(E3)   I Circuiti Elettrici     


A questo punto potremmo iniziare a disegnare degli schemi di circuiti elettrici.

    Una linea rappresenta un filo (o nel gergo degli elettricisti, "un conduttore elettrico"). Quando due linee dello schema si incrociano e sono collegate nel punto di attraversamento, il punto viene di solito disegnato in modo più marcato, o come un piccolo pallino nero. Se invece esse si attraversano senza essere collegate, l'attraversamento viene a volte indicato da un piccolo arco, in uno dei fili, che attraversa l'altro come un ponte. Una interruzione del filo con una estremità corta incernierata è un interruttore, a prescindere dalla reale modalità di funzionamento (lo schema suggerisce un "sezionatore").

    Una cella elettrica viene rappresentata da due linee parallele, perpendicolari ai fili ad esse collegati (vedi disegni) – una, corta e spessa (il lato o polo negativo) ed una lunga e sottile (il polo positivo – l'estremità a forma di pulsante nella normale pila a secco), ciascun simbolo per ognuno dei diversi materiali (ad esempio metalli) utilizzati in alcune batterie. (Non la si confonda con un condensatore, rappresentato da due linee parallele uguali.) Con un evidente simbolo di una lampadina elettrica, il circuito di una semplice torcia elettrica può quindi essere disegnato così:



Una lampadina elettrica con due celle:

Una batteria costituita da due celle è talvolta indicata così  



e con tre (si veda sotto) 

    Tuttavia, il numero di celle può essere ampio, così il simbolo di una cella elettrica o di una batteria a due celle è spesso usato per qualsiasi batteria – con il numero di volt indicato per iscritto. Se due diverse batterie fanno parte dello stesso schema, quella con tensione più elevata potrebbe essere disegnata con un numero maggiore di piastre.

    Una resistenza (o un "resistore", un dispositivo che introduce una resistenza specifica) viene disegnata come una linea a zig-zag, e la sua resistenza in ohm è indicata con la lettera greca Ω (Omega maiuscola). In questo modo si può disegnare:

    Una lampadina ad attacco Edison, che emette luce da un filamento incandescente, è naturalmente anch'essa una resistenza, e così verrà disegnata negli schemi, a meno che non vogliamo enfatizzare il suo ruolo speciale. Le lampade che utilizzano un gas caldo (ad esempio "fluorescente") o che si basano sull'effetto a stato solido (es. i LED) hanno un comportamento più complesso

Da ricordare


Gli schemi elettrici aiutano a visualizzare i circuiti elettrici. Una semplice linea simboleggia un filo ("conduttore"), una linea a zig-zag rappresenta un conduttore con resistenza, e una porzione incernierata che interrompe la continuità del filo, descrive un interruttore. Due linee perpendicolari al filo, una corta e spessa, l'altra più sottile e lunga, sono una cella chimica che produce tensione, e diverse celle possono essere combinate per ottenere una "batteria". I fili che si attraversano possono collegarsi (pallino nero) o incrociarsi senza toccarsi, spesso mostrati mediante un arco di linea sopra l'altra.

Di più sulla legge di Ohm

Legge di Ohm vale separatamente per ciascuna parte del circuito. Se V è la caduta di tensione tra due punti qualsiasi del circuito, ed R è la resistenza tra di loro, allora la corrente I tra questi punti soddisfa la

I = V / R

    In effetti, questo è il modo in cui la legge viene generalmente utilizzata. Nel disegno sopra, per esempio, la legge di Ohm è applicata (quando l'interruttore si chiude) tra i punti A e B. Quello che succede all'interno della batteria (che fa anch'essa parte del circuito) non viene preso in considerazione.

