Alla base di qualsiasi device elettronico/elettrico ci sono i circuiti e tutti i suoi componenti per farlo funzionare. I circuiti sono formati da un insieme di conduttori, collegati tra loro e collegati ai poli di un generatore di tensione. All'interno di un filo metallico passa la corrente elettrica che va dal polo positivo al polo negativo. L'energia per permettere alle cariche di muoversi può essere fornita da una pila ad esempio.
In questo percorso abbiamo la trasformazione dell'energia da elettrica a calore (ad esempio).
Le cariche durante il loro percorso perdono energia quindi sono costrette a ritornare al polo negativo per "fare rifornimento" (poi il ciclo si ripete).
Se i conduttori di un circuito sono collegati tra loro in modo continuo, il circuito si dice chiuso. Se la corrente si interrompe anche in un solo punto, il circuito è aperto (qui la corrente non circola).
I vari elementi di un circuito (in genere) possono essere collegati in serie o in parallelo.
Due conduttori collegati in serie sono attraversati dalla stessa corrente (tutti gli elementi funzionano contemporaneamente), mentre in due conduttori collegati in parallelo la corrente si divide in due rami, per poi riunirsi dopo aver percorso i due conduttori (qui una parte del circuito può essere aperta quindi non circola corrente, un'altra parte chiusa). I circuiti in serie hanno il problema che se si brucia un elemento il circuito diviene aperto e non circola più corrente (per questo, in ambito domestico, sono usati i circuiti in parallelo).
La differenza di potenziale massima che un generatore può fornire è detta F.E.M. (forza elettromotrice), esso è un valore limite che può essere raggiunto solo in un circuito aperto.
GENERATORE ED ALIMENTATORE
Il generatore genera corrente (e la mantiene costante), invece l'alimentatore la riceve e poi la distribuisce nell'apparecchio.
L'alimentatore serve per fornire potenza elettrica al circuito. Esso genera una differenza di potenziale (Volt) tra i due pin di uscita.
La misura del voltaggio e della corrente fornita differisce da dispositivo a dispositivo.
La tensione (quindi la corrente) può essere alternata e continua.
Gli alimentatori convertono la corrente alternata (AC) in corrente continua (DC).
Sostanzialmente la differenza sta nel fatto che la tensione alternata non è stabile nel tempo (ha picchi massimi e minimi: ad esempio +10 Volt, 0 Volt, -10 Volt. Questo ciclo sinusoidale è definito periodo. Il numero di periodi che la tensione compie al secondo è detto frequenza), quella continua invece è stabile (avrò ad esempio sempre 10 Volt. Gli elettroni circoleranno sempre nello stesso senso).
Nelle nostre case arriva una tensione di 220 Volt e il periodo si ripete 50 volte (quindi la frequenza è 50 Hertz e i dispositivi a corrente alternata funzioneranno solo a questa frequenza).
All' alternata c'è sempre associato un periodo quindi una frequenza di oscillazione (a differenza della continua).
La corrente alternata nelle nostre case varia in genere da 16 Ampere a -16 Ampere.
Nelle centrali elettriche è prodotta corrente continua per il minor costo di manutenzione, poi per maggiore versatilità di utilizzo è trasformata in alternata ad alta tensione (questa è molto più conveniente per la trasmissione di energia elettrica a distanza).
Tuttavia i device elettronici funzionano quasi tutti a corrente continua e bassa tensione (del resto le batterie riescono ad immagazzinare e generare solo corrente continua), stesso discorso per gli impianti elettrici delle auto (la corrente è immagazzinata in batterie al piombo).
La continua può essere prodotta tramite dinamo o alternatori.
Per convertire da AC a DC si usano raddrizzatori o ponti a Diodi.
Sempre etichettati come alimentatori troviamo: batterie (produce energia attraverso reazioni chimiche), alimentatore a muro (converte la corrente alternata che proviene dalla rete elettrica in corrente continua con determinato voltaggio e amperaggio), cella solare (converte la luce in corrente e tensione).
