Corso di Elettronica per ragazzi 7-12: tensione, corrente, resistenza

La terza puntata del corso è dedicata alla legge di Ohm e allo studio dei tre concetti base sulla tensione, sulla corrente e sulla resistenza. Si tratta delle colonne fondamentali dell'elettronica che occorre conoscere a tutti i costi e obbligatoriamente. Da esse dipendono i calcoli e la determinazione del valore di tutti i componenti, in qualsiasi circuito elettrico ed elettronico.

Introduzione

A molti, le definizioni corrente e tensione sembrano la stessa cosa. Molto spesso si dice "ho preso la corrente" oppure "hanno interrotto la corrente" oppure ancora "non c'è più tensione" senza sapere, in effetti, di cosa si sta parlando. In elettronica, ma ancor più precisamente in elettricità, esistono tre colonne portanti che legano questi concetti. Essi sono:

la tensione;
la corrente;
la resistenza.

Ci sarebbe anche un quarto concetto, quello della potenza, ma al momento non mettiamo troppa carne sul fuoco. Vi basta sapere che le tre grandezze di cui sopra sono legate, tra loro, attraverso delle semplici formule della Legge di Ohm, molto più facili di quelle per trovare l'area e il perimetro di un rettangolo.

Anche se i concetti, elettronicamente, sono un po' complessi, adottando dei semplici esempi e alcuni paragoni, li faremo comprendere in maniera realmente semplice.

Un paragone efficace

Immaginiamo che un bimbo soffi aria all'interno di una cannuccia piena d'acqua, come mostrato in figura 1. Ovviamente l'aria spinge il liquido che fuoriesce dall'altro lato con una certa pressione. Ci troviamo davanti ai seguenti attori principali:

Il soffio;
L'acqua;
La cannuccia;
Lo spessore della cannuccia che fa affaticare il bimbo.

Ebbene, con questo semplice esempio sono state evidenziate le tre grandezze, secondo i seguenti criteri:

il soffio è la tensione elettrica, che spinge l'acqua nella cannuccia. Proprio come la pila o la batteria che "soffia" spingendo gli elettroni nel conduttore;
l'acqua è l'insieme degli elettroni, quindi è la quantità di corrente. Più acqua c'è e più importante sarà l'effetto elettrico finale;
la cannuccia rappresenta il filo elettrico;
lo spessore della cannuccia è la resistenza elettrica. Più è stretta e meno elettroni passano.

Figura 1: per capire la tensione, la corrente e la resistenza dobbiamo esaminare una bimba che soffia in una cannuccia piena d'acqua

La legge di Ohm

Con delle semplicissime formule, raggruppate sotto la legge di Ohm, in onore del grande fisico tedesco, i tre fattori sopra esaminati:

tensione elettrica (forza del soffio)
corrente (acqua)
resistenza (spessore della cannuccia)

sono strettamente legati e dipendenti tra loro. Basta cambiarne uno che i risultati finali cambianoanche . La figura 2 mostra le relazioni in modo semplice e divertente. Si rammenti che le unità di misura e i simboli sono i seguenti:

tensione elettrica: Volt (V);
corrente elettrica: Ampere (I);
resistenza elettrica: Ohm (R).

Figura 2: le semplici formule della Legge di Ohm

Grazie a queste semplici formule matematiche è possibile calcolare qualsiasi caratteristica del circuito nonché il valore dei componenti da utilizzare, specialmente quello delle resistenze.

Per ricordare, ancora meglio, le formule, si può utilizzare il triangolo magico, secondo quanto riportato in figura 3. Per usare tale triangolo è sufficiente nascondere, con un dito, l'unità di misura incognita ed effettuare l'operazione aritmetica tra le altre due unità rimaste scoperte. Se queste due sono poste vicine, occorre moltiplicarle (ad esempio I*R), mentre se esse si trovano una sopra e una sotto bisogna dividerle (ad esempio V/R oppure V/I). Cercate di memorizzare nella vostra mente, per sempre, la legge di Ohm, in quanto vi farà compagnia per tutta la vita.

Figura 3: triangolo magico per la determinazione dei valori della tensione, della corrente e della resistenza

E adesso... qualche esempio di calcolo

Vediamo come usare la legge di Ohm, a nostro vantaggio, per calcolare con precisione il valore dei componenti elettronici da utilizzare in un circuito. Allo scopo dobbiamo realizzare un piccolo sistema d'illuminazione, diciamo un punto luce, visibile in figura 4, con la seguente componentistica:

una pila da 4.5V;
un diodo Led rosso;
una resistenza dal valore ancora non conosciuto.

Dal momento che sappiamo quali sono la tensione della pila (4.5V) e la differenza di potenziale sempre presente ai capi del diodo Led (1.8V), usiamo delle formule per calcolare il valore della resistenza incognita, in ohm. Ricordiamo che un valore troppo basso potrebbe distruggere il componente luminoso mentre un valore troppo alto lo farebbe illuminare molto debolmente.

Figura 4: come determinare il valore della resistenza, con la legge di Ohm

Siccome dobbiamo calcolare il valore della resistenza, è proprio su tale componente che focalizzeremo la nostra attenzione. Guardiamo solo la tensione presente ai suoi capi, cioè alla sua testa e ai suoi piedi, così come ludicamente rappresentato in figura 5.

Figura 5: si deve calcolare la tensione a cui è sottoposta una resistenza

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