CIRUITI ELETTRICI IN SERIE

… studiare, studiare ed ancora studiare, è il solo modo di capire quanto possa essere grande sia la propria ignoranza!

CIRCUITI SERIE Quando i componenti in un circuito sono collegati in ordine successivo, dove alla fine di ognun componente viene collegata l'estremità iniziale del prossimo (come è illustrato nella sottostante figura), si può dire che stiamo osservando un circuito in serie .

Una corrente elettrica è costituita da un movimento ordinato di elettroni . Nello schema sopra illustrato, la corrente lascia il terminale negativo della batteria e scorre attraverso R1 , R2 ed R3, per poi rientrare nel terminale positivo. Non importa dove si misura la corrente, in un circuito serie come si ottiene dappertutto sempre lo stesso valore di corrente, come :

In un circuito in serie, la corrente è la stessa in tutte le parti del circuito .

La resistenza totale di qualsiasi numero di resistenze in serie è semplicemente la somma delle singole resistenze : Rt = R1 + R2 + R3 .. etc Supponiamo che le resistenze siano state rispettivamewnte di 10Ω , 20Ω e 30 Ω ed una tensione di batteria V = 10 Volt . Qual è la corrente che fluisce nel circuito ? Rt = R1 + R2 + R3 Rt = 10 + 20 + 30 Rt = 60 ohm . Ora sappiamo che la resistenza totale del circuito è 60 Ω e la tensione applicata è di 10 V , quindi possiamo utilizzare la legge di Ohm per calcolare la corrente che scorre nel circuito . I = E / R = 10/60 = 1/6 A o 0,1666 A o 166.6 milliAmpere (mA) Qui di lato, potete vedere le due più comuni rappresentazioni grafiche della resistenza. Ognuno può usare quella che più gli piace.

Un'altra regola che devi imparare è : La somma delle cadute di tensione in un circuito in serie è uguale alla tensione applicata . Tornando al nostro circuito, abbiamo tre resistenze R1 , R2 e R3 in serie , collegate ed alimentate da una batteria da 10 V. A questo punto, siamo in grado di calcolare la tensione ai capi di R1 , poichè sappiamo il valore della resistenza ed anche il valore della corrente che attraversa il circuito, quindi anche R1 . Per nostra definizione chiameremo la tensione ai capi di R1 come 'VR1' , perciò : VR1 = I x R1 = 0,1666 x 10 = 1,666 volt e per le altre due resistenze avremo : VR2 = I x R2 = 0,1666 x 20 = 3.332 volt VR3 = I x R3 = 0,1666 x 30 = 4,998 volt La somma delle cadute di tensione attraverso la resistenza di ciascuna sarà uguale alla tensione applicata .

Noterete che avremo un piccolo errore nel nostro esempio a causa di arrotondamenti dei decimali . V= VR1 + VR2 + VR3 = 1,666 + 3,332 + 4,998 = 9,996 V (con errore di arrotondamento ) . Notate come la tensione di alimentazione è distribuita su tutto il circuito. Il resistenza più piccola determina la più piccola caduta di tensione mentre la più grande resistenza ha ai suoi capi la tensione maggiore. Questo ha senso quando ci rendiamo conto che la corrente di circuito serie è la medesima per tutti i componenti . R3 ha bisogno di quasi la metà della tensione di batteria per determinare una corrente di 0,1666 A che la attraversi, R1 richiede solo 1.666 volt per determinare la stessa corrente. UN ESEMPIO DI UN CIRCUITO DI SERIE Il miglior esempio che posso pensare per comune circuito serie sono le luci dell'albero di Natale . Queste luci sono lampadine a bassa tensione di esercizio di solito sui 10 volt . Tuttavia Le luci dell'albero di Natale utilizzano la tensione di rete di 240 volt. Ma se ogni lampadina richiede 10 volt e se ne connettono 24 dello stesso tipo in serie, avremo che collegandoli ai 240V della rete, ai capi di ciascuna lampadina troveremo 10 volt. Se una lampadina si brucia, si espone parte del circuito alla pericolosa tensione di 240V. Quindi, dal punto di vista delle luci dell'albero di Natale , circuiti serie hanno un vantaggio . Lo svantaggio è che si brucia una lampadina, nessuna corrente fluisce nel circuito e tutte le lucisi spengono . Che cosa accadrebbe se si fosse inserito un corto circuito al posto della lampadina bruciata (solo per nostra ipotesi, è una cosa da NON fare mai). Le restanti 23 lampadine si sarebbero accese di nuovo, ma rifacendo i conti avremo che ai capi delle restanti lampadine, anzichè i 10V regolari, troveremo 10,43V. Tutte le lampadine sarebbero tutte un po 'più luminose di quanto avrebbero dovuto essere. Naturalmente il loro funzionamento ad una tensione più alta causerà loro di bruciare più velocemente , quindi se si continua su questa strada, si troverebbe che le lampadine si brucerebbero sempre più velocemente finché alla fine salterebbe tutto.

