ELEMENTI DI ELETTRONICA

PARTE PRIMA
LA CORRENTE E LE
SUE CARATTERISTICHE
PRINCIALI

 
 
 
cap 1 
la corrente elettrica  
 
 
 

Gli atomi (secondo un modello adottato correntemente per comodità) sono composti da un nucleo e da un certo numero di elettroni che girano attorno al nucleo. 

Vi sono anche altre particelle, ma che no incidono su ciò che ci interessa qui. 

definizione  

La corrente consiste in un passaggio di elettroni da un punto (che chiamiamo anodo, dal greco "anà" che significa andar via) ad un altro punto (che chiameremo catodo, dal greco "catà", che vuol dire "verso"). Questi elettroni scorrono lungo un conduttore (un filo elettrico, una sbarra di ferro...).  

Per convenzione, si dice che la corrente (=il passaggio di elettroni) va dal polo positivo a quello negativo. 

LA RESISTENZA  

Il materiale in cui scorrono gli elettroni (=ovvero, in cui scorre la corrente elettrica) può essere un conduttore più o meno buono, a seconda se facilita o meno il passaggio degli elettroni. Ad esempio, l'aria è un cattivo conduttore, il ferro un buon conduttore. Quindi, gli elettroni seguono un filo di ferro anche se questo compie un percorso più lungo, mentre se attraversassero l'aria compirebbero un percorso più breve. I conduttori più cattivi (che non lasciano in pratica passare gli elettroni) sono chiamati isolanti. Tra questi, il vetro, la ceramica, il legno, eccetera. I conduttori migliori sono dei metalli: il rame, l'argento, ecc. 

Visto che un materiale oppone tanta o poca resistenza al passaggio di elettroni, si può calcolare "quanta è" questa resistenza. La resistenza di un materiale varia a seconda del tipo di materiale (ad esempio, il rame lascia passare la corrente molto meglio del carbone, quindi il carbone ha una resistenza maggiore del rame) e da come è fatto il pezzo di materiale: ad esempio, quanto è lungo, che diametro ha, ecc. 

La resistenza di un corpo al passaggio della corrente ha un'unità di misura chiamata "Ohm". Un corpo con 500 ohm offre una resistenza al passaggio della corrente superiore di un altro che ne ha 10 o 100. 

Quando si misura la resistenza al passaggio degli elettroni in una corrente continua (vedi più sotto) si parla di resistenza. Quando la si misura sulla corrente alternata si parla di "impedenza". 

L'unità di misura dell' impedenza è sempre l'Ohm. L'Ohm è spesso abbreviato con la lettera "omega" dell'alfabeto greco. 

L'INTENSITA'   

Il passaggio di elettroni può essere più o meno intenso, e questa intensità viene misurata in Ampère. Quindi, una corrente con 10 Ampère è più intensa di una con 2 Ampère. 

L'Ampère è spesso abbreviato con la lettera A (sempre maiuscola). 

LA DIFFERENZA DI POTENZIALE  

Tra le caratteristiche della corrente, oltre alla sua intensità, vi è anche la "differenza di potenziale", ovvero la differenza che vi è nella carica tra il polo positivo e quello negativo. 

Immaginando che la corrente elettrica che va dal polo positivo a quello negativo sia dell'acqua che scorre in un tubo dalla montagna al rubinetto in città, potremmo dire che il potenziale è "il dislivello" tra la montagna e la città. 
La differenza del potenziale elettrico si misura in Volt. Quindi, una corrente a 3000 Volt ha un potenziale molto superiore ad una corrente di 12 Volt. Il Volt è abbreviato spesso con la lettere "V", sempre maiuscola. 

Una parola che viene usata per descrivere il Voltaggio è "tensione", E' una parola che esprime bene il concetto di differenza di potenziale. Si dice quindi che vi è una corrente al alta tensione (ad esempio, a 3000V) o a bassa tensione (ad esempio, a 3,5 Volt). 

LA MISURA DELLA QUANTITA'  

La quantità totale di corrente che passa in un'ora in un conduttore viene misurata in Watt, abbreviato in W (maiuscola). Il Watt (misurando la quantità totale di corrente che passa ad esempio in un'ora dall'impianto dell'Enel all'impianto di casa vostra) viene usata come misura per il consumo di corrente. Un elettrodomestico da 1200 Watt consuma di più di un altro elettrodomestico da 500W. 

