LA CORRENTE ELETTRICA E I CIRCUITI ELETTRICI
La courant électrique QU’EST CE QUE C’EST?
Ce qu’on appelle « courant électrique » correspond au déplacement d’électrons à l’intérieur d’un conducteur, généralement un câble haute tension puis une ligne électrique.
Le courant électrique consommé au quotidien par des millions de personnes résulte du mouvement des électrons. La matière est en effet composée d’atomes, eux-mêmes constitués d’un noyau et d’électrons tournant autour à grande vitesse. On appelle « électricité » l’énergie produite par la séparation des électrons et du noyau atomique.
Pour produire cette séparation, il est nécessaire d’avoir une énergie première. Ce peut être le vent ou le soleil dans le cas des éoliennes ou des panneaux solaires. Ce peut être également l’énergie dégagée par la fission des atomes dans le cas des cen-trales nucléaires, ou de la vapeur d’eau dans le cas des cencen-trales thermiques.
COMMENT MESURE-T-ON L’INTENSITÉ DU COURANT ÉLECTRIQUE?
On mesure l’intensité du courant électrique en ampères (A), c’est à dire le nombre des particules qui traversent un conducteur en une seconde.
On doit prendre en compte:
la tension, qui correspond à l’accumulation des charges dans le conducteur et est mesurée en volts (V)
la puissance, qui est le produit de l’intensité et de la tension, en kilowatt (kW) l’énergie, qui correspond à la puissance utilisée au cours d’une période donnée, et
qu’on mesure en kilowattheure (kWh).
QUELLE EST LA VITESSE DE LA COURANT ÉLECTRIQUE?
L’électricité se déplace à la vitesse de la lumière, c’est-à-dire à environ 200 000 kilo-mètres par seconde. Toutefois, il ne faut pas confondre la vitesse de propagation de l’électricité et la vitesse des électrons à l’intérieur du conducteur. Ceux-ci peuvent avoir une vitesse variable en fonction du conducteur et du type de courant
électrique :
courant continu : les électrons se déplacent généralement de plusieurs mètres par heure ;
courant alternatif : les électrons se déplacent très lentement, à peine de quelques centièmes de millimètre par seconde !
On peut utiliser la courant électrique pour plusieurs des choses… Mais la plus impor-tante est l’utilisation de ce courant dans le circuits électriques.
LES CIRCUICTS ÉLECTRIQUES
Un circuit électrique est composé de matériaux conducteurs dans lesquels les électrons peuvent circuler.
Pour que les électrons circulent, il faut que le circuit électrique soit fermé. Une fois que l’on a un circuit électrique fermé, il faut quelque chose qui libère les électrons qui vont parcourir ce circuit, c’est le rôle du générateur.
Il existe différents symboles pour un générateur.
Un générateur possède 2 bornes: une borne + et une borne –.
Cela est important pour le sens des électrons dans le circuit: les électrons vont de la borne – vers la borne + du générateur en passant par l’extérieur du circuit.
L’intensité est aussi appelée courant, on dit parfois aussi l’intensité du courant. Elle est notée “i” ou “I”. Elle correspond à la mesure du nombre d’électrons traver-sant une certaine surface par seconde.
En fait, on se place à un endroit particulier du circuit et on mesure combien d’électrons passent par seconde.
Le courant va dans le sens inverse des électrons. Le courant va donc de la borne + vers la borne – du générateur.
CIRCUITI ELEMENTARI E COMPLESSI (LEGGE DEI NODI E LEGGE DELLE MAGLIE) Come abbiamo visto, il circuito elettrico è un insieme di due o più conduttori legati lungo un cammino chiuso. Il circuito può essere elementare, ovvero formato da un solo cammino chiuso (una sola maglia) oppure può essere complesso, formato da due o più maglie.
Gli elettroni, come sopracitato, vanno convenzionalmente dalla regione a potenziale maggiore alla regione a potenziale minore.
Un circuito con più di un generatore o con una disposizione dei resistori particolar-mente complessa (in parallelo) deve essere risolto attraverso le leggi di Kirchhoff, che esprimono le proprietà fondamentali di qualunque circuito ohmnico.
La prima di queste leggi si applica ai nodi e la seconda alle maglie del circuito. La legge dei nodi
Un nodo è un punto in cui convergono due o più conduttori.
La legge dei nodi o prima legge di Kirchhoff stabilisce che la somma delle intensità delle correnti entranti in un nodo è uguale alla somma di quelle uscenti.
i1 + i2 +…+in=
Convenzionalmente si indicano come positive le cariche entranti e negative le cari-che uscenti.
La legge delle maglie
La seconda legge di Kirkhhoff o legge delle maglie afferma che la somma algebrica delle differenze di potenziale che si incontrano percorrendo una maglie è uguale a 0.
(Esempio circuito complesso)
Le resistenze di tale circuito sono in parallelo, poiché hanno due estremi in comune. Possiamo vedere come tale circuito è composto da due nodi significativi e tre ma-glie.
Le resistenze oltre che in parallelo, possono essere disposte in serie. Tra le due ov-viamente, esistono delle differenze.
