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Lezione n.5 – microcorso di elettronica per principianti: circuito elettrico

1 Replica

Che cosa è un circuito elettrico?

Possiamo definire un circuito elettrico come un percorso competo per il flusso della corrente elettrica compreso il generatore di tensione.
Di seguito potete vedere un semplicissimo circuito costituito da una lampada, usata come carico ed una batteria usata come sorgente di tensione:

In questo circuito possiamo dire che il flusso di corrente parte dal polo negativo della batteria, fluisce verso il terminale A della lampadina, attravesa la lampadina fuoriesce dal terminale B per fluire poi verso il polo positivo della batteria e poi nuovamente verso il polo negativo della batteria, per incominciare nuovamente un nuovo ciclo.

Circuito aperto

Fino a quando è presente un circuito completo la corrente elettrica può fluire attraverso il circuito, se però si crea in qualche modo un’interruzione nel circuito il flusso di corrente viene fermato.

La figura mostra un circuito interrotto da un interruttre aperto. Il fluire della corrente può essere bloccato per diversi motivi:

  • conduttore interrotto
  • filamento della lampadina bruciata
  • batteria scarica
  • connessione ai componenti staccata

Tipi di circuiti elettrici

Possiamo avere due tipi fondamentali di circuiti:

  1. circuiti serie
  2. circuiti parallelo

Nelle successive lezioni imparerete a lavorare con i due tipi di circuiti e poi imparerete a combinarli insieme in quello che viene chiamato circuito serie-parallelo.

Circuiti serie

In un circuito serie è presente solamente un percorso dove la corrente può fluire per completare l’intero circuito. In modo più semplice diciamo che il flusso di corrente fluisce in egual misura attraverso ogni componente del circuito elettrico.

Nel disegno che segue abbiamo 3 lampadine connesse in serie e se per qualche motivo una di queste si dovesse fulminare (circuito aperto) il flusso di corrente si interromperebbe.

Circuito parallelo

In un circuito parallelo sono presenti tanti percorsi per il flusso di corrente quanti sono i rami paralleli nel circuito. Nel circuito che segue tutte le lampade sono connesse in parallelo con la batteria.
La corrente fluisce dalla batteria dividendosi attraverso ciascuna lampada. La somma della correnti che fluisce attraverso ciascuna lampada è uguale alla corrente che fluisce attraverso la batteria.

Circuito serie-parallelo

Un circuito serie-parallelo altro non è che una combinazione di circuiti serie e parallelo.

Il flusso di corrente va dal polo negativo della batteria verso la lampadina L1 poi si divide per fluire tra L2 ed L3. La corrente poi si riunisce per scorrere attraverso la lampadina L4 per tornare nuovamente alla batteria.
Dal circuito potete notare che la lampadina L1 ed L4 sono attraversate dalla medesima corrente mentre le lampade L2 ed L3 sono in parallelo e la corrente si divide tra i due percorsi.

Per vedere tutte le lezioni del microcorso di elettronica per principianti seguite il link.

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Lezione n.4 – microcorso di elettronica per principianti: corrente elettrica

5 Repliche

Per avere un flusso di elettroni è necessario che ci sia un movimento continuo in cui gran parte degli elettroni liberi si muove nella stessa direzione.

Se si crea un percorso che permette di far muovere gli elettroni da un materiale carico negativamente ad uno carico positivamente allora gli elettroni potranno fluire, quando ciò accade si dice che si ha una corrente elettrica ed il fluire di cariche elettriche continuerà fino a quando il percorso non viene interrotto oppure finchè la carica elettrica non è la stessa per entrambi i materiali.

Per avere una corrente misurabile è indispensabile che vi sia un movimento di una grande quantità di elettroni, dell’ordine del milione.