    Immaginiamo ad esempio un circuito azionato da un batteria da 12 volt (di seguito), in cui due resistenze R1 = 3 Ω e R2 = 9 Ω si susseguono come disegnato ("collegate in serie"). La caduta di tensione totale da A a B è uguale a V = 12 volt, e analogamente a una caduta di pressione in un tubo, può essere vista come la somma di una caduta di tensione V1 da A a C (attraverso R1), più una caduta di tensione V2 da C a B (attraverso R2). Naturalmente

V1 + V2   =   V   = 12 volt

    La legge di Ohm vale separatamente per le correnti I1 e I2 che circolano nelle distinte porzioni di circuito:

I1 = V1 / R1                 I2 = V2 / R2

    In questo caso, naturalmente, la stessa corrente circola in tutte le porzioni di circuito, e denotandola con I, otteniamo

I1   =   I2   =   I

    Quella uguaglianza porta ad ulteriori conclusioni, e ci torneremo in un secondo momento.

Da ricordare


La legge di Ohm vale in modo indipendente per ogni ramo del circuito. Se un percorso ha una resistenza di R ohm e la differenza di tensione tra le sue estremità è V volt, allora in esso circoleranno I ampere.

   Rompicapo facoltativi    

    Nota: Si può ritenere che la corrente negli esempi seguenti provenga da una batteria. In realtà, però, i risultati qui ottenuti restano validi con le correnti alternate. Le risposte e altro ancora sono presentate qui.

    (1) Un interruttore a 3 vie o deviatore è quello che in una data posizione collega il filo in A a quello in B, nell'altra posizione lo collega a quello in C. Non vi è altra posizione – A deve essere collegato all'uno o all'altro, esso non può essere lasciato aperto (come in un comune interruttore).

Ora: Vi viene data una scatola con una lampadina elettrica e due interruttori (disegno). L'alimentazione o è una batteria posta all'interno, o un cavo di alimentazione (non fa differenza). Ciascun interruttore può accendere o spegnere la luce. È possibile accenderla e spegnerla con lo stesso interruttore, o accenderla con l'uno e spegnerla con l'altro.

    Si disegni uno schema di un possibile modo di cablare l'interno della scatola, utilizzando dei deviatori.

    Suggerimento: Dal momento che entrambi gli interruttori hanno le stesse caratteristiche, si cerchi di cablarli in modo simile!

    Nota: Questo cablaggio ha il suo utilizzo pratico. Supponiamo che la vostra casa abbia una lunga scalinata che conduce al seminterrato, che ha anche un uscita verso il garage. Un interruttore potrebbe trovarsi in cima alle scale, l'altro vicino alla porta di uscita. Andando verso il garage accenderete la luce all'entrata del seminterrato e la spegnerete all'uscita, mentre al ritorno, utilizzerete gli interruttori in ordine inverso. Se state solo andando nel seminterrato a prendere qualcosa, potete accendere e spegnere la luce nello stesso punto.

    (2) Un interruttore a 4 vie (disegno) contiene due deviatori manovrati insieme, anche se l'utente vede solo una levetta, come in un comune interruttore. (La linea scura è un collegamento meccanico, una barra che fa muovere insieme entrambi gli interruttori. Non è un filo e non trasporta una corrente). In una data posizione, (A,A') sono collegati elettricamente a (B,B'), nell'altra sono collegati a (C,C').

    (disegno) Un interruttore a 4 vie può essere cablato come interruttore invertitore ("commutatore"), come mostrato nel disegno. Solo due fili, D e D', escono da esso, il filo incurvato non è collegato a D'. In una data posizione, A è collegato a D e A' a D'. Nell'altra, i collegamenti sono invertiti: A è collegato a D' e A' a D.

    Invece di disegnare tutte le connessioni, un invertitore sarà qui disegnato come un quadrato con delle linee che si incrociano (disegno sotto),

    La domanda:
    Un edificio di 5 piani ha una via di fuga antincendio interna, senza finestre ma con una luce di emergenza (disegnatene solo una nei vostri schemi). Ogni piano ha un interruttore da cui può essere accesa la luce, e indipendentemente da dove questa viene accesa, essa può essere spenta da qualsiasi altro posto. Se gli interruttori sono invertitori – come sono collegati?

Le risposte e altro ancora sono presentate nella prossima sezione.

 
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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)