Watt, Volt ed Ampere sono molto interdipendenti tra di loro, e il loro rapporto è espresso dalla seguente formula: 

W= V x A.   

Watt = il numero dei Volt per il numero degli Ampère.   

Ad esempio: un apparecchio che consuma 2 Ampère a 220 V consuma in totale (220 x 2=) 440 W. Se andasse a 12 Vol, a parità di Ampère consumerebbe solo (12 x 2 =) 24W. In genere quando diminuisce il voltaggio e serve una potenza analoga, vedrete che gli Ampère aumentano moltissimo. Ad esempio, l'impianto di casa vostra ha delle prese che reggono al massimo 5-6 Ampère, perchè si usa la 220V. Vi sono automobili che (usando l'impianto ad un voltaggio più basso, ovvero a 12 Volt) hanno bisogno per certe funzioni (es. il riscaldamento della candelette nei Diesel) di amperaggi enormi (ad esempio, 60 Ampère). Oltre dieci volte gli Ampère sopportati come massimo dalle prese presenti nel muro di casa vostra. 
Operando su questa formula si possono conoscere varie cose. Ad esempio, se uno ha un elettrodomestico che consuma 500 W, sa che è alimentato a 220V, come fa a sapere di quanti Ampère ha bisogno? Chi conosce un po' di matematica sa che si può trasformare la formula in: 

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A = - 

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Quindi, 500 : 220 = Ampère. 

In maniera analoga, se si hanno gli Ampère e i Watt si possono calcolare i Volt: 

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V = - 

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Ad esempio, un apparecchio che consuma 200 W a 4 Ampère ha bisogno di una tensione di (200:4=) 50 Volt. un elettrodomestico o un apparecchio conoscendo 

Delle formule analoghe si hanno anche impegnando delle resistenze. 

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A = - 

-------

Gli Ampère si calcolano dividendo i Volt per la resistenza del conduttore espressa in ohm 

---------A x O 
 V = ---__________ 

----------

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

La resistenza si misura in Ohm, 
la differenza di potenziale in Volt, l'intensità in Ampère e la potenza in Watt.

 
 
 
 
 
 

cap 2  
CORRENTE CONTINUA E CORRENTE ALTERNATA  
 

Si è accennato alla corrente elettrica come ad un flusso di elettroni. Ma ora è giunto il momento di chiederci: come viene prodotta questa corrente? 

Si è osservato che se viene fatta muovere una spira di materiale conduttore (in pratica, un filo elettrico) dentro in un campo magnetico, ecco che ai capi del conduttore si può misurare una certa corrente. In altre parole, muovendo il conduttore in un campo magnetico si osserva una corrente chiamata "indotta". I capi del conduttore sono quindi uno il polo positivo e l'altro il polo negativo. Se la spira della figura gira, ecco che mentre la spira va verso il polo positivo, si nota ai suoi capi una corrente in cui il polo positivo è in A, e il negativo è in B. Quando si muove 

compiendo la seconda parte del giro, ecco che i poli magnetici a cui va incontro sono invertiti, e anche a corrente è invertita: al capo A vi è ora il polo negativo, e al capo B vi è quello positivo. 

Questo schema rappresenta il principio di funzionamento dei dispositivi oggi più usati per produrre la corrente, chiamati alternatori. 

Essi non hanno solo una spira, ma molte spire, che costituiscono una bobina di filo elettrico. Ciascuna spira della bobina produce la sua piccola quantità di corrente, ed ecco che all' uscita della bobina (formata da molte spire) vi è dunque una corrente molto più forte, essendo la somma di quella generata da ciascuna spira che forma la bobina. 

Una forza meccanica (l'acqua, il moto prodotto dalla combustione del petrolio, o il moto impresso dal motore dell'auto) fanno girare la bobina dentro una calamita, e si ha così alla fine una corrente alternata, che cambia cioè polarità (polo positivo-negativo e poi negativo-positivo) ogni giro. 

Questi dispositivi per produrre la corrente sono chiamati alternatori. 