L’unità di misura della corrente elettrica è l’Ampere.
Un flusso di corrente di 1 Ampere corrisponde al movimento di 6,25 x 10^18 elettroni al secondo che passano in un un determionato punto.
Se non siete pratici con la notazione scientifica vi ricordo che il numero 6,25 x 10^18 corrisponde a 6.250.000.000.000.000.000 piuttosto grande non trovate ? 🙂

Direzione del flusso degli elettroni

Abbiamo detto che la corrente è un flusso di elettroni e questo flusso va sempre da un punto ad eccesso di elettroni, carico negativamente (-), verso un punto che non ha elettroni, carico positivamente (+).
Fate attenzione però che questa affermazione è vera se si considera la corrente come flusso di elettroni ciò che accade realmente nei conduttori.

Prima che si conoscesse la teoria dell’elettrone si pensava che la corrente fluisse dal (+) al (-) ed la simbologia di alcuni componenti riflette ancora questa teoria e quindi viene considerato che il verso della corrente è quello delle cariche positive da un punto a potenziale positivo (+) a quello a potenziale (-), quindi nonostante ciò la definizione originale di corrente elettrica resta ancora valida e viene oggi usata e quindi nella lettura e risoluzione di schemi elettrici considererete sempre il verso del flusso convenzionale di corrente.

 

Sorgenti di elettricità

Per far si che vi sia una corrente che fluisca continuamente è indispensabile una forma di energia che continuamente ponga in moto le cariche positive (secondo il flusso convenzionale).

Le sorgenti di energia elettrica possono essere di diverso tipo:

Attrito
Lo strofinamento di materiali, come visto nella lezione precedente, determina la formazione di cariche; probabilmente tale situazione è stata da voi sperimentata quando passeggiate su alcuni tipi di tappeti.

Azione chimica
Una batteria elettrica utilizza l’azione chimica di diversi materiali per produrre energia elettrica.

Pressione
Se su alcuni tipi di cristalli applicate una pressione è possibile produrre energia elettrica.

Calore
Il principio della termocoppia sfrutta proprio il calore applicato alla giunzione di due materiali diversi.

Magnetismo
Il movimento di un filo costituito da materiale conduttore in un campo magnetico determina il movimento degli elettroni verso un capo del filo.

Luce
Alcuni dispositivi, come le fotocellule, se colpiti da luce possono produrre energia elettrica.

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Lezione n.3 – microcorso di elettronica per principianti: Elettricità statica

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Molti di noi hanno vissuto anche solo per gioco fenomeni di elettrostatica, come ad esempio all’effetto di strofinio di un palloncino sui capelli che ne provoca l’attrazione, oppure all’esperienza di scarica elettrica vissuta attraverso lo strofinio dei piedi con scarpe su di un tappeto e poi toccando una superficie metallica.

Abbiamo elettricità statica quando si ha un accumulo superficiale di cariche elettriche su di un corpo costituito da materiale isolante. L’accumulo di cariche avviene tipicamente per strofinio di materiali in ambiente secco.

Provate ad effettuare questo semplicissimo esperimento, se possibile eseguitelo in una giornata secca o in un ambiente con scarisissima umidità.
Strappate tanti piccoli pezzettini di carta, successivamente gonfiate un palloncino di gomma e strofinatelo sui vostri capelli, lo strofinio rimuove alcuni elettroni dai vostri capelli che vengono raccolti dal palloncino facendogli assumere una carica elettrica negativa.
Avvicinate ora il palloncino vicino ai pezzettini di carta, noterete che tutti saranno attratti dal palloncino.


Effettuare ora un altro semplicissimo esperimento.
Provate a prendere un barattolo di vetro o una bottiglia con la possibilità di poter essere chiuso mediante un tappo di sughero, inseritevi un filo di rame come rappresentato in figura e realizzate due ganci alle estremità.
Utilizzando dei guanti piegate un pezzettino di stagnola e riponetela sul gancio nella parte interna del contenitore.

Ora riutilizzando il palloncino usato nell’esperienza precedente, opportunamente strofinato sui capelli, avvicinatelo al gancio esterno, noterete che le due superfici di della stagnola si allontaneranno, in quanto entrambe assumono stessa carica (cariche di stesso segno si respingono, cariche di segno opposto si attraggono), allontanando il palloncino le due parti della lamina di stagnola si avvicineranno.

