Il nome nel titolo è quello di un fisico tedesco vissuto a cavallo tra il 1700 ed il 1800. Sono certo che la quasi totalità degli addetti ai lavori lo ricordano però solo per il cognome, che ricorre spesso in diverse occasioni quando parliamo di elettronica ed elettrotecnica.
Come abbiamo detto nel precedente articolo tra tensione e corrente c’è un legame, se aumenta la tensione aumenta la corrente, ma in che modo?
Facciamo un passo indietro e torniamo all’ultima immagine vista nel precedente articolo, ma questa volta cambiamo le dimensioni del condotto del fluido.
Con la stessa differenza di pressione (differenza di potenziale nel caso del circuito elettrico) abbiamo un condotto differente, a sinistra più largo a destra più stretto, dove scorrerà la maggiore corrente? Beh la risposta è molto intuitiva e scontata, a sinistra il fluido scorre con maggiore facilità mentre invece a destra il condotto più sottile offre una maggiore resistenza al percorso dell’acqua.
Un altro caso potrebbe essere il seguente.
In questo caso a destra, anche se la conduttura ha lo stesso diametro, c’è una maggiore distanza da percorrere ed anche in questo caso è facilmente intuibile che a sinistra il fluido scorre con maggiore facilità, mentre a destra la conformazione e la lunghezza del conduttore offrono una maggiore resistenza al passaggio dell’acqua.
La parola che ci interessa è proprio resistenza, e nei circuiti elettrici avviene esattamente la stessa cosa, più è sottile o lungo il conduttore e maggiore è la resistenza che esso offre al flusso delle cariche e cioè alla corrente. La resistenza è una grandezza che si indica con R e si misura in Ohm [Ω].
Se manteniamo costante la tensione e variamo solo la resistenza del conduttore, ci accorgeremo che all’aumentare della resistenza diminuisce la corrente. Georg Simon Alfred Ohm nel 1827 dimostrò matematicamente proprio la relazione tra queste 3 importanti grandezze e cioè, tensione (V), corrente (I) e resistenza (R). Ohm scopri che la tensione e la corrente erano direttamente proporzionali, e cioè che all’aumentare dell’una la seconda aumenta nella stessa maniera (se raddoppia V raddoppia I, se triplica V triplica I e così via).
In pratica c’è una formula semplicissima che lega queste 3 grandezze ed è la seguente:
Questa formula rappresenta la legge di Ohm e può essere rappresentata anche in altri modi, ricavando matematicamente V o I infatti si può avere:
Se dovessimo realizzare un grafico mettendo sugli assi cartesiani la tensione e la corrente otterremmo quanto segue:
Come detto un legame di proporzionalità diretta tra V ed I, in questo caso perciò la resistenza R nel grafico sarà rappresentata dalla pendenza della retta.
C’è una vignetta molto simpatica trovata in rete che riassume in maniera scherzosa la legge di Ohm ed è la seguente:
In pratica se un conduttore offre una resistenza di 1 Ohm ed ai suoi capi viene collegato un generatore di 1 Volt nel conduttore scorrerà un corrente di 1 Ampere. Facile no? Detta così è molto semplice, e comunque sia anche complicando i circuiti tra due punti di un circuito questo principio generalmente è sempre applicabile.
Il simbolo elettrico di un resistore è il seguente:
Ed il circuito elettrico completo delle sue 3 grandezze fondamentali, con vicino l’analogo circuito idraulico è il seguente:
Ma da cosa dipende la resistenza di un conduttore? Sicuramente come abbiamo visto dalla lunghezza e dalla sua sezione, ma non solo. Ci sono infatti materiali che sono ottimi conduttori e altri che invece lo sono di meno. In commercio esistono dei componenti chiamati resistori, che servono proprio a questo, ad offrire una resistenza al passaggio della corrente in modo da diminuire la corrente quando necessario. I metodi con cui vengono costruiti questi componenti sono diversi, ci sono ad esempio quelli a filo che consistono in un filo lungo e sottile avvolto su un supporto fisso, o quelli costruiti con degli impasti particolari o con delle pellicole che offrono una precisa resistenza alla corrente.
