(E2)   La Tensione e la Legge di Ohm

    Così come avviene per l'acqua nelle tubazioni, la corrente elettrica è sospinta da una sorta di pressione – la chiameremo col suo nome comunemente usato di tensione o voltaggio, perché le sue unità sono chiamate volt, in onore dell'italiano Alessandro Volta. Volta è stato colui che intorno al 1800 ha realizzato la prima "pila elettrica"; prima di allora l'italiano Luigi Galvani aveva prodotto una corrente elettrica chimicamente in una "cella elettrica" nella quale due metalli diversi erano immersi in una soluzione acquosa contenente acido. Volta aveva impilato molte celle una sull'altra per produrre una "pila di Volta"; una pila di 20 celle forniva 20 volte la tensione di una sola – e la corrente aumentava anche proporzionalmente. La parola "batteria" originariamente significava una collezione di più di un elemento dello stesso tipo (batteria di cannoni, batteria di test), ma oggi viene utilizzato principalmente per le fonti di elettricità.

    Analogia fluido-elettricità La tensione si misura con un "voltmetro", uno strumento con un quadrante o con un indicatore di lettura, e due connessioni – una che va collegata al lato ad "alta tensione" del circuito, l'altra al lato a "bassa tensione" (come l'alta pressione e la bassa pressione tra le quali una tubazione trasporta un flusso di acqua). Un fisico potrebbe preferire "alto potenziale elettrico" e "basso potenziale elettrico," il termine "tensione" viene sempre capito, ed è quello che usano gli elettricisti.

    Una "pila a secco" utilizzata nelle batterie è spesso un cilindro con un piccolo tappo metallico sulla sommità e un corpo metallico, isolato dal tappo. Un voltmetro misurerà circa 1,5 volt tra i due – con la tensione più elevata (quella più positiva) al tappo. Una tipica batteria d'auto è composta da 6 celle contenenti acido liquido sigillato al loro interno, e garantisce fino a 12 volt, a seconda di dove si trovi tra il "pieno" e il "vuoto" (e di meno, quando viene erogata una grande corrente, ragion per cui le luci di una macchina possono affievolirsi quando il motorino di avviamento è in funzione).

    Tutte le celle elettriche contengono una soluzione acquosa (che può essere acida o alcalina) che fa da ponte tra il tappo e il corpo. Anche una cosiddetta cella "a secco" contiene fluido, ma imbevuto in una sostanza che ne impedisce il versamento o gli schizzi. La tensione media a cui viene erogata l'energia elettrica da una presa a muro negli Stati Uniti è di 110 volt (220 volt in Europa), ma si noti che questa è la "corrente alternata" (AC) che cambia rapidamente, un tipo discusso più avanti.

Ora per le formule.

    Così come la portata F di acqua in un tubo (nella nostra semplice analogia) può essere proporzionale alla pressione P che la sospinge, così ... ... la corrente elettrica I in un filo metallico è proporzionale alla tensione V che la sospinge (almeno per fili di rame). Per il flusso di acqua all'interno di tubi abbiamo scritto


F = P S     o     F = P / R     ( S = 1 / R )

e le analoghe relazioni per la corrente elettrica sono

I = V S     o     I = V / R     ( S = 1 / R )

Circuito Semplice La forma
I = V / R

è la celebre "legge di Ohm", che prende il nome dal tedesco Georg Ohm che l'ha proposta. Quando I viene misurata in ampere e V in volt, le unità della resistenza elettrica R sono note come ohm. Una tensione di 1 volt, applicata a una resistenza di un ohm, farà passare attraverso di essa una corrente di un ampere.

    (Per preparare il terreno, la parola "ohm" è stata precedentemente infilata nella formula P = F / R per la resistenza delle tubazioni d'acqua, sebbene in realtà non appartenga lì. Tuttavia il termine "conduttanza elettrica" è un termine valido per S = 1 / R. In I = V S, se I è misurata in ampere e V in volt, allora l'unità di S prende il nome – che altro? – "mho", pronunciato come "moh" o "mhoh".[N.d.T.: Nel Sistema Internazionale l'unità corrispondente è il siemens.])

Si prega di notare: La semplice proporzionalità espressa dalla legge di Ohm è una utile approssimazione di ciò che si osserva nei conduttori metallici, ma possono esistere relazioni più complesse. Essa non è una legge fondamentale dell'elettricità, ma una utile approssimazione del comportamento elettrico di molti conduttori. Una importante eccezione è il plasma in una sorgente di luce fluorescente.

    Da ricordare:


    La "Tensione" è la controparte elettrica della pressione. Così come il flusso d'acqua F che attraversa un tubo può essere proporzionale (nella nostra analogia) alla differenza di pressione tra le sue estremità, allo stesso modo la corrente elettrica I che attraversa un filo metallico è proporzionale alla tensione tra le sue estremità. Inoltre, così come l'acqua fluisce dall'alta pressione verso una più bassa, così l'elettricità fluisce dalla tensione positiva più elevata verso quella più bassa, o laddove essa sia negativa o nulla.

    La legge di Ohm esprime che la corrente I è inversamente proporzionale alla resistenza di un filo metallico che, come quella di un tubo, aumenta con la lunghezza e diminuisce con l'aumento del diametro (dipende anche dal mezzo conduttore). Esprimendo questo in una formula

I = V / R

S = 1/R è la "conduttanza" del filo metallico, termine talvolta pure utilizzato, e I = V S.



 
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Cronologia (da "Astronomi")
Indice Principale (in inglese)

Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):
                                stargaze("chiocciola")phy6.org

Aggiornato al 17 Settembre 2009

(Traduzione in lingua italiana di Pietro Sauro)