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Corso elettronica parte 1 in questa pagina:
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LA CORRENTE ELETTRICA Tutti i giorni noi sfruttiamo la corrente elettrica prelevandola dalla presa rete dei 220 volt per accendere le lampadine di casa, per far funzionare il frigorifero, la televisione o il computer, oppure la preleviamo dalle pile per ascoltare la musica dallanostra radio portatile o per parlare al telefono cellulare. Poiché la corrente elettrica si ottiene solo se si riescono a mettere in movimento gli elettroni, per spie garla dobbiamo necessariamente parlare dell’atomo. Per chi ancora non lo sapesse l’atomo è costituito da un nucleo di protoni, con carica positiva, e neutroni, con carica neutra, attorno al quale ruotano alla velocità della luce, cioè a 300.000 Km al secondo, degli elettroni, con carica negativa (vedi fig.1). L’atomo si potrebbe paragonare ad un sistema planetario miniaturizzato con al centro il sole (nucleo di protoni) e tanti pianeti (elettroni) che gli orbitano intorno. Gli elettroni negativi sono tenuti in orbita dai protoni positivi come visibile in fig.2. Ciascun atomo, a seconda dell’elemento a cui appartiene, possiede un numero ben definito di protoni e di elettroni. Ad esempio l’atomo dell’idrogeno possiede un solo protone ed un solo elettrone (vedi fig.3), l’atomo del borio possiede 5 protoni e 5 elettroni (vedi fig.4), l’atomo del rame possiede 29 protoni e 29 elettroni, mentre l’atomo dell’argento possiede 47 protoni e 47 elettroni. Maggiore è il numero degli elettroni presenti in un atomo, maggiore è il numero delle orbite che ruotano attorno al suo nucleo. Gli elettroni che ruotano molto vicini al nucleo sono chiamati elettroni legati perché non si possono facilmente prelevare dalla loro orbita. Gli elettroni che ruotano nelle orbite più lontane sono chiamati elettroni liberi perché si riescono a sottrarre senza difficoltà dalle loro orbite per inserirli in un altro atomo. Questo spostamento di elettroni da un atomo ad un altro si può ottenere con un movimento meccanico (dinamo alternatore) oppure con una reazione chimica (pile accumulatori). Se ad un atomo si tolgono degli elettroni assume una polarità positiva, perché il numero dei protoni è maggiore rispetto al numero degli elettroni (vedi fig.7). Se si inseriscono degli elettroni liberi in un atomo questo assume una polarità negativa, perché il numero degli elettroni è maggiore rispetto al numero dei protoni (vedi fig.8). Da qualsiasi pila fuoriescono sempre due terminali, uno contrassegnato dal segno positivo (eccesso di protoni) ed uno contrassegnato dal segno negativo (eccesso di elettroni). Se colleghiamo questi due terminali con un filo di materiale conduttore (ad esempio il rame), gli elettroni verranno attirati dai protoni e questo movimento di elettroni genererà una corrente elettrica (vedi fig.10) che cesserà solo quando si sarà ristabilito negli atomi un perfetto equilibrio tra protoni ed elettroni. Molti ritengono che il flusso della corrente elettrica vada dal positivo verso il negativo. Al contrario, il flusso della corrente elettrica va sempre dal negativo verso il positivo, perché sono i protoni che attirano gli elettroni per equilibrare il loro atomo. Per capire il movimento di questo flusso di elettroni possiamo servirci di due elementi molto conosciuti: l’acqua e l’aria. Gli elettroni negativi possiamo associarli all’acqua ed i protoni positivi all’aria. Se prendiamo due recipienti pieni di aria (carica positiva) e li colleghiamo tra loro con un tubo, non ci sarà nessun flusso perché in entrambi i recipienti manca l’elemento opposto, cioè l’acqua (vedi fig.11). Anche se colleghiamo tra loro due recipienti pieni di acqua (carica negativa) nel tubo non ci sarà nessun flusso perché non esiste uno