A titolo di curiosità il passaggio da corrente continua ad alternata è molto più complesso proprio perchè bisogna generare una forma e fase dell'onda, frequenza quindi periodo (si usano gli inverter).
DIODO
Un diodo è un dispositivo che permette il passaggio della corrente elettrica in una sola direzione. Servono per isolare l’effetto di un componente rispetto ad un altro.
Abbiamo diodi a LED (Light Emitting Diode), fotodiodi (rilevano la luce), diodi a laser (emettono luce laser), zener (limitano il flusso di corrente sopra una certa soglia).
Ad esempio quelli a LED generano una certa luce (quindi lunghezza d'onda) a seconda della tensione applicata ai suoi capi.
La luminosità dipende dalla corrente elettrica.
Si usano resistenze in serie come limitatori di corrente.
RESISTENZA
Nei device si utilizzano anche resistenze che oppongono appunto resistenza al passaggio di corrente elettrica (se sottoposti a tensione elettrica).
Quest'opposizione dipende dal materiale di cui è costituito, da dimensioni e dalla sua temperatura.
Ovvero, essa è uguale alla conducibilità elettrica per la lunghezza (distanza tra i punti in cui è misurata la resistenza) fratto l'area (della sezione del campione perpendicolare alla direzione della corrente).
La conducibilità elettrica è l'inverso della resistività (ne parleremo sotto).
Il passaggio di corrente nel conduttore genera invece riscaldamento (effetto Joule).
Se abbiamo la necessità di collegare più resistenze in modo tale che il terminale di uscita di ognuna sia in contatto con il solo terminale di ingresso della successiva, otteniamo un collegamento in serie. In questo caso tutte le resistenze saranno attraversate dalla stessa corrente.
L'effetto globale della resistenza equivalente sarà dato dalla somma delle stesse:
Se colleghiamo più resistenze in modo che tutti i terminali di ingresso siano in contatto solo tra loro e così anche i terminali di uscita, otteniamo un collegamento in parallelo.
Qui le resistenze sono sottoposte alla stessa tensione.
Otterremo una resistenza equivalente:
In generale la resistenza è utilizzata per limitare la corrente che passa in un componente elettrico. La capacità del dispositivo di resistere al passaggio di corrente elettrica è misurata in Ohm.
In ambito di circuiti fondamentali sono le relazioni corrente, resistenza, tensione e potenza (leggi di Ohm).
All'inizio avevamo detto che in un circuito elettrico viene spesa energia elettrica, prodotta da un generatore, per far funzionare un dispositivo. L'energia è trasportata dalle cariche, poi è trasformata in altre forme di energia.
L'energia spesa per fare ciò (nell'unità di tempo) è la potenza elettrica (che è data dal prodotto del lavoro compiuto per il tempo impiegato a compierlo).
Infine la resistenza elettrica specifica (detta più comunemente resistività) è l'attitudine di un materiale ad opporre resistenza al passaggio delle cariche elettriche.
CONDENSATORE
Un condensatore permette di accumulare e rilasciare energia in un circuito. Tipicamente un condensatore è formato da due lastre cariche con un materiale isolante che evita la perdita della carica elettrica accumulata. Essi regolano i segnali in un circuito. Grandi condensatori possono essere utilizzati come riserva di corrente. La loro abilità di immagazzinare carica è misurata in Farad.
Tipi di condensatori sono: elettrolitici, al tantalio, ceramici e in poliestere.
Se ce ne sono molti, possono essere collegati anche qui in serie (tutti i condensatori hanno la stessa carica) e in parallelo (agli estremi avremo la stessa differenza di potenziale).
INDUTTORE (BOBINA)
Esso immagazzina energia elettrica in un campo magnetico. Un induttore è formato da un cavo a spirale. Quando viene fatta passare corrente elettrica attraverso il cavo viene generato un campo magnetico. Quando la corrente aumenta, viene immagazzinata più energia nel campo magnetico; quando la corrente diminuisce l’energia diventa potenza elettrica.
