La legge di Ohm: Tensione, resistenza e corrente

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Per molti si tratta di un argomento già ampiamente assimilato, ma per chi si avvicina per la prima volta al mondo dell’elettronica (o dell’elettrotecnica in generale), la legge di Ohm è uno dei primi ostacoli da superare.

NOTA. Le Leggi di Ohm sono due. In questo articolo esamineremo solo la “Prima Legge di Ohm” (quella più largamente diffusa)

Partiamo subito con un semplice esperimento e realizziamo un circuito elettrico formato da una comune pila da 12 volt, un filo conduttore e una lampadina a bassa tensione (come quelle utilizzate negli stop o negli indicatori di direzione delle moto o delle automobili).

La lampadina, ovviamente, si accenderà! Ma vediamo cosa succede: le cariche elettriche presenti nella pila si muovono dal polo positivo, passando per la lampadina e ritornano al polo negativo. Quando le cariche elettriche attraversano il filamento molto sottile della lampadina, incontrano una resistenza e producono calore, permettendo a quest’ultima di diventare incandescente e irradiare luce.

Più avanti prenderemo in esame le tre variabili in gioco, analizzandole una ad una allo scopo di descrivere il fenomeno governato, appunto, dalla Legge di Ohm, ma adesso concentriamoci su ciò che accade durante il nostro esperimento: la pila è in pratica una fonte di energia, al cui interno sono immagazzinate cariche elettriche pronte a liberarsi. Il filo conduttore che viene utilizzato per “chiudere il circuito” permette il passaggio delle cariche elettriche dal polo positivo al negativo; infine la lampadina, sfruttando quest’ultime, trasforma l’energia elettrica in energia termica: e quindi in calore e luce.

NOTA: Qualche lettore mi ha richiamato, facendo notare che il verso della corrente: da polo positivo a polo negativo è solo una "convenzione", ma che in realtà, dato che l'elettrone ha carica negativa, viaggia dal polo negativo al polo positivo. Naturalmente, ai fini pratici, questo aspetto non cambia le cose, ma è giusto ricordarlo :D.

Per spiegare il fenomeno con un esempio pratico, prendiamo un bottiglia di plastica piena d’acqua e pratichiamo un piccolo foro sul fondo: vedremo uscire un getto d’acqua fino a quando la bottiglia non sarà completamente vuota. Ciò avviene perché in un primo momento, il livello dell’acqua si trova ad un’altezza superiore rispetto alla posizione del foro praticato sul fondo, man mano che il livello dell’acqua scende, la forza con cui l’acqua fuoriesce da essa, si riduce fino allo svuotamento. Questo esempio descrive il funzionamento della pila dal momento in cui è completamente carica (bottiglia piena) fino a quando si scaricherà del tutto (bottiglia vuota). L’acqua che fuoriesce dal foro, invece rappresenta il movimento delle cariche elettriche.

Tensione. L’acqua fuoriesce dalla bottiglia grazie al peso che esercita sui bordi della bottiglia e alla differenza che esiste tra il livello dell’acqua e il punto in cui è posizionato il foro. Questa “differenza” descrive una delle tre variabili in gioco: La Differenza di potenziale o la Tensione che si trova ai capi della pila, tra il polo positivo (il livello dell’acqua) e il polo negativo (la posizione del foro). Essa si misura il Volt e si indica con la lettera V.

Corrente. L’acqua che fuoriesce dalla bottiglia, viene incanalata e indirizzata, ad esempio, verso un mulinello, le cui piccole pale, colpite dal getto d’acqua, si muovono. La quantità di acqua (e il suo vigore) che attraversa il mulinello descrive la seconda variabile in gioco: L’Intensità di corrente. Essa si misura in Ampere (o A) e si indica con la lettera I.