La costruzione dei Resistori avviene conoscendo un’altra legge dello stesso scienziato chiamata “seconda legge di Ohm”, che permette di calcolare la resistenza di un conduttore tenendo conto della sua lunghezza l, della sua sezione S e del materiale di cui è composto tramite una costante chiamata resistività ed indicata con la lettera greca ρ (rho).
La resistività ρ (rho) è l’attitudine di un materiale ad opporsi al passaggio di cariche elettriche.
Basta cercare su google “tabella della resistività dei materiali” per trovare i valori di resistività di diversi materiali e leghe, di seguito una tabella con qualche esempio.
Come detto precedentemente ci sono svariati tipi di resistori in commercio.
Per riconoscere il valore di resistenza ci sono principalmente 3 metodi di apporre il valore sul componente. Se il resistore è abbastanza grande possiamo trovare il valore scritto per esteso e chiaramente sul componente, quando invece è più piccolo possiamo trovare 3 numeri (come nel primo sinistra della precedente foto) dove i primi due numeri rappresentano le prime due cifre, mentre il terzo numero indica il numero degli zeri, pertanto il numero 103 indica 10.000 Ohm.
Un altro metodo è quello del codice colori, come nel caso del resistore al centro. In pratica vengono stampate 4 righe colorate sul componente, mettendo le 3 righe più vicine a sinistra si può leggere il valore conoscendo un codice colori che associa ad ogni colore un numero da 0 a 9.
Nel caso sopra ad esempio avremmo: marrone=1, verde=5, rosso=2 (2 zeri o fattore moltiplicatore pari a 100)
il valore sarebbe 1500 Ohm. La tolleranza viene indicata con l’ultimo colore a destra nel caso in figura è del 5%, perciò il costruttore indica che il valore indicato può cambiare del 5% in più o in meno.
Ma in un circuito la resistenza alla corrente è data anche da eventuali apparecchi utilizzatori. Prendiamo ad esempio il circuito più elementare che è quello per l’accensione di una lampada.
La pila compie un lavoro per separare le cariche e creare una differenza di potenziale tra i suoi due poli, se l’interruttore si chiude la corrente comincia a scorrere attraversando la lampada cioè l’utilizzatore. Lo schema elettrico del circuito è il seguente:
La resistenza (oltre a quella dei fili di collegamento in genere molto bassa) viene data dalla stessa lampadina. In questo caso avviene che l’energia che la pila utilizza per separare le cariche, viene trasferita all’utilizzatore che la restituisce sotto forma di radiazione luminosa e di calore, infatti la corrente nell’attraversare la lampada fa scaldare il suo filamento emettendo così luce visibile. Conoscendo la resistenza della lampadina, potremmo considerare il seguente circuito ed applicare la legge di Ohm vista prima : V = R x I
Ma il calore si sviluppa solo se c’è una lampadina? No il calore si sviluppa ogni qualvolta una corrente attraversa un dispositivo che offre una resistenza, e siccome ogni conduttore ha una sua resistenza, il calore teoricamente si sviluppa sempre. Quanto appena detto viene definito “effetto Joule”, ed anche in questo caso c’è una formula che viene in nostro aiuto e ci consente di calcolare la quantità di calore che viene emessa da un conduttore, un resistore o da un qualsiasi utilizzatore come una lampada, percorso da una corrente I per un tempo t. Per calcolare il calore occorre conoscere la resistenza del conduttore o del dispositivo percorso da corrente ed applicare la seguente formula:
Facendo un semplice passaggio matematico potremmo anche utilizzare un’altra formula e cioè:
Le due formule danno ovviamente lo stesso risultato e cioè il calore dissipato dal conduttore o dal resistore o dal dispositivo che viene percorso da corrente.
Ora resta da vedere cosa avviene quando colleghiamo più resistenze insieme, ma per questo servirà un altro articolo.
Grazie.