedesco che le verificò nel 1827.
- La prima dice che in un circuito attraversato da corrente, l’intensità è direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza; la formula che la esprime è:
I= V/R (e le inverse R= V/I e V= I x R).
- La seconda dice che in un conduttore attraversato da corrente, la resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza del conduttore e inversamente proporzionale alla sua sezione; la formula che la esprime è:
R=L/S x ρ
dove L=lunghezza [m], S=superficie della sezione [mm2] e ρ=resistività o resistenza specifica del materiale.
Le grandezze V e I nel circuiti in serie o in parallelo potranno essere così schematizzate:
Un’altra legge che mette in relazione Intensità e Tensione è la legge di Joule (scoperta dal fisico scozzese James Joule Prescott nel 1855); egli dedusse che la corrente attraversando un filo elettrico sviluppa calore, che il calore è una forma di energia, e determinò anche la corrispondenza fra quantità di energia elettrica che attraversa il filo e quantità di calore sviluppata.
Scoprì che il calore prodotto durante il passaggio della corrente (Potenza) è direttamente proporzionale alla resistenza ed al quadrato della corrente secondo la formula:
la Potenza è indicata con la lettera P e si misura in Watt (W) con uno strumento chiamato Wattmetro.
la Potenza è indicata con la lettera P e si misura in Watt (W) con uno strumento chiamato Wattmetro.
