Elettricità, elettrotecnica, elettronica 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Elettricità, elettrotecnica, elettronica Il sistema elettricità comprende le tecnologie usate in tutte le apparecchiature che sfruttano la corrente elettrica per il loro funzionamento. I principali settori che lo costituiscono sono: • Impianti elettrici e di illuminazione; • Piccoli e grandi elettrodomestici; • Applicazioni elettrochimiche, elettroacustiche, elettromagnetiche nei vari ambiti tecnologici; • Apparecchiature elettroniche e informatiche per il lavoro e il tempo libero. 1

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ 8. IL SISTEMA COMUNICAZIONE 2

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ 3

Dalle teorie sull’elettricità alla pila 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Dalle teorie sull’elettricità alla pila 4

Elettronica: dalle valvole ai chip 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Elettronica: dalle valvole ai chip 5

La natura dell’elettricità: la teoria elettronica 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ La natura dell’elettricità: la teoria elettronica Nel corso del tempo sono state avanzate molte ipotesi; la più attendibile di queste fa riferimento alla teoria elettronica. La corrente elettrica, quindi, è un flusso di elettroni che percorre un conduttore. Affinché ciò possa verificarsi occorre che le cariche elettriche siano sollecitate da un campo elettrico, cioè che alle estremità del conduttore si verifichi una differenza di potenziale. 6

Gli effetti della corrente elettrica 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Gli effetti della corrente elettrica Effetto termico b. Effetto luminoso c. Effetto chimico d. Effetto magnetico e. Effetto fisiologico 7

Il circuito elettrico 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ 8 L’apparecchio utilizzatore L’utilizzatore è l’elemento che riceve energia elettrica attraverso i conduttori e la trasforma in un’altra forma di energia, richiesta dall’impiego previsto (luminoso, termico, meccanico). Le apparecchiature elettriche funzionano solo se collegate all’impianto elettrico, che consiste in una serie di fili conduttori uniti a formare un circuito. II circuito elettrico è un sistema che comprende almeno tre elementi fondamentali: il generatore, i fili conduttori e l’utilizzatore. Quasi sempre è presente anche un interruttore, elemento non indispensabile, ma utile per attivare e disattivare il circuito stesso. I fili conduttori Hanno la funzione di consentire il trasporto di energia dal generatore all’utilizzatore: gli elettroni, spinti dalla forza del generatore, vanno verso l’utilizzatore passando attraverso un filo (di solito metallico), per poi tornare al generatore stesso. L’interruttore L’interruttore ha proprio il compito di aprire e chiudere il circuito. Nel circuito chiuso vi è continuità metallica lungo tutto il circuito e la corrente può circolare. Nel circuito aperto non esiste la continuità metallica fra le due estremità del circuito, per cui la corrente non può circolare. II generatore Riceve energia (meccanica o chimica) dall’esterno (o la produce, come una pila) e la trasforma in energia elettrica. Genera una forza che spinge gli elettroni lungo il circuito. 8

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ La resistenza elettrica 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Nel suo percorso lungo i fili conduttori, la corrente elettrica incontra una resistenza. La resistenza dipende da: natura del materiale (resistenza specifica o resistività) lunghezza del conduttore sezione del conduttore La resistenza elettrica di un materiale, indicata con R, è direttamente proporzionale alla sua resistività ρ (che si legge ro) e alla lunghezza l, e inversamente proporzionale alla sezione s (mm2), secondo la formula: R = ρ • l/s L’unità di misura della resistenza elettrica è l’ohm (Ω, che si legge omega), e la sua misurazione viene effettuata mediante appositi strumenti (voltamperometro). a. Collegamento in serie Più resistori sono collegati in serie quando sono connessi uno dopo l’altro, in modo da essere attraversati dalla medesima corrente Collegamenti di resistenze b. Collegamento in parallelo Più resistori sono collegati in parallelo se hanno tutti gli estremi in comune. In tal caso vengono attraversati dalla stessa tensione e percorsi da intensità di corrente inversamente proporzionali alle loro resistenze. a. Collegamento in serie Più elementi di pila possono essere collegati in serie, mettendo a contatto il polo negativo di un elemento con quello positivo del seguente Collegamenti di pile b. Collegamento in parallelo II collegamento di pile in parallelo si ottiene unendo tra loro i poli negativi con i poli negativi e i poli positivi con i positivi. 9

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ La legge di OHM 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Le tre grandezze elettriche principali (intensità, tensione e resistenza) sono legate da una relazione di fondamentale importanza, rappresentata dalla legge di Ohm, dal nome dello scienziato che l’ha definita. La differenza di potenziale o tensione (V) agli estremi di un conduttore, percorso da corrente elettrica, è uguale al prodotto dell’intensità di corrente (I) per la resistenza (R). La formula corrispondente è la seguente: V = I•R Da questa formula diretta si ricavano le altre due formule inverse: I=V/R e R=V/I L’intensità di corrente che passa in un circuito è quindi direttamente proporzionale alla tensione e inversamente proporzionale alla resistenza che si manifesta nel circuito stesso. Esempi sperimentali della legge di Ohm Esempio 1 A parità di tensione, nel circuito A, dove il conduttore ha minore resistenza, la lampadina è più luminosa perché circola una corrente di intensità maggiore rispetto al circuito B. Esempio 2 A parità di resistenza, nel circuito A, alimentato da una tensione doppia rispetto a B, circola una corrente due volte più intensa, per cui la lampadina è molto più luminosa. 10

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Applicazioni dell’elettricità 10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ 1. Elettrostatica 2. Elettromagnetismo 3. Elettrochimica Stampante laser Dinamo Cerchione cromato 4. Illuminotecnica 5. Elettroacustica 6. Elettrodomestici Lampadina Microfono 11

10. IL SISTEMA ELETTRICITÀ Elettronica 1. Condensatore 2. Induttanza o induttore 3. Trasformatore 4. Circuito integrato 5. Diodo 6. Resistenza (Resistore) 7. Transistor 12