Un induttore può essere utilizzato per filtrare le brusche variazioni di corrente elettrica, più o meno come può fare il condensatore. L’abilità di un induttore di immagazzinare energia elettrica è misurata in Henry.
In generale le bobine sono insieme di spire realizzate con materiale conduttore.
TRANSISTOR
Un transistor è un dispositivo che facilita il passaggio di corrente tra i suoi due contatti in base alla presenza o assenza di corrente su un terzo contatto. I pin di un transistor sono quindi tre: Collettore (input), Emettitore (output) e Base (innesco).
Esistono transistor PNP (lascia passare corrente se la tensione alla Base è minore della tensione dell’Emettitore) e NPN (lascia passare corrente se la tensione alla Base è maggiore della tensione dell’Emettitore).
Sono usati come interruttori (attivati dalla corrente elettrica) oppure come amplificatori (della corrente in uscita).
RELÉ
Esso completa la connessione tra due contatti attraverso un movimento meccanico.
Spesso il solenoide ha la funzione di muovere magneticamente l'interruttore di contatto. Un segnale è inviato al relé che può essere usato come sorgente dell’elettromagnete. Spesso sono utilizzati per isolare la parte più sensibile del circuito (quella a bassa tensione continua) da componenti più grandi.
PULSANTE
Un pulsante permette di chiudere o aprire il flusso elettrico in un circuito attraverso la commutazione del pulsante. I pulsanti sono presenti in vari tipi e configurazioni. Il tipo più comune è l’interruttore temporaneo. Quando una forza è applicata al pulsante, esso chiude la connessione (normally open switch) o la interrompe (normally closed switch).
CAVO
Un cavo permette lo scorrimento libero dell’elettricità nel circuito.
Esso serve per connettere tra loro i componenti di un circuito, facendo circolare corrente da una parte all'altra. In questo senso il cavo può essere composto da metallo avvolto da un cavo isolante.
CORTOCIRCUITO E FUSIBILI
Il corto circuito coinvolge impianti elettrici, se un device è mal costruito o presenta cavi usurati.
Si tratta di una resistenza prossima allo zero (tensione nulla ai capi) che non impone vincoli alla corrente che circola (per questi motivi essa può raggiungere valori molto elevati).
In tali situazioni, la temperatura dei fili attraverso i quali passa un’eccessiva intensità di corrente si alza notevolmente, comportando anche un rischio di incendio.
Noi dalle leggi di Ohm sappiamo che l’intensità della corrente che attraversa un determinato conduttore è inversamente proporzionale alla sua resistenza.
Ciò significa che, nel momento in cui il flusso di corrente raggiunge un’intensità eccessiva, dovrebbe entrare in azione un dispositivo di sicurezza che ne limiti il passaggio della corrente.
Più in generale bisogna individuare l’interruttore che è saltato (ad ogni interruttore corrisponde un circuito). In questo modo, è possibile capire dove è localizzato il guasto.
Essenziale è evitare di attaccare la corrente fino a quando il problema non è risolto. Il rischio in questi casi è infatti quello di prendere una scossa.
In un contesto domestico, bisogna capire qual è il circuito coinvolto dal guasto, scollegando tutti gli elettrodomestici attaccati al suddetto circuito.
Andando per esclusione è possibile capire qual è l’elettrodomestico che ha causato il guasto e sostituirlo.
Se la corrente continua a saltare il problema riguarda l’impianto.
La problematica può essere prevenuta utilizzando fusibili. Dispositivi realizzati in ceramica o vetro e dalla presenza di un filo interno di natura metallica, sono in grado di prevenire questi fenomeni proprio grazie a quest’ultimo, che è in grado di "isolare" la zona coinvolta dal problema, evitando quindi che si concretizzi una serie continua di esplosioni.
Sono utilizzati anche dispositivi salva vita, in grado di interrompere l’erogazione di energia elettrica in caso di dispersione di elettricità.