Bene avete avete appena costruito un elettroscopio!

Questa lezione si conclude con un breve documentario diviso in due parti in cui potrete approfondire l’argomento trattato.

Nella prossima lezione parleremo di corrente elettrica.

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Lezione n.2 – microcorso di elettronica per principianti: struttura atomica

6 Repliche

L’elettricità è qualcosa che usiamo ogni giorno ed è così comune nella nostra vita che non ci chiediamo da dove provenga, è un bene di prima necessità così importante che ci accorgiamo della sua importanza solamente quando non è presente, pensate all’impotenza che si ha quando ad esempio si interrompe l’erogazione di energia elettrica nella nostra abitazione. Nell’ambito dell’elettronica è importante conoscere la teoria fisica fondamentale.

La teoria dell’elettrone

La teoria fondamentale afferma che l’elettricità è il movimento di elettroni e tale movimento sia causato da un eccesso o da una mancanza di elettroni in un determinato punto.

Struttura atomica

Tutta la materia è costituita da unità elementari chiamati atomi che possiamo considerare come mattoni che costituiscono tutto ciò che ci circonda.
L’atomo è costituito da un nucleo composto da protoni che possiedono una carica positiva e da neutroni che non hanno carica e da particelle dette elettroni, carichi negativamente, che ruotano su orbite intorno al nucleo secondo orbite circolari o ellittiche, in modo approssimato possiamo immaginare l’atomo come ad un minuscolo sistema solare.

Ad esempio l’atomo del rame è costituito da 29 elettroni, 35 neutroni e 29 protoni.

Un atomo normale ha un numero uguale di elettroni e protoni e la carica positiva e negativa si annullano a vicenda, si dice che l’atomo è elettricamente neutro.
Tuttavia è possibile per atomo perdere o guadagnare un elettrone e ciò cambia l’equilibrio.
Se perde un elettrone vuol dire che l’atomo sarà più positivo che negativo, un atomo carico positivamente si chiama ione positivo.
Se l’atomo invece guadagna un elettrone vorrà dire che è più negativo che positivo, in questo caso l’atomo viene detto ione negativo.

Gli atomi e gli elettroni sono in continuo movimento nella materia, tuttavia il movimento degli elettroni liberi da un atomo all’altro e casuale senza una particolare direzione. Questo movimento di elettroni non costituisce un flusso di elettroni. Per avere un flusso di elettroni è necessario che ci sia un movimento continui in cui la maggior parte degli elettroni liberi si muove nella stessa direzione.

Vi propongo la visione del filmato che segue dal titolo: La struttura dell’atomo (storia), tratto da “Pulsar – storia della scienza e della tecnica del XX secolo”, di E. Agapito, V. Armentano, P. Greco; regia di E. Agapito – 1999.

Più avanti parleremo in dettaglio del flusso di elettroni.

Nella prossima lezione parleremo di elettricità statica.

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Lezione n.1 – Microcorso di elettronica per principianti: Elettricità 

2 Repliche

L’elettricità è ovunque intorno a noi, in piccole quantità  la potete vedere come scintille che scoccano tra il dito e l’automobile oppure tra le vostre mani ed un tv a raggi catodici oppure in grande quantità  come i fulmini.

Un modo divertente per vedere gli effetti dell’energia elettrica, in quanto non è possibile vedere l’elettricità, ma solamente i suoi effetti, è quello di generare una scintilla statica. Potete ad esempio strofinare le vostre scarpe con suola di cuoi su un tappeto, mettetevi in una stanza buia e con il dito avvicinatevi ad un oggetto metallico, ad esempio la maniglia metallica della porta ad un certo punto vedrete che scoccherà  una piccola scintilla.

Bene! Non ti stupire se hai visto tutti i filmati e letto queste poche rughe avrai impiegato al massimo 10 minuti… tutto normale, non voglio mica spaventarti! 🙂

Se vuoi approfondire: https://ghrc.nsstc.nasa.gov/lightning/

Nella prossima lezione, probabilmente domani, parleremo di struttura atomica.

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