POTENZA IN UN CIRCUITO SERIE La potenza totale in un circuito serie si ottiene adottando la formula P = VI dove V è la tensione applicata e I è la corrente totale . Nel nostro esempio : 10 x 0,1666 = 1.666 watt È possibile utilizzare questa equazione per calcolare la potenza dissipata in R1 , R2 e R3 . Naturalmente la somma della potenza dissipata in ogni resistenza deve essere uguale alla potenza totale nel circuito ( 1.666 watt) . PR1 = I2 x R1 = ( 0,1666 ) 2 x 10 = 0,2775556 watt E così via per ciascuna delle altre resistenze . Tuttavia quando si è fatto , la somma delle potenze dissipata in ciascuna resistenza deve uguagliare la potenza totale dissipata nel circuito . Pt = PR1 + PR2 + PR3 I circuiti resistivi in serie sono comunemente utilizzati in elettronica e comunicazioni , di solito in circuiti di alimentazione molto basse.

IL PARTITORE DI TENSIONE L'esempio più comune che posso pensare è dove un componente misterioso in un circuito richiede una tensione ai suoi capi che è inferiore alla tensione di alimentazione . Due resistori possono essere collegati produrre un partitore di tensione . Supponiamo di avere un componente misterioso che richiede 2 volt per lavorare, e la nostra alimentazione la tensione è di 9 volt. Dal momento che non abbiamo ancora preso in considerazione i circuiti paralleli , si suppone che la resistenza della resistenza R2, sia uguale 8000Ω. Il nostro problema è quindi di trovare il valore di R1 . Sappiamo che la somma delle cadute di tensione su R1 e R2 deve essere uguale alla tensione di batteria (9V) Su R2 occorre avere 2 Volt, quindi su R1 troveremo 7 volt. Dovrebbe essere ovvio che il valore di resistenza R1 deve essere superiore a quella di R2 poiché ai sui capi ha una tensione più alta. Proviamo a risolverlo : VR2 che sappiamo essere di 2 V ed il valore di R2 che è 8000 Ω (o 8KΩ) . Detto questo, siamo in grado di calcolare la corrente attraverso R2, che è anche la corrente che fluisce nel circuito : IR2 = VR2/R2 = 2/8000 = 0,25 mA (milliampere) Ovvero, la corrente che circola in R2 è uguale alla tensione ai capi di R2, diviso il valore di R2. Andiamo a vedere quanto vale R1. su R1, abbiamo detto che abbiamo ai suoi capi una tensione data da VR1 = Vbatteria - VR2 = 9V - 2V = 7V Quindi avremo che R1 = VR1/IR2 = 7 V / 0,25 mA = 28000 Ω = 28KΩ Possiamo controllare questo dicendo : (8000/36000)mi della tensione di alimentazione devono essere ai capi di R1, quindi 8/36 x 9, che sono per l'appunto 2V. Ed anche: (28000/36000)mi della tensione di alimentazione devono essere ai capi di R2, quindi 28/36 x 9 che sono per l'appunto 7V .