Fondamenti di Elettrotecnica: Circuiti, Leggi di Ohm e Kirchhoff

Definizione di Corrente Elettrica

Si chiama corrente elettrica un moto ordinato di cariche elettriche. In un metallo, le cariche elettriche mobili sono gli elettroni. L'intensità di corrente elettrica è il rapporto tra ΔQ e ΔT (carica elettrica e tempo impiegato). La sua unità di misura è l'Ampere.

Il verso della corrente elettrica segue quello delle cariche positive ed è quello che fa passare la corrente dal punto a potenziale più alto fino a quello più basso. La corrente si dice continua quando la sua intensità non cambia nel tempo.

Circuiti Elettrici e Componenti

Il generatore di tensione è un dispositivo capace di mantenere tra i suoi capi una differenza di potenziale costante, per un tempo indeterminato e qualunque sia la corrente da cui è attraversato. Tanti conduttori connessi tra loro ad un generatore formano un circuito elettrico:

• Circuito chiuso: se la catena dei conduttori non è interrotta, passa corrente elettrica.
• Circuito aperto: se la catena è interrotta, non c'è passaggio di corrente.

Collegamenti tra conduttori

• In serie: più conduttori collegati uno successivo all'altro; in essi passa la stessa corrente elettrica.
• In parallelo: i primi terminali sono connessi tra loro e anche i secondi; in essi passa la stessa differenza di potenziale.

Leggi di Ohm

Prima legge di Ohm

Nei conduttori ohmici, l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale applicata ai loro capi: i = ΔV / R, dove R è la resistenza elettrica (misurata in Volt/Ampere). Un resistore è un componente di un circuito elettrico che segue la prima legge di Ohm.

Seconda legge di Ohm

La resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (l) e inversamente proporzionale alla sua area trasversale (A): R = ρ · (l/A), dove ρ è la resistività.

Resistenze e Condensatori

Si chiama resistenza equivalente di una rete di resistori quella di un singolo resistore che, sottoposto alla stessa differenza di potenziale, assorbe dal generatore la stessa corrente elettrica.

• Resistori in serie: la resistenza equivalente è uguale alla somma delle resistenze dei singoli resistori.
• Resistori in parallelo: l'inverso della resistenza equivalente è uguale alla somma degli inversi delle resistenze dei singoli resistori.
• Condensatori in parallelo: la capacità equivalente è uguale alla somma delle capacità dei singoli condensatori.
• Condensatori in serie: il reciproco della capacità equivalente è uguale alla somma dei reciproci delle capacità dei singoli condensatori.

Leggi di Kirchhoff e Potenza

Lo studio di un circuito elettrico significa determinare le correnti attraverso tutti gli elementi del circuito e le differenze di potenziale ai capi di ognuno di essi.

Definizioni topologiche

• Nodo: punto in cui convergono tre o più conduttori.
• Ramo: ciascuno dei conduttori che congiungono due nodi.
• Maglia: due o più rami che connettono nodi.

Leggi fondamentali

• Legge dei nodi: la somma delle intensità di correnti entranti in un nodo è uguale alla somma delle intensità delle correnti uscenti (conseguenza del principio di conservazione della carica).
• Legge delle maglie: la somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano percorrendo una maglia è uguale a 0.

Effetto Joule

L'effetto Joule è la trasformazione di energia elettrica in energia interna. La potenza dissipata per effetto Joule esprime la rapidità con cui l'energia elettrica è trasformata in energia interna del resistore.