L’elettrotecnica è la disciplina che studia l’energia elettrica, il suo comportamento e il modo in cui può essere utilizzata nei circuiti e negli impianti.
L’elettricità è presente praticamente ovunque: nelle abitazioni, negli smartphone, nelle automobili, nelle macchine industriali e nei sistemi automatici. Per capire come funzionano questi dispositivi dobbiamo partire da alcune grandezze fondamentali: corrente, tensione e resistenza.
Le cariche elettriche
La materia è formata da atomi. All’interno degli atomi troviamo particelle con carica elettrica positiva e negativa. Nei materiali conduttori, come il rame, alcuni elettroni possono muoversi con relativa facilità. Il loro movimento permette la circolazione della corrente elettrica.
Possiamo quindi immaginare un filo elettrico come una strada lungo la quale possono muoversi le cariche elettriche.
La corrente elettrica
La corrente elettrica rappresenta un movimento ordinato di cariche elettriche. La sua intensità viene indicata con la lettera I e si misura in ampere (A).
Per capirla possiamo immaginare un tubo pieno d’acqua: maggiore è la quantità d’acqua che attraversa il tubo ogni secondo, maggiore è il flusso. Nel circuito elettrico accade qualcosa di simile con le cariche.
Esempio: se colleghiamo correttamente una lampadina a una batteria, nel circuito circola corrente e la lampadina si accende.
La tensione elettrica
Per mettere in movimento le cariche è necessaria una causa che le spinga. Questa grandezza prende il nome di tensione elettrica. La tensione viene indicata con V e si misura in volt (V).
Una pila da 1,5 V, una batteria da 12 V e una presa domestica a circa 230 V presentano tensioni molto diverse. Riprendendo l’esempio dell’acqua, possiamo pensare alla tensione come alla pressione che spinge l’acqua nel tubo.
TENSIONE = SPINTA • CORRENTE = MOVIMENTO DELLE CARICHE
La resistenza elettrica
Quando la corrente attraversa un materiale incontra una certa opposizione. Questa proprietà prende il nome di resistenza elettrica. La resistenza viene indicata con R e si misura in ohm (Ω).
Se restringiamo un tubo, l’acqua incontra maggiore difficoltà a passare. In maniera analoga, una maggiore resistenza rende più difficile il passaggio della corrente.
Il circuito elettrico
Per far circolare continuamente la corrente abbiamo bisogno di un circuito elettrico, cioè di un percorso chiuso.
BATTERIA → FILI → INTERRUTTORE → LAMPADINA → BATTERIA
La batteria fornisce la tensione necessaria. I fili permettono il passaggio della corrente. L’interruttore apre o chiude il percorso. La lampadina utilizza l’energia elettrica trasformandola principalmente in luce e calore.
Quando l’interruttore è chiuso, il percorso è completo e può circolare corrente. Quando l’interruttore è aperto, il percorso viene interrotto e la corrente non può circolare.
Conduttori e isolanti
Non tutti i materiali si comportano allo stesso modo. I conduttori permettono facilmente il movimento delle cariche elettriche: rame e alluminio sono esempi comuni.
Gli isolanti, invece, ostacolano fortemente il movimento delle cariche. Plastica e gomma sono esempi comuni. Per questo un normale cavo elettrico possiede un’anima metallica conduttrice rivestita da materiale isolante: il metallo conduce la corrente, mentre il rivestimento ci protegge dal contatto diretto.
Le tre grandezze da ricordare
| Grandezza | Simbolo | Unità di misura | Immaginiamola come… |
| Tensione | V | volt (V) | la spinta |
| Corrente | I | ampere (A) | il flusso |
| Resistenza | R | ohm (Ω) | l’ostacolo |
Da ricordare
Una sorgente crea una tensione → la tensione può far circolare corrente → la resistenza si oppone al passaggio della corrente → il circuito deve essere chiuso.
Queste tre grandezze sono strettamente collegate. Nella prossima lezione vedremo come questa relazione viene descritta attraverso una delle leggi fondamentali dell’elettrotecnica: la legge di Ohm.