squilibrio acqua/aria (vedi fig.12). Se invece colleghiamo un recipiente pieno di aria (polarità positiva) con uno pieno di acqua (polarità negativa) otterremo un flusso d’acqua dal recipiente pieno verso quello vuoto (vedi fig.13) che cesserà solo quando i due recipienti avranno raggiunto lo stesso livello (vedi fig.14). Il movimento degli elettroni può essere sfruttato per produrre calore se li facciamo passare attraverso una resistenza (stufe elettriche, saldatori ecc.), per produrre luce se li facciamo passare attraverso il filamento di una lampadina oppure per realizzare delle elettrocalamite se li facciamo passare in una bobina avvolta sopra un pezzo di ferro (relè, teleruttori). Per concludere possiamo affermare che la corrente elettrica è un movimento di elettroni attirati dai protoni. Quando ogni atomo ha equilibrato i suoi protoni con gli elettroni mancanti non avremo più nessuna corrente elettrica. |
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| LA TENSIONE = unità di misura VOLT Qualsiasi pila ha un elettrodo positivo ed un elettrodo negativo perché all’interno del suo corpo esiste uno squilibrio di elettroni. Questo squilibrio di cariche positive e negative genera una tensione che si misura in volt. Una pila da 9 volt ha uno squilibrio di elettroni 6 volte maggiore rispetto ad una pila da 1,5 volt, infatti moltiplicando 1,5 x 6 otteniamo 9 volt (vedi figg.1516). Una batteria da 12 volt avrà uno squilibrio di elettroni 8 volte maggiore rispetto ad una pila da 1,5 volt. Per spiegarvi il valore di questa differenza utilizzeremo ancora gli elementi acqua aria. Una pila da 1,5 volt può essere paragonata a due recipienti molto bassi: uno pieno d’acqua (negativo) ed uno pieno d’aria (positivo). Se li colleghiamo tra loro avremo un flusso d’acqua molto modesto perché la differenza di potenziale risulta alquanto ridotta (vedi fig.13). Una pila da 9 volt è paragonabile a un recipiente la cui altezza risulta 6 volte maggiore rispetto al recipiente da 1,5 volt, quindi se colleghiamo tra loro il recipiente negativo con il recipiente positivo avremo un maggiore flusso d’acqua perché la differenza di potenziale è maggiore. Come per le misure dei pesi, che possono essere espresse in kilogrammi quintali tonnellate e in ettogrammi grammi milligrammi, anche l’unità di misura volt può essere espressa con i suoi multipli chiamati: Megavolt Kilovolt oppure con i suoi sottomultipli chiamati: millivolt microvolt nanovolt 
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Tabella conversione 1 volt Nanovolt = 1000000000 |
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| TENSIONI CONTINUE ed ALTERNATE Avrete spesso sentito parlare di tensioni continue e tensioni alternate, ma prima di spiegarvi qualedifferenza intercorre tra l’una e l’altra vi diciamo che la tensione continua si preleva da: pile - accumulatori - cellule solari la tensione alternata si preleva da: alternatori - trasformatori Alimentando una lampadina con una tensione continua prelevata da una pila o da un accumulatore (vedi fig.19), avremo un filo con polarità negativa ed un filo con polarità positiva, quindi gli elettroni scorreranno sempre in un’unica direzione, cioè dal filo negativo verso il filo positivo con una tensione costante.  Alimentando una lampadina con una tensione alternata di 12 volt prelevata da un alternatore o da un trasformatore (vedi fig.20) non avremo più un filo negativo ed un filo positivo, perché la polarità sui due fili cambierà continuamente. Vale a dire che alternativamente nei due fili scorrerà una tensione negativa che diventerà positi- va per ritornare negativa e poi nuovamente positiva ecc., quindi gli elettroni scorreranno una vol- ta in un senso ed una volta in senso opposto. L’inversione della polarità sui due fili non avviene bruscamente, cioè non si ha un’improvvisa inversione di polarità da 12 volt positivi a 12 volt negativi o viceversa, ma in modo graduale. Vale a dire che il valore di una tensione alternata parte da un valore di 0 volt per aumentare gradualmente a 1 - 2 - 3 ecc. volt positivi fino raggiungere il suo massimo picco positivo di 12 volt, poi inizia a scendere a 11 - 10 - 9 ecc. volt positivi fino a ritornare sul valore iniziale di 0 volt |
