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Circuiti elettrici

circuito elettrico

Un circuito elettrico è costituito da una successione di elementi di conduttore, che si toccano uno con l'altro, chiusi ad anello. Per una illustrazione elementare v edi anche qui.

 

Collegati in questo modo, le cariche elettriche positive (vedi note 2 e 3) escono dal polo positivo del generatore, passano nel filo elettrico di collegamento, entrano quindi nel polo positivo dell'utilizzatore, escono dal polo negativo dell'utilizzatore, passano nell'altro filo di collegamento ed arrivano fino al polo negativo del generatore completando così l'intero percorso: è il circuito chiuso.

 

Se solo un pezzo dell'anello si interrompe, non circola più corrente: è il circuito aperto.

 

Dato che la circolazione di corrente prevede consumo di energia: la corrente elettrica circola grazie all’energia fornita da un generatore altrimenti non c'è corrente elettrica1.

 

Se il polo positivo del generatore è direttamente collegato al suo polo negativo, saltando l'utilizzatore, si ha il corto circuito.

 

La corrente elettrica è il movimento di cariche elettriche2 in un materiale conduttore lungo una direzione prevalente. Per convenzione si considera il verso del movimento di cariche positive3.

 

Sono conduttori tutti i metalli, le soluzioni ioniche come l’acqua salata o le soluzioni acide, i semiconduttori come il silicio o il germanio se drogati, alcuni materiali come il carbone, la grafite ...

 

Sono isolanti i materiali che non consentono il movimento libero delle cariche elettriche: vetro, plastica, legno secco, carta, aria, gas, gomma, cemento, stoffa .... (attenzione però che lo sporco e l'umidità possono consentire la circolazione di correnti sulla superficie di materiali isolanti che possono essere pericolose per l'uomo).

 

Ci sono materiali con comportamento intermedio che sono denominati semiconduttori come il germanio ed il silicio puri.

Un circuito elettrico comprende sempre almeno un generatore e la corrente circola se ci sono elementi conduttori che collegano il polo positivo del generatore al polo negativo (ovvero il circuito è chiuso come nella figura in alto).

 

Il movimento di cariche elettriche può essere più o meno intenso: si definisce intensità di corrente la quantità di cariche, misurate in coulomb, che attraversano una sezione del conduttore in un secondo; si indica con I e si misura in [A], (Ampère).

 

La corrente non circola spontaneamente in un circuito perché le cariche elettriche devono consumare energia per vincere le resistenze opposte dai componenti del circuito.

L’energia per “spingere” le cariche elettriche lungo il circuito è fornita da un generatore elettrico (pile, dinamo, alternatore, cellule fotovoltaiche ...) sotto forma di tensione generata fra i poli che viene chiamata anche forza elettro-motrice (fem).

Il generatore assegna ad ogni carica elettrica dell’energia misurabile in [V] (Volt) che rappresenta la quantità di energia in joule assegnata ad ogni carica elettrica in coulomb (un po' come rifornire di gasolio un autocisterna perchè possa portare il gasolio a chi ne ha bisogno per fare funzionare i macchinari (l'utilizzatore).

Nota: un po' del gasolio serve per muovere l'autocisterna all'andata e al ritorno e si spera che la maggior parte del gasolio serva per rifornire l'utilizzatore.

In effetti il generatore elettrico, separando le cariche elettriche, le mette in tensione. Le cariche sono sollecitate a ricombinarsi essendo cariche elettriche di segno opposto: se i due poli del generatore sono collegati fra loro con dei conduttori (circuito chiuso) le cariche elettriche si muoveranno per ricombinarsi dando origine alla corrente elettrica.

Casi particolari

Tutti i conduttori oppongono resistenza al passaggio della corrente. In certi casi, la perdita di energia è proporzionale alla corrente e questo succede per tutti i conduttori ohmici4 per i quali vale la legge di Ohm.

Sono conduttori omici tutti i metalli e moltissimi materiali isolanti di origine minerale. Per i conduttori ohmici la legge di Ohm assicura che la corrente elettrica in un conduttore è direttamente proporzionale alla caduta tensione o differenza di tensione fra i suoi capi.

La costante di proporzionalità si chiama Resistenza elettrica, si indica con R e si misura in [Ω] (ohm).

La corrente va sempre spontaneamente da un punto a tensione (potenziale) più alta verso un punto a tensione (potenziale) più bassa.

Di conseguenza, in una resistenza se non c’è caduta di tensione (potenziale), non c’è corrente e se non c’è corrente non c’è caduta di tensione.

 

Qui per capire di più (Enciclopedia Treccani).

  

Note

nota 1: Nei superconduttori la corrente circola senza il bisogno di fornire energia.

nota 2: Le cariche elettriche che contribuiscono al movimento possono essere sia quelle positive che quelle negative, dipende dal supporto conduttore. Nei metalli si muovono gli elettroni, nelle soluzioni si muovono gli ioni, sia positivi che negativi, nel vuoto si possono muovere tutti i tipi di cariche (protoni, elettroni, ioni  ... che devono essere presenti in qualche maniera), nei semiconduttori si muovono anche le lacune di elettroni ("buchi" in cui non c'è un elettrone che invece potrebbe esserci) che sono perciò, di fatto, cariche positive. 

nota 3: Il verso convenzionale della corrente suppone che la corrente abbia il verso del movimento di cariche elettriche positive, anche se sono spesso gli elettroni negativi a muoversi, come accade nei metalli. Lo studio dei circuiti non risente di alcun effetto di questa convenzione anche perchè per positivo si intende il luogo dove le cariche hanno il potenziale più alto e le leggi dei circuiti fanno riferimento al potenziale e non al segno delle cariche.

nota 4: non si può sostenere che tutti i materiali abbiano caratteristiche ohmiche; sono conduttori non ohmici, per esempio, le lampadine ad incandescenza, le giunzioni PN ovvero i diodi ..