Vi sono anche altri dispositivi che producono corrente continua (il polo positivo è sempre lo stesso capo della bobina) ma non sono così convenienti come gli alternatori, e sono molto meno usati. Questi generatori di corrente continua si chiamano dinamo. 

 
Muovendo una o più spire fatte da un conduttore elettrico (B) dentro un campo magnetico (come quello emesso dalla calamita M) ecco che ai capi delle spire si crea una corrente elettrica, chiamata "indotta". Essa cambia segno quando cambia la direzione dello spostamento. Ad esempio, muovendo la bobina in un senso si ha il polo positivo della corrente al capo 1 della bobina e il negativo al 2; nuovendola nella direzione opposta il polo positivo al capo 2 e il negativo al capo 1.  
 
Questa "corrente indotta" è molto importante nella tecnologia d'oggi, perchè è il meccanismo che consente ad esempio la lettura magnetica di un file scritto su un hard disc, o la lettura di un nastro video registrato in VHS... 

Sull'hard disc o sul nastro vi sono infatti delle piccole magnetizzazioni. La testina (formata da una bobina) vi passa sopra, e ai suoi capi si forma un segnale formato da una corrente proporzionale momento dopo momento a quelle magnetizzazioni (nel mondo analogico) o in corrispondenza di quelle magnetizzazioni (nel mondo digitale). 

La registrazione funziona in modo inverso: la testina passa sullo strato magnetico, e (a seconda di come è megnatizzata) vi lascia dlele magnetizzazioni. Che poi potranno essere lette dalla testina stessa. 

 
 
cap. 3 -  I TRASFORMATORI  
 

Se si immette una corrente in un avvolgimento come quello nella figura, si raccoglie nell'altro avvolgimento una corrente di amperaggio doppio, ma di tensione dimezzata. Se si immette la stessa corrente nell'avvolgimento della figura sotto, si raccoglie una tensione doppia. E' lo schema di un trasformatore, dove il rapporto tra il numero delle spire determina la tensione che si ottiene. I trasformatori funzionano solo con la corrente alternata. Nei casi in cui si ha a che fare con la corrente continua, come nel caso dell'automobile, è molto più difficile trasformare la corrente. Per ottenere la tensione ad alto voltaggio necessaria per le candele, non si usa infatti un comune trasformatore ma un dispositivo chiamato spinterogeno, basato sul rocchetto di Rumkorff. 

Questa differenza di comportamento tra la corrente continua ed alternata spiega il motivo per cui vi sono trasformatori che alimentano apparecchi con tensioni molto diverse senza problemi (una segreteria telefonica può andare a 12 V, il cellulare a 9V, la ricarica delle batterie della videocamera a 8V, l'alimentazione del computer portatile a 18V...) mentre nell'automobile tutto va a 12V, eccetto le candele che proprio a 12 Volt non produrrebbero alcuna scintilla. 

la differenza tra questa facilità a cambiare tensione nell' impianto di casa e invece nel dover tenere sempre la stessa in auto non è dovuto ad un problema di standardizzazione, ma proprio al fatto che trasformare la tensione nel caso di corrente continua (come è il caso della batteria dell'auto) è molto più complicato. 

Nelle nostre case la corrente è alternata a 50Hz. Ovvero, cambia polarità (da negativo a positivo e viceversa) 50 volte al secondo. Questa frequenza non è uguale in tutto il mondo. Vi sono importanti Paesi (come il Giappone e gli Stati Uniti) che adottano una corrente a 60 Hz. Ovvero, che cambia polarità 60 volte al secondo. Questa differenza rende incompatibili diversi apparecchi, ed in particolare rende incompatibili gli apparecchi video, in cui i tempi di disegno dello schermo sono strettamente legati alla corrente di rete. In altre parole, sui nostri televisori europei vi sono 50 semi-immagini al secondo, in quelli americani o giapponesi ve ne sono 60. Questa incompatibilità si trascina dietro l'incompatibilità anche delle registrazioni video, perchè gli standard televisivi a suo tempo sono stati basati su questa frequenza: e quindi le videocassette registrate sui videoregistratori americani non possono essere viste su quelli europei e viceversa, a meno che non siano del tipo "multistandard", per altro molto rari... 

 
 
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