Corrente elettrica e misure elettriche: spiegazione semplice

Questo movimento di cariche è proprio la corrente elettrica. Ma facciamo un passo indietro e capiamo cosa sono queste cariche elettriche. Ricordate quando vi ho parlato della struttura dell'atomo? Ogni atomo è formato da un nucleo centrale con protoni carichi positivamente e neutroni neutri, attorno al quale girano gli elettroni carichi negativamente.

In alcuni materiali, come i metalli, gli elettroni più esterni sono liberi di muoversi da un atomo all'altro. Questi elettroni liberi sono proprio le cariche che si spostano quando parliamo di corrente elettrica. Ecco perché i fili elettrici sono fatti di rame. Il rame è un metallo e ha molti elettroni liberi che possono muoversi facilmente.

Al contrario, materiali come la plastica o la gomma non hanno elettroni liberi, per questo li chiamiamo isolanti e li usiamo per rivestire i fili elettrici e proteggerci dalle scosse. Ora che abbiamo capito cos'è la corrente elettrica, dobbiamo imparare a misurarla. Come in ogni ambito tecnico, anche in elettrotecnica abbiamo delle grandezze fisiche precise con le loro unità di misura. La prima grandezza che vi presento è l'intensità di corrente elettrica, che misuriamo in ampere, simbolo A.

L'ampere ci dice quante cariche elettriche passano attraverso un punto del circuito in un secondo. È come contare quante macchine passano sotto un ponte in un minuto. Per misurare la corrente usiamo uno strumento chiamato amperometro. Questo strumento va sempre collegato in serie nel circuito, cioè dovete aprire il circuito e far passare la corrente attraverso l'amperometro.

È come se doveste contare le macchine su una strada: dovete mettervi proprio sulla strada, non di fianco. La seconda grandezza fondamentale è la tensione elettrica o differenza di potenziale, che misuriamo in volt, simbolo V. La tensione è la forza che spinge le cariche elettriche nel circuito. Tornando all'esempio dell'acqua, la tensione è come la pressione dell'acqua nell'impianto idraulico.

Maggiore è la pressione, maggiore è la forza che spinge l'acqua nelle tubature. In Italia, la tensione della rete elettrica domestica è di 230 volt. Questo significa che tra il filo della fase e quello del neutro della vostra presa di casa c'è una differenza di potenziale di 230 volt. Per misurare la tensione usiamo il voltmetro, che va sempre collegato in parallelo al componente di cui vogliamo misurare la tensione.

È come misurare la pressione dell'acqua: non dovete interrompere il flusso, ma collegarvi a fianco. La terza grandezza importante è la resistenza elettrica, che misuriamo in ohm, simbolo Ω, che è la lettera greca omega. La resistenza rappresenta l'opposizione che un materiale offre al passaggio della corrente elettrica. È come l'attrito che rallenta il movimento.

Un filo sottile ha più resistenza di un filo grosso, così come una cannuccia sottile offre più resistenza al passaggio dell'acqua rispetto a un tubo largo. Queste tre grandezze sono legate tra loro da una relazione matematica molto importante, scoperta da un fisico tedesco di nome Georg Ohm. La legge di Ohm dice che la tensione è uguale all'intensità di corrente moltiplicata per la resistenza: V = I × R, dove V è la tensione in volt, I è l'intensità di corrente in ampere e R è la resistenza in ohm. Questa formula è fondamentale per capire come funzionano tutti i circuiti elettrici.

Se conoscete due di queste tre grandezze, potete sempre calcolare la terza. Per esempio, se sapete che una lampadina ha una resistenza di 100 ohm ed è collegata alla tensione di casa che è 230 volt, potete calcolare che la corrente che passa nella lampadina è 230 diviso 100, cioè 2,3 ampere. Ma come facciamo a misurare praticamente queste grandezze? Oggi usiamo principalmente strumenti digitali chiamati multimetri o tester.

Questi strumenti possono misurare tensione, corrente e resistenza semplicemente selezionando la funzione desiderata con una manopola. Quando un progettista lavora, avevo sempre un multimetro sulla scrivania per controllare i circuiti elettronici che progettavo. Il multimetro ha due puntali, uno rosso e uno nero, che dovete collegare ai punti del circuito dove volete effettuare la misura. Per misurare la tensione, i puntali vanno collegati in parallelo al componente, cioè uno prima e uno dopo il componente.

Per misurare la corrente, dovete interrompere il circuito e far passare tutta la corrente attraverso lo strumento. Una cosa molto importante da ricordare è la sicurezza. La corrente elettrica può essere pericolosa. Una corrente di soli 10 milliampere può provocare contrazioni muscolari dolorose, mentre correnti superiori ai 30 milliampere possono essere mortali.

