Nell’elettrodinamica, le resistenze possono essere collegate in due modi principali: in serie e in parallelo. Tale aspetto influenza sia il modo in cui la corrente scorre attraverso un circuito, sia il modo in cui si distribuisce la tensione.
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Nei prossimi scroll capiamo come le resistenze influenzano il funzionamento di un dispositivo elettronico e come ci permettono di analizzare e prevedere il comportamento dei circuiti elettrici.
Leggi di Ohm e circuiti elettrici
Per comprendere appieno il funzionamento dei circuiti elettrici, dobbiamo in primis partire dalle fondamenta della teoria elettrica: le leggi di Ohm.
La Prima Legge di Ohm è descritta dalla formula ∆V = Ri e fornisce una relazione diretta tra:
- tensione (V),
- corrente (I)
- resistenza (R)
Ciò sancisce che la differenza di potenziale applicata su un conduttore è:
- Proporzionale alla corrente che lo attraversa ⚡️
- Inversamente proporzionale alla sua resistenza 🔌
Tale principio ci permette di calcolare la corrente che attraversa un circuito in base alla tensione applicata e alla sua resistenza. Infatti, a parità di ∆V i conduttori con resistenza minore saranno attraversati da una corrente più intensa.
La Seconda Legge di Ohm è espressa dalla formula R = ρ * l/S e specifica il grado di resistenza (o resistività) alla corrente elettrica di ogni materiale attraverso:
- ρ (rho) – la resistività del materiale misurata in ohm metri (Ω⋅m) ⚡️
- l – la lunghezza del conduttore misurata in metri (m) 📏
- A – l’area della sezione trasversale del conduttore misurata in metri quadrati (m²) 🔌
La resistività è una proprietà intrinseca di ciascun materiale e indica quanto quel materiale si oppone al passaggio della corrente elettrica. Materiali con bassa resistività, come l’argento e il rame, sono eccellenti conduttori, mentre materiali con alta resistività, come il vetro e la ceramica, sono isolanti efficaci.
Leggi di Kirchhoff e circuiti complessi
I circuiti elettrici sono dispositivi formati da componenti elettriche collegate fra loro da un filo conduttore a cui fa capo un generatore di tensione.
Quest’ultimo è in grado di separare le cariche elettriche ai due poli opposti del generatore, creando una differenza di potenziale che genera poi un flusso di corrente elettrica nel circuito. Il lavoro compiuto dal generatore è detto forza elettromotrice (f.e.m.) o tensione del generatore.
Comprendere il ruolo del generatore permette di analizzare e prevedere accuratamente il comportamento dei circuiti elettrici, soprattutto se utilizziamo le Leggi di Kirchoff 🧠
Infatti, la Legge delle Correnti (1° legge di Kirchoff) ci dice che la somma algebrica delle correnti in ingresso e in uscita in qualsiasi nodo di un circuito è uguale a zero. Tale principio permette di comprendere come la corrente si distribuisce in un circuito complesso.
Inoltre, la Legge delle Maglie (2° legge di Kirchoff) afferma che la somma algebrica delle differenze di tensioni in un percorso chiuso in un circuito è uguale a zero. Ciò significa che la somma delle cadute di tensione più la tensione fornita dai generatori deve essere uguale a zero.
Entrambe queste leggi so o la base per la risoluzione di quasi tutti i circuiti elettrici perché permettono di verificare l’equilibrio energetico di un circuito e calcolare le tensioni in vari punti.
Resistenze in serie e in parallelo
Le resistenze in serie e in parallelo rappresentano delle configurazioni fondamentali all’interno dei circuiti elettrici. Le configurazioni di resistenze influenzano significativamente il comportamento e l’efficienza di dispositivi in contesti sia elettrostatici che elettromagnetici.
In pratica, l’integrazione di queste configurazioni nei design dei circuiti deve considerare l’interazione tra correnti, cariche statiche e campi magnetici per ottimizzare la performance e la sicurezza degli apparecchi elettrici ed elettronici.
