Principi di Elettrotecnica: Misurazioni e Circuiti Fondamentali

Fondamenti di Elettrotecnica: Misurazioni e Circuiti

Calibrazione dell'Ohmetro: Perché è Essenziale?

Perché l'ohmetro deve essere tarato ogni volta che si cambia il campo di misura? Che cos'è la calibrazione?

La calibrazione è fondamentale per garantire il corretto funzionamento dello strumento. Se non eseguita, l'ago dell'ohmetro potrebbe deviare, falsando la scala di misura. Per calibrare l'ohmetro, si misura una resistenza di riferimento nota e si confronta la lettura dello strumento. Questa procedura dovrebbe essere ripetuta in diversi punti della scala e per le diverse portate (scale) disponibili.

Collegamento dell'Amperometro: Serie o Parallelo?

In quale dei due modi si dovrebbe collegare un amperometro per misurare l'intensità della corrente che fluisce attraverso la resistenza R? Giustificare la risposta.

Il modo corretto per collegare un amperometro è in serie con la resistenza, e non in parallelo. Questo perché un amperometro è progettato per avere una resistenza interna molto bassa e deve essere attraversato da tutta la corrente che si intende misurare. Collegandolo in serie, tutta la corrente che fluisce attraverso la resistenza passa direttamente attraverso l'amperometro. Se l'amperometro fosse collegato in parallelo, misurerebbe solo una frazione della corrente totale (quella che si divide tra l'amperometro e la resistenza), non fornendo la lettura corretta della corrente che attraversa la resistenza.

Derivazione della Resistenza Equivalente

Resistenza Equivalente in Serie

Dedurre l'espressione per la resistenza equivalente in serie.

Consideriamo un circuito chiuso con n resistori collegati in serie (R₁, R₂, ..., R_n) e una sorgente di tensione E. Per la Legge di Kirchhoff delle Tensioni (LKT), la somma algebrica delle cadute di tensione in una maglia chiusa è zero:

E - iR1 - iR2 - ... - iRn = 0

Raccogliendo la corrente i (che è la stessa per tutti i resistori in serie):

E = i (R1 + R2 + ... + Rn)

Da cui, la corrente totale è:

i = E / (R1 + R2 + ... + Rn)

Per definizione, la resistenza equivalente (R_eq) di un circuito è quella resistenza che, se sostituita all'intero gruppo di resistori, permette alla stessa corrente di fluire con la stessa tensione applicata. Quindi, per la Legge di Ohm:

i = E / Req

Confrontando le due espressioni per i, otteniamo l'espressione per la resistenza equivalente in serie:

Req = R1 + R2 + ... + Rn

Resistenza Equivalente in Parallelo

Ricavare l'espressione per la resistenza equivalente in parallelo.

Consideriamo un circuito chiuso con n resistori collegati in parallelo (R₁, R₂, ..., R_n) e una sorgente di tensione V. In un collegamento in parallelo, la tensione V è la stessa ai capi di ogni resistore. La corrente totale I che entra nel nodo si divide tra i vari rami. Applicando la Legge di Kirchhoff delle Correnti (LKC) al nodo principale:

I = i1 + i2 + ... + in

Dove i_k è la corrente che attraversa il resistore R_k. Per la Legge di Ohm, i_k = V / R_k. Sostituendo:

I = V/R1 + V/R2 + ... + V/Rn

Raccogliendo la tensione V:

I = V (1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn)

Per definizione, la resistenza equivalente (R_eq) di un circuito è quella resistenza che, se sostituita all'intero gruppo di resistori, permette alla stessa corrente di fluire con la stessa tensione applicata. Quindi, per la Legge di Ohm:

I = V / Req

Confrontando le due espressioni per I, otteniamo l'espressione per la resistenza equivalente in parallelo:

1/Req = 1/R1 + 1/R2 + ... + 1/Rn

Il Reostato: Funzionamento e Applicazioni

Che cos'è un reostato? Spiegare il suo funzionamento come divisore di tensione e come regolatore di corrente.

Il reostato è un componente elettronico passivo utilizzato per modificare il valore della resistenza in un circuito elettrico, e di conseguenza, regolare l'intensità della corrente. La sua applicazione tecnologica offre vantaggi significativi, consentendo variazioni controllate di intensità in diversi tipi di circuiti.

Funzionamento come Divisore di Tensione (Potenziometro)

Quando un reostato è configurato come divisore di tensione (spesso chiamato potenziometro), tutti e tre i suoi terminali vengono utilizzati. I terminali esterni (1 e 2) sono collegati ai capi della tensione da dividere, mentre il terminale centrale (3, il cursore) fornisce una tensione variabile che è una frazione della tensione totale applicata. Muovendo il cursore, si modifica la proporzione della resistenza tra il cursore e i terminali esterni, variando così la tensione di uscita.

Funzionamento come Regolatore di Corrente

Quando un reostato è utilizzato come regolatore di corrente, viene collegato in serie con il carico nel circuito. In questa configurazione, si utilizzano solo due terminali: un terminale fisso (ad esempio, il terminale 1 o 2) e il terminale del cursore (3). Variando la posizione del cursore, si modifica la resistenza totale del circuito, e di conseguenza, l'intensità della corrente che lo attraversa, secondo la Legge di Ohm.

Misurazione della Tensione con Amperometro e Tester

Come si misura la tensione ai capi di una resistenza se si dispone di un solo amperometro e un tester che permette solo la misurazione della resistenza?

Per misurare la tensione (differenza di potenziale) ai capi di una resistenza con gli strumenti a disposizione, si procede in due fasi:

1. Misurazione della Resistenza: Utilizzare il tester (ohmetro) per misurare il valore della resistenza (R) del componente.
2. Misurazione della Corrente: Collegare l'amperometro in serie con la resistenza nel circuito per misurare l'intensità della corrente (i) che la attraversa.

Una volta ottenuti i valori di resistenza (R) e corrente (i), si può calcolare la differenza di potenziale (V) ai capi della resistenza applicando la Legge di Ohm:

V = i * R