 A questo punto la sua polarità si inverte e sempre in modo graduale aumenta a 1 - 2 - 3 ecc. volt negativi fino raggiungere il suo massimo picco negativo di 12 volt, poi inizia a scendere a 11 - 10 - 9 ecc. volt negativi fino a ritornare sul valore iniziale di 0 volt (vedi fig.26). Questo ciclo da positivo a negativo si ripete all’infinito. Ancora una volta vogliamo spiegarvi la differenza che esiste tra una tensione continua e una tensione alternata con un esempio idraulico e per questo utilizzeremo i nostri recipienti, uno pieno d’acqua (polo negativo) ed uno pieno di aria (polo positivo). Per simulare la tensione continua collochiamo i due recipienti come visibile in fig.21. L’acqua scorrerà verso il recipiente vuoto e quando in entrambi i recipienti avrà raggiunto lo stesso livello, lo spostamento dell’acqua cesserà. Allo stesso modo, in una pila o in un accumulatore gli elettroni negativi in eccesso fluiranno sempre verso il polo positivo e quando sarà raggiunto un perfetto equilibrio tra cariche positive e cariche negative questo flusso cessa. 
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Una volta che questo equilibrio è stato raggiunto
non c’è più spostamento di elettroni, quindi la pila
non riuscendo più a fornire corrente elettrica si considera scarica.
Quando una pila è scarica si getta, al contrario un
accumulatore quando è scarico si può ricaricare collegandolo ad un generatore di tensione esterno che provvederà a creare nuovamente lo
squilibrio iniziale tra elettroni e protoni. Per simulare la tensione alternata utilizziamo
sempre gli stessi due recipienti collocandoli però
sopra un piano basculante (vedi fig.22).
Una mano invisibile collocherà quello pieno d’acqua (polarità negativa) ad un’altezza maggiore rispetto a quello vuoto (polarità positiva).
Inizialmente l’acqua scorrerà verso il recipiente
vuoto e quando il flusso dell’acqua cesserà avremo il recipiente di sinistra vuoto (polarità positiva) e quello di destra pieno d’acqua (polarità negativa).
A questo punto la “mano invisibile” alzerà il recipiente di destra facendo scorrere l’acqua in senso inverso fino a riempire il recipiente di sinistra ed
una volta che si sarà riempito sempre la stessa mano lo alzerà nuovamente per invertire di nuovo il
flusso dell’acqua (vedi fig.25). In questo modo l’acqua scorrerà nel tubo prima in
un senso poi in quello opposto. FREQUENZA = unità di misura in HERTZ Nella fig.26 riportiamo il grafico di un periodo della tensione alternata, che, come potete vedere, raffigura una sinusoide composta da una semionda positiva e da una semionda negativa. Il numero delle sinusoidi che si ripetono nel tempo di 1 secondo viene chiamata frequenza e viene espressa con la sigla Hz, che significa Hertz. Se guardate l’etichetta posta sul contatore di casa vostra troverete indicato 50 Hz oppure p/s 50 che significa periodo in un secondo. Questo numero sta ad indicare che la tensione che noi utilizziamo per accendere le nostre lampadine cambia di polarità 50 volte in 1 secondo. Una variazione di 50 volte in 1 secondo è talmente veloce che il nostro occhio non riuscirà mai a notare il valore crescente o decrescente delle semionde. Misurando questa tensione con un voltmetro, la lancetta non devierà mai da un minimo ad un massimo, perché le variazioni sono troppo veloci rispetto all’inerzia della lancetta. Solo un oscilloscopio ci permette di visualizzare sul suo schermo questa forma d’onda (vedi fig.30) |