RESISTENZE IN PARALLELO
Si parla di collegamento in parallelo quando i componenti sono collegati ad una cop-pia di conduttori in modo che la tensione elettrica sia applicata a tutti quanti allo stesso modo. Prendendo l'esempio delle persone, queste sono disposte fra due
cor-de distese e parallele, ed ogni persona stringe ciascuna corda con una mano in modo che ognuno tenga con la mano destra la stessa corda che tutti gli altri tengono con la mano destra, e lo stesso per la mano sinistra. Inoltre gli utilizzatori sono paralleli l'uno all'altro e svolgono funzione indipendente: se uno non funziona gli altri funzio-nano. Due o più resistenze sono disposte in parallelo quando hanno due estremi in comune. Possono essere sostituiti da un unico resistore equivalente che rispetta la seguente proprietà degli inversi:
Il reciproco della resistenza equivalente è uguale alla somma delle reciproche resi-stenze.
RESISTENZE IN SERIE
Si parla di collegamento in serie quando due o più componenti sono collegati in mo-do da formare un percorso unico per la corrente elettrica che li attraversa; nel caso di componenti elettrici a due terminali (detti bipoli) il collegamento in serie prevede che l'estremità di ciascuno di essi sia collegata solo con l'estremità di un altro, l'ali-mentazione viene fornita tramite i morsetti liberi del primo e dell'ultimo bipolo. Due o più resistenze sono disposte in serie quando hanno un estremo in comune. Tali re-sistenze, così disposte, possono essere sostituite all’interno di un circuito da un uni-co resistore, che avrà uni-come resistenza totale la somma delle resistenze iniziali.
(esempio di circuito con resistori in serie) CIRCUITI ELEMENTARI
I circuiti elementari, sono dei circuiti semplicemente composti da un generatore, un resistore o resistenza ed un interruttore. In un circuito elementare, non ci sono nodi significativi, ed è un circuito composto da una sola maglia.
LA LEGGE DI OHM
La legge di Ohm rappresenta la legge fondamentale dell'elettrotecnica che lega que-ste tre grandezze: tensione, corrente e resique-stenza. Essa esprime il fatto che, in un cir-cuito elettrico, l'intensità I della corrente è direttamente proporzionale alla tensione V applicata e inversamente proporzionale alla resistenza R incontrata:
I = V/R
Da cui si ricava: R = V/I
E ancora: V = I x R
Da questa ultima espressione della legge di Ohm si ricava una nuova definizione del-le grandezze coinvolte.
Il Volt rappresenta la differenza di potenziale che si misura ai capi di una resistenza di 1 Ohm percorsa dalla corrente di 1 ampere.
Facciamo, dunque, un riassunto di quanto detto sinora:
1. La tensione o differenza di potenziale, si indica con V e si misura in Volt (V);
2. L'intensità di corrente o più brevemente corrente, si indica con I e si misura in ampe-re (a);
3. La resistenza si indica con R e si misura in Ohm.
Secondo la legge di Ohm nelle sue diverse forme viste sinora, siamo in grado di dire che:
1. la corrente aumenta se la tensione aumenta e diminuisce se la tensione diminuisce; 2. la corrente che passa in un dispositivo di una certa resistenza genera ai suoi capi una
caduta di tensione, cioè una differenza di potenziale che risulta direttamente pro-porzionale alla corrente ed alla resistenza stessa;
3. essendo corrente e tensione direttamente proporzionali fra loro, il rapporto di que-ste due grandezze si mantiene costante, dà esattamente il valore della resique-stenza del conduttore: R = V/I.
Prima legge di Ohm:
In un conduttore metallico, l’intensità di corrente (a temperatura T costante) è diret-tamente proporzionale alla tensione applicata ai suoi capi e inversamente proporzio-nale alla resistenza del conduttore. V = R·I.
Quindi il rapporto fra la tensione e l’intensità della corrente è costante e questa co-stante è chiamata resistenza.
ESPERIMENTO: COSTRUIRE UN CIRCUITO A CASA
Costruire un circuito non è poi così difficile. Per farlo, ci vogliono oggetti di uso quo-tidiano.
Per costruire il seguente circuito abbiamo bisogno di: -un interruttore;
-un led o una lampadina; -un cicalino acustico; -una batteria da 4,5 V; -due fili elettrici.
Il seguente circuito è un circuito in parallelo a corrente continua. Come alimentazio-ne ha una batteria da 4.5V. Alimenta due utenze: una lampadina ed un cicalino acu-stico. Il cavo di alimentazione positivo dalla batteria si collega al punto comune di un interruttore a due vie. Se l’interruttore (manuale) è posizionato nella posizione cen-trale (che chiamiamo posizione zero) non alimenta nessuna utenza. Se invece posi-zioniamo l’interruttore in posizione 1 colleghiamo e alimentiamo il circuito del cicali-no acustico. Se l’interruttore viene posizionato in posizione 2, alimentiamo la lampa-dina.
Ref. https://particuliers.engie.fr/electricite/conseils-electricite/comprendre-electricite/definition-courant-electrique.html https://www.methodephysique.fr/electricite_generalites/ https://www.chimica-online.it/test-fisica/immagini/116.png https://it.wikipedia.org/wiki/Circuiti_in_serie_e_in_parallelo https://elettronicasemplice.weebly.com/legge-di-ohm.html LIBRO: LE TRAIETTORIE DELLA FISICA 3