Nella disposizione in serie, le resistenze sono collegate in sequenza e il flusso di corrente deve attraversarle una dopo l’altra. Ogni resistenza aggiunta aumenta quella totale del circuito, comportando una maggiore difficoltà nel passaggio della corrente.
Nella disposizione in parallelo, le resistenze sono connesse in modo tale che la corrente abbia più percorsi attraverso cui fluire. Tale configurazione permette all’elettricità di dividere il suo flusso tra le resistenze, riducendo complessivamente quella totale del circuito.
Resistenze in serie
Più dettagliatamente, quando le resistenze sono collegate in serie, la corrente che attraversa ciascuna di esse è la stessa, poiché non ha alternative percorribili. Ciò implica che la somma delle cadute di tensione su ciascuna resistenza sia uguale alla tensione totale applicata al circuito.
In altre parole, la corrente non può essere suddivisa lungo il percorso, ma scorre attraverso le resistenze una dopo l’altra.
La resistenza totale del circuito sarà maggiore rispetto a una singola resistenza, poiché la corrente deve superare più ostacoli nel suo percorso. Inoltre, se una delle resistenze in serie si guasta, l’intero circuito si interromperà con essa e non passerà più corrente.
Resistenze in parallelo
Quando le resistenze sono collegate in parallelo, la tensione che passa attraverso ciascuna di esse è la stessa, mentre la corrente si divide tra di loro.
In altre parole, le resistenze in parallelo offrono percorsi alternativi per il flusso di corrente e il valore totale della resistenza equivalente è minore rispetto a ciascuna delle resistenze singole.
Le resistenze in parallelo sono caratterizzate dall’avere lo stesso valore di tensione ai capi e dalla possibilità di calcolare facilmente la resistenza equivalente utilizzando la formula inversa rispetto alle resistenze in serie.
In pratica, le resistenze in parallelo possono essere sostituite da una sola resistenza equivalente, il cui valore è dato dalla reciproca della somma delle reciproche delle resistenze in parallelo.
Per capire al meglio questo concetto, immagina una competizione tra le resistenze per attrarre la corrente. Le resistenze con valori più bassi attirano una maggiore quantità di elettricità rispetto a quelle che hanno valori più alti. Questo tipo di configurazione offre maggiore flessibilità e possibilità di controllo rispetto alle resistenze in serie.
Circuito in serie: calcolo della resistenza totale
Una volta chiarita la natura delle resistenze, è il momento di scoprire come trovare la resistenza equivalente di un circuito.
Nel caso di un circuito seriale, la resistenza totale può essere calcolata semplicemente sommando le resistenze individuali. Questo perché il flusso di corrente attraversa le resistenze in successione, senza diramazioni o divisioni.
Matematicamente, la resistenza totale Rtot di un circuito seriale composto da n resistenze R1, R2, Rn è data dalla seguente formula: Rtot = R1 + R2 + Rn
L’equazione rispecchia il concetto che, all’aumentare delle resistenze in serie, la resistenza totale aumenta. Tale aspetto è alla base della costruzione dei circuiti elettrici e riveste un ruolo fondamentale nell’analisi e progettazione degli stessi.
Circuito in parallelo: calcolo della resistenza equivalente
Per calcolare la resistenza equivalente in un circuito parallelo, esiste una formula specifica che tiene conto della disposizione dei componenti elettrici:
1/Req = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 + … + 1/Rn
- Req: rappresenta la resistenza equivalente complessiva del circuito parallelo
- R1, R2, R3,…, Rn: rappresentano le resistenze individuali presenti nel circuito.
Per calcolare la resistenza equivalente, si sommano i reciproci di ciascuna resistenza e infine si prende il reciproco del risultato ottenuto. Nel caso in cui ci siano solamente due resistenze nel circuito parallelo, la formula può essere semplificata come: Req = (R1 * R2) / (R1 + R2).
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Bene! Siamo alla fine di questo episodio, spero ti sia stato utile per ripassare le resistenze in serie e in parallelo e le nozioni principali sull’elettrodinamica 🧠
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