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 Tabella conversione Hertz Nanohertz = 1000000000 Microhertz = 1000000 Millihertz =1000 Hertz = 1 Kilohertz = 0,001 Megahertz = 0,000001 Gigahertz = 10-9 Terahertz = 10×10-13 |
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| LA CORRENTE = unità di misura in AMPER Il movimento degli elettroni dall’elettrodo negativo all’elettrodo positivo si chiama corrente e si misura in amper.Nota: si dovrebbe scrivere ampere, ma poiché oramai si scrive come si pronuncia, cioè amper, continueremo ad utilizzare questa forma. A titolo informativo segnaliamo ai più curiosi che 1 amper corrisponde a: 6.250.000.000.000.000.000 di elettroni che scorrono dal terminale negativo verso il positivo nel tempo di 1 secondo.  Tabella conversione Ampere Nanoampere = 1000000000 Microampere = 1000000 Milliampere = 1000 Ampere = 1 Kiloampere = 0,001 Megaampere = 0,000001 Gigaampere = 10-9 
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La corrente non dipende in alcun modo dal valore della tensione, quindi possiamo prelevare 1 amper sia da una pila da 1,5 volt come da una pila
da 9 volt o da una batteria da auto da 12 volt oppure dalla tensione di rete dei 220 volt.
Per capire meglio la differenza che esiste tra volt
ed amper utilizzeremo sempre l’elemento acqua.
Se colleghiamo il serbatoio negativo ed il serbatoio positivo con un tubo che abbia un diametro
molto piccolo (vedi fig.31) il flusso di acqua avverrà lentamente, e poiché questo flusso si può
paragonare al numero degli elettroni in transito, si
può affermare che quando passa poca acqua, nel
circuito scorrono pochi amper.
Se colleghiamo i due serbatoi con un tubo di diametro maggiore (vedi fig.32), il flusso di acqua
aumenterà, cioè nel circuito scorreranno più elettroni e quindi più amper.
Anche l’amper come il volt ha i suoi sottomultipli
chiamati: milliamper microamper nanoamper  
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| LA POTENZA = unità di misura in WATT Conoscendo il valore di tensione di un qualsiasi generatore (pila - batteria - trasformatore - linea elettrica) e la corrente che preleviamo per alimen-tare una lampadina, una radio, un frigorifero, un saldatore ecc., potremo conoscere il valore dellapotenza assorbita espressa in watt. La formula che ci permette di ricavare i watt è molto semplice: watt = volt x amper Una lampadina da 12 volt - 0,5 amper assorbe dunque una potenza di: 12 x 0,5 = 6 watt Conoscendo i watt e gli amper noi possiamo conoscere il valore della tensione di alimentazione usando la formula inversa, cioè: volt = watt : amper Se abbiamo una lampada da 6 watt che assorbe 0,5 amper la sua tensione di alimentazione sarà di: 6 : 0,5 = 12 volt Conoscendo i watt ed i volt noi possiamo conoscere gli amper assorbiti usando la formula: amper = watt : volt Una lampadina della potenza di 6 watt da alimentare con una tensione di 12 volt assorbirà u- na corrente di: 6 : 12 = 0,5 amper Ora che sapete che il watt indica la potenza, capirete che un saldatore da 60 watt eroga in calore una potenza maggiore di un saldatore da 40 watt. Analogamente confrontando due lampadine una da 50 watt ed una da 100 watt, la seconda assorbirà una potenza doppia rispetto alla prima, ma emetterà anche il doppio di luce. Il multiplo dei watt è chiamato: Kilowatt ed i sottomultipli sono chiamati: milliwatt microwatt |
Tabella conversione Watt Milliwatt =1000 Watt = 1 Chilowatt = 0,001 Megawatt = 0,000001  |