Per questo motivo, quando lavorate con l'elettricità, dovete sempre spegnere l'alimentazione prima di toccare i fili e usare strumenti isolati. Un'altra grandezza che dobbiamo conoscere è la potenza elettrica, che misuriamo in watt, simbolo W. La potenza ci dice quanta energia elettrica viene trasformata in altre forme di energia ogni secondo. In una lampadina, l'energia elettrica viene trasformata in luce e calore.

In un motore, l'energia elettrica viene trasformata in movimento. La potenza si calcola moltiplicando la tensione per la corrente: P = V × I. Se riprendiamo l'esempio della lampadina da 230 volt che assorbe 2,3 ampere, la potenza sarà 230 per 2,3, cioè circa 530 watt. Questa è proprio la potenza che trovate scritta sulle lampadine che comprate al supermercato.

Combinando la legge di Ohm con la formula della potenza, possiamo ricavare altre relazioni utili. Per esempio, la potenza può essere calcolata anche come P = I² × R oppure P = V² / R. Queste formule sono molto utili quando progettate circuiti e dovete calcolare quanto si scalderanno i componenti. Parliamo ora di un concetto pratico molto importante: il consumo energetico.

Quando pagate la bolletta della luce, pagate i kilowattora consumati. Un kilowattora, simbolo kWh, è l'energia consumata da un apparecchio da 1000 watt acceso per un'ora. Se accendete una stufa elettrica da 2000 watt per mezza giornata, cioè 12 ore, consumate 2000 per 12 diviso 1000, cioè 24 kilowattora. Per misurare il consumo energetico in casa si usa il contatore elettrico, quello che avete fuori casa o nel quadro elettrico.

Il contatore moderno è digitale e mostra direttamente i kilowattora consumati. I contatori più nuovi sono anche intelligenti e comunicano automaticamente i dati di consumo al gestore della rete elettrica. Un aspetto interessante delle misure elettriche è che spesso dobbiamo lavorare con numeri molto grandi o molto piccoli. Per questo usiamo i multipli e sottomultipli delle unità di misura.

Per esempio, la corrente che assorbe il vostro smartphone per caricarsi è di circa 1000 milliampere, che scriviamo 1000 mA, dove mA significa milliampere, cioè un millesimo di ampere. Al contrario, un forno elettrico può assorbire 15 ampere o più. Per le tensioni, spesso parliamo di kilovolt per le linee dell'alta tensione. I grandi elettrodotti che vedete in campagna trasportano energia a tensioni di 130 o 380 kilovolt, cioè 130.

000 o 380. 000 volt. Queste tensioni altissime servono per trasportare grandi quantità di energia con perdite minime. Nel mondo dell'elettronica, invece, lavoriamo spesso con tensioni molto basse.

Il processore del vostro computer funziona con tensioni di 1,2 volt o anche meno. Gli smartphone moderni hanno batterie da 3,7 volt. Questi sono esempi di come le misure elettriche spazino su gamme enormi di valori. Un ultimo concetto importante è l'efficienza energetica.

Non tutta l'energia elettrica che entra in un apparecchio viene trasformata nell'energia utile che vogliamo. Per esempio, una lampadina a incandescenza tradizionale trasforma solo il 5% dell'energia elettrica in luce, mentre il restante 95% diventa calore. Le lampadine LED moderne, invece, hanno un'efficienza molto maggiore e trasformano in luce circa il 20% dell'energia elettrica. In ambito professionale, dovevo sempre calcolare l'efficienza dei sistemi che progettavo.

Un motore elettrico efficiente spreca meno energia, scalda meno e dura di più. L'efficienza si calcola come il rapporto tra la potenza utile e la potenza assorbita, moltiplicato per 100 per avere una percentuale. Ricapitolando quello che abbiamo imparato oggi: la corrente elettrica è un movimento di cariche elettriche, principalmente elettroni, che si spostano attraverso un conduttore. Le tre grandezze fondamentali sono l'intensità di corrente misurata in ampere, la tensione misurata in volt e la resistenza misurata in ohm.

Queste tre grandezze sono legate dalla legge di Ohm. La potenza elettrica, misurata in watt, ci dice quanta energia viene trasformata ogni secondo. Per misurare queste grandezze usiamo strumenti come multimetri, amperometri e voltmetri, sempre rispettando le regole di sicurezza. Nella prossima lezione approfondiremo il funzionamento dei circuiti elettrici, vedremo come collegare resistenze in serie e in parallelo e come si comporta la corrente in questi casi.

Ci concentreremo su esempi pratici di circuiti che trovate ogni giorno nelle vostre case e capiremo insieme come funzionano interruttori, prese e impianti elettrici domestici.