Resistenza. La rotazione del mulinello avviene grazie alla spinta provocata dal getto d’acqua, ma a causa del peso delle pale e dall’attrito sull’asse (e altre variabili più o meno significative), esso oppone una determinata resistenza al passaggio dell’acqua: Ciò descrive l’ultima variabile in gioco: la Resistenza e si misura in Ohm (Ω).

Maggiore sarà la Resistenza, minore risulterà l’Intensità di Corrente. Viceversa diminuendo la Resistenza, l’Intensità di Corrente risulterà più alta, così che un aumento della Tensione, produrrà un incremento dell’Intensità di Corrente e diminuendola, l’Intensità di Corrente sarà più bassa.

Possiamo descrivere la (prima) Legge di Ohm nel modo seguente:

• L’Intensità di corrente (o Corrente) I di un circuito elettrico è direttamente proporzionale alla Tensione V che si trova ai capi del circuito e inversamente proporzionale alla Resistenza R del circuito stesso.
  • I = V / R
• La Resistenza R è direttamente proporzionale alla Tensione V e inversamente proporzionale alla Corrente I.
  • R = V / I
• La Tensione V è direttamente proporzionale sia alla Corrente I che alla Resistenza R.
  • V = R * I

Facciamo due calcoli:

Prendendo in esame la figura del Circuito elettrico elementare della prima figura in alto, data la Tensione della pila pari a 12 V e assumendo che la Resistenza della lampadina è di 24 Ω, quanto vale la Corrente I?

I = V / R = 12 / 24 = 0,5 Ampere

Supponiamo adesso di sostiure la lampadina precedentemente utilizzata con un’altra di tipo leggermente diverso. Conoscendo il valore della Tensione paria a 12 V e della corrente che attraversa il circuito ,pari a 0,67 A, quanto vale la Resistenza R della lampadina?

R = V / I = 12 / 0,67 = 17,91 Ω

Possiamo anche aggiungere che:

• A parità di Resistenza R, l’incremento della Tensione V si traduce un in incremento della Corrente I. L’incremento della Corrente I si traduce in un incremento della Tensione V.
• A parità di Tensione V, l’incremento della Resistenza R si traduce in un decremento della Corrente I. L’incremento della Corrente I si traduce in un decremento della resistenza R.
• A parità di Corrente I, l’incremento della Tensione V si traduce un in incremento della Resistenza R. L’incremento della Resistenza R si traduce in un incremento della Tensione V.

A corredo di quanto esposto fino ad ora, possiamo anche aggiungere che, sempre secondo la Legge di Ohm, la Potenza (che si esprime in Watt e si abbrevia con il simbolo W) si calcola con la seguente formula:

P = V * I

Quindi, secondo quanto esposto in precedenza, se la Tensione è pari a 12V. e la Corrente è pari a 0,15A., possiamo calcolare la Potenza:

P = V * I = 12 * 0,15 = 1,8 W

NOTA: Sui "filamenti che si riscaldano e/o emettono luce (stufe, lampadine a incandescenza, ecc...)" una cosiderazione è doverosa: Alcuni materiali (tungsteno, nichel-cromo, ecc...) hanno un comportamento "non lineare" al variare della corrente, per effetto del calore prodotto, che incide sulla capacità degli elettroni di muoversi liberamente, ciò si traduce nel fatto che la resistenza del conduttore, varia in modo più significatico rispetto ad altri materiali, al variare della corrente che lo attraversa.

Conclusione. Conoscere a fondo la Legge di Ohm, ci permetterà di esaminare con attenzione le reti elettriche e i circuiti elettronici, di risolvere problemi ad essi collegati, individuando cause e soluzioni. Munitevi di un tester in grado di misurare Resistenza, Tensione e Corrente (segui la seconda lezione del corso sull’uso del tester), Iniziate a realizzare circuiti elettrici in bassa tensione, dapprima semplici, poi via via più complessi e misurate e calcolate le variabili. Nel prossimo articolo del corso “Elettronica partendo da zero”, parleremo di come effettuare misurazioni con l’utilizzo di un tester.