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| GENERATORI DI TENSIONE I più comuni generatori di tensione sono le pile che possiamo trovare in commercio in forme e dimensioni diverse. Ogni pila può erogare a seconda del modello tensioni di 1,5 - 4,5 - 9 volt. Esistono dei generatori di tensione ricaricabili, conosciuti con il nome di pile al nichel/cadmio oppure accumulatori al piombo, normalmente installati su tutte le auto, che generano una tensione di 12,6 volt. Esistono anche dei generatori in grado di trasformare la luce in una tensione e per questo motivo sono chiamati celle solari. Alcuni generatori funzionano con il moto. Ad esempio la dinamo, installata su ogni bicicletta , o gli alternatori, installati sulle auto per ricaricare la batteria. Nota: Le dinamo installate nelle biciclette generano una tensione alternata. In ogni appartamento sono presenti le prese elettriche dalle quali possiamo prelevare una tensione di 220 volt alternata. Il generatore di tensione chiamato trasformatore viene utilizzato in elettronica per ridurre la tensione alternata di rete dei 220 volt in tensioni inferiori, ad esempio 9 - 12 - 20 - 30 volt. ESERCIZIO Il primo esercizio che vi proponiamo vi permetterà di constatare che cosa avviene se si collegano in serie o in parallelo due sorgenti di alimentazione. Procuratevi in una tabaccheria o in un supermercato due pile quadre da 4,5 volt, una lampadina da 6 volt completa del suo portalampadina e uno spezzone di filo di rame isolato in plastica per impianti elettrici. Collegando i due estremi della lampadina ad una sola pila (vedi fig.39) vedrete la lampadina accendersi. Se prendete le due pile e collegate insieme i loro terminali positivi ed i loro terminali negativi e poi a questi collegate nuovamente la lampadina, anche in questo caso la lampadina si accenderà con la stessa intensità che si otteneva usando una sola pila. Questo collegamento, chiamato parallelo (vedi fig.39), non ha modificato il valore della tensione che rimane sempre di 4,5 volt, ma solo la sua po- tenza. In pratica abbiamo raddoppiato l’autonomia della pila, vale a dire che se una sola pila poteva tenere accesa la lampadina per un tempo di 10 ore, collegandone due in parallelo riusciremo a tenerla accesa per un tempo di 20 ore. Ora collegate il positivo di una pila al negativo della seconda pila (vedi fig.40), poi ai due estremi delle pile collegate la lampadina e subito noterete un aumento della luminosità. Questo collegamento, chiamato serie, ha raddoppiato il valore della tensione che da 4,5 volt è sa- lito a 4,5+4,5 = 9 volt. Se per errore collegherete il negativo di una pila con il negativo della seconda pila e sui due estremi positivi (vedi fig.40 a destra) collegherete la lampadina, questa rimarrà spenta perché gli elettroni di identica polarità si respingono. Lo stesso fenomeno si riscontra se si collega il positivo di una pila al positivo della seconda pila. IMPORTANTE Noi possiamo collegare in parallelo anche due - tre - quattro pile a patto che eroghino la stessa tensione, quindi possiamo collegare in parallelo due o più pile da 4,5 volt oppure due o più pile che eroghino 9 volt, ma non possiamo collegare in parallelo una pila da 4,5 volt con una da 9 volt perché la pila che eroga una tensione maggiore si scaricherebbe sulla pila che eroga una tensione minore. Le pile con differenti tensioni si possono invece collegare in serie. Ad esempio se colleghiamo in serie ad una pila da 4,5 volt una da 9 volt (vedi fig.41) otterremo una tensione totale di: 4,5 + 9 = 13,5 volt Se collegheremo in serie tre pile, una pila da 4,5 volt, una da 9 volt ed una da 1,5 volt (vedi fig.42) otterremo una tensione totale di: 4,5 + 9 + 1,5 = 15 volt In un collegamento in serie dovremo però scegliere delle pile che abbiamo una stessa capacità. Ad esempio se la pila da 4,5 volt ha una autonomia di 10 ore, quella da 9 volt un’autonomia di 3 ore e quella da 1,5 volt un’autonomia di 40 ore, collegandole in serie cesseranno di fornirci tensione dopo solo 3 ore, cioè quando la pila da 9 volt, che ha una autonomia minore, si sarà totalmente scaricata. |
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