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ELETTRONICA
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
Massa
kilogrammo
kg
DIFFERENZA DI POTENZIALE, TENSIONE E POTENZA ELETTRICA
La corrente elettrica può essere vista come un flusso di
cariche elettriche, convenzionalmente di segno positivo.
Affinché sia possibile tale movimento, alle cariche deve essere
conferita dell’energia; in un circuito elettrico elementare tale
energia viene fornita dal generatore, che trasforma in elettrica
l’energia ricevuta sotto altra forma (chimica, meccanica, lu-
-minosa ecc.).
Si supponga che una carica elettrica di valore Q1 debba fluire
tra due punti di un circuito elettrico e che per tale spostame-
-nto sia necessario l’impiego di una energia W1; è abbasta-
-nza intuitivo pensare che se la carica aumenta al valore Q2
anche l’energia necessaria aumenterà in maniera direttamente
proporzionale, assumendo il valore W2.
Data la proporzionalità diretta tra le due grandezze, il loro
rapporto rimarrà costante:
Si definisce tensione elettrica tra due punti di un circuito il rapporto tra l’energia che viene
fornita alla carica elettrica durante il movimento tra i due punti considerati e il valore della
carica stessa.
[6]
Considerando la carica pari a 1C, l’espressione [6] mostra che la tensione coincide numeri-
-camente con l’energia che occorre fornire alla carica unitaria durante il suo spostamento tra
i punti considerati.
L’unità di misura della tensione elettrica è il Volt (simbolo V); in base alla definizione si ha:
Facciamo un esempio :
Un asciugacapelli viene collegato a una presa con tensione 230 V e fatto funzionare per
15 min, durante i quali assorbe una corrente costante, di intensità 4 A.
Calcoliamo l’energia necessaria per il funzionamento.
La carica elettrica che percorre il circuito durante il tempo indicato è pari a:
Si deve immaginare che tutto il sistema elettrico a monte della presa sia equivalente a un
generatore che, per far funzionare l’asciugacapelli, deve fornire l’energia:
Nello studio dei circuiti elettrici la tensione elettrica (o semplicemente tensione) è detta
anche differenza di potenziale elettrico (d.d.p.) tra i due punti, dove per potenziale elettrico
si deve intendere la tensione di un punto rispetto a un riferimento, che si suppone a
potenziale zero.
Il concetto è analogo a quello delle altitudini geografiche, dove il livello di riferimento è
quello del mare: l’altezza di un punto rispetto al livello del mare corrisponde al potenziale
rispetto al riferimento, mentre la differenza di quota tra due punti è analoga alla differenza
di potenziale e quindi alla tensione elettrica.
I concetti espressi sono evidenziati nella figura (8), dove il punto GND indica quello a
potenziale zero, ossia la massa del circuito (in inglese ground, abbreviato con GND)
Va:potenziale del punto A
Vb:potenziale del punto B
Vab: differenza di potenziale
(tensione) tra i punti A e B
[8]
Esemplificazione dei concetti
di potenziale, differenza di
potenziale, tensione
Nel caso dei generatori elettrici, la tensione che si sviluppa al loro interno prende anche il
nome di forza elettromotrice, spesso abbreviata in f.e.m.; il termine è esplicativo in quanto
induce a pensare alla forza che mette in movimento le cariche elettriche.
In realtà si tratta ancora di una tensione e corrisponde al valore dell’energia che il genera-
-tore conferisce all’unità di carica elettrica che transita nel circuito in cui è inserito.
POTENZA ELETTRICA
Si consideri una carica elettrica di valore Q che si muove all’interno di un circuito
nell’intervallo di tempo t, tra due punti aventi differenza di potenziale V. L’energia da fornire
alla carica corrisponde al lavoro fatto dal generatore ed è pari a:
La potenza elettrica è data dal rapporto tra lavoro e tempo e quindi si ha:
dove il rapporto Q/t rappresenta l’intensità della corrente.
Si definisce potenza elettrica il prodotto :
[7]
L’espressione [7] consente di calcolare la potenza elettrica di un qualsiasi elemento di circuito
come prodotto tra la tensione e l’intensità di corrente; essa si presta, inoltre, alle seguenti
considerazioni:
•
se la tensione e la corrente sono ambedue costanti nel tempo, anche la potenza, pari al loro
prodotto, lo è;
•
se la tensione e la corrente sono, in generale, variabili nel tempo, l’espressione [7]
fornisce una funzione del tempo p(t) = v(t)xi(t);
•
se in un circuito la corrente circola tra due punti allo stesso potenziale (V = 0), la potenza
è nulla; l’elemento circuitale che consente la circolazione di corrente senza tensione ai suoi
capi è detto cortocircuito ideale;
•
se tra due punti a potenziale diverso non circola corrente (I = 0), la potenza è nulla; un
funzionamento di questo tipo è detto a vuoto e l’elemento circuitale che lo rappresenta
prende il nome di circuito aperto ideale.
L’unità di misura della potenza è il watt (simbolo W); dalla definizione di potenza e dalla
formula [7], si ricavano le due seguenti uguaglianze:
Calcolaliamo la potenza elettrica dell’utilizzatore considerato nell’esempio di cui sopra.
Trattandosi di un circuito funzionante con tensione e corrente costanti, il calcolo è
immediato:
Allo stesso risultato si perviene applicando la definizione fisica di potenza
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