Fondamenti di Elettrotecnica: Corrente, Leggi di Ohm e Circuiti
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Corrente Elettrica e Circuiti
La corrente elettrica in un conduttore metallico è un movimento ordinato di elettroni. Il verso della corrente è convenzionalmente opposto a quello nel quale si spostano le cariche negative.
L'intensità di corrente elettrica I è il rapporto tra la carica totale Q che attraversa la sezione di un conduttore in un certo intervallo di tempo t e l'intervallo di tempo stesso.
Il Generatore di Tensione
Per avere un passaggio continuo di corrente, è necessario garantire che agli estremi del conduttore sia presente un dislivello elettrico (tensione o d.d.p.). Il generatore di tensione funziona come una sorta di “pompa di elettroni”. All'interno dei generatori, gli elettroni sono spinti costantemente ad accumularsi in una zona (polo negativo), mentre nell'altra (polo positivo) si verifica una loro carenza.
Componenti e Circuiti
L'insieme degli elementi con cui la corrente viene inviata a uno o più utilizzatori è detto circuito elettrico, rappresentato tramite uno schema elettrico. Il filo di collegamento prende anche il nome di cortocircuito.
- Circuito chiuso: non ci sono interruzioni, la corrente circola.
- Circuito aperto: la continuità è interrotta (es. tramite un interruttore), il flusso è nullo.
Connessioni dei Componenti
- Connessione in serie: i componenti sono disposti uno di seguito all'altro e sono attraversati dalla medesima corrente I.
- Connessione in parallelo: i componenti hanno gli estremi in comune e sono sottoposti alla stessa d.d.p. ΔV.
Strumenti di Misura
- Amperometro: misura l'intensità di corrente; va connesso in serie.
- Voltmetro: misura la differenza di potenziale; va connesso in parallelo.
Leggi di Ohm
Prima Legge di Ohm
In un conduttore, l'intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale ai suoi capi: ΔV = R · I. La costante R è la resistenza elettrica, che indica quanto un conduttore ostacola il passaggio di corrente a causa degli urti degli elettroni contro gli ioni del reticolo cristallino.
Seconda Legge di Ohm
La resistenza R dipende dalle caratteristiche geometriche e dal materiale del conduttore:
R = ρ · (l / S)
Dove l è la lunghezza, S la sezione e ρ la resistività. La resistività aumenta all'aumentare della temperatura.
Effetti della Corrente e Potenza
Effetto Joule
È il processo fisico nel quale l'energia elettrica si dissipa sotto forma di calore. La potenza dissipata P è direttamente proporzionale alla resistenza R e al quadrato dell'intensità di corrente I².
Il Kilowattora (kWh)
Il kilowattora è l'unità di misura dell'energia, non della potenza. Corrisponde all'energia assorbita da una potenza di 1 kW per un'ora: 1 kWh = 3,6 · 10⁶ J.
Superconduzione
La superconduzione è un fenomeno per il quale, a temperature molto basse, un conduttore presenta resistività e resistenza elettrica nulle. Le applicazioni includono treni a levitazione magnetica, sebbene il mantenimento delle basse temperature resti un limite tecnologico costoso.