Come Calcolare la Corrente Totale

Il modo più semplice per rappresentare una serie di connessioni in un circuito è una catena di elementi. Gli elementi sono inseriti sequenzialmente e sulla stessa riga. C’è un solo percorso su cui gli elettroni e le cariche possono scorrere. Una volta che hai un’idea di base su cosa implica una serie di connessioni in un circuito, puoi capire come calcolare la corrente totale.

Metodo 1 di 4:
Comprendere la Terminologia di Base

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    Prendi famigliarità con il concetto di corrente. La corrente è il flusso di portatori di cariche elettriche o il flusso di cariche per unità di tempo. Ma cos’è una carica e cos’è un elettrone? Un elettrone è una particella carica negativamente. La carica è una proprietà della materia che è usata per classificare se una cosa è positiva o negativa. Come per i magneti, le cariche uguali si respingono, quelle opposte si attraggono.
    • Possiamo spiegarlo utilizzando l’acqua. L’acqua è composta da molecole, H2O – che sta per 2 atomi di idrogeno e uno di ossigeno legati fra loro.
    • Un corso d'acqua corrente è composto da milioni e milioni di queste molecole. Possiamo paragonare l’acqua che scorre alla corrente; le molecole agli elettroni; e le cariche agli atomi.
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    Comprendi il concetto di voltaggio. Il voltaggio è la “forza” che fa scorrere la corrente. Per comprendere meglio il voltaggio, useremo come esempio una batteria. All’interno di una batteria avvengono una serie di reazioni chimiche che creano una massa di elettroni all’estremità positiva della batteria.
    • Se colleghiamo l’estremità positiva della batteria con quella negativa, tramite un conduttore (ad es. un cavo), la massa di elettroni si muoverà per cercare di allontanarsi l’uno dall’altro, per la repulsione delle cariche uguali.
    • Inoltre, per la legge di conservazione delle cariche, che dice che il totale delle cariche in un sistema isolato rimane invariato, gli elettroni cercheranno di passare dalla massima carica negativa a quella minore possibile, passando quindi dal polo positivo della batteria a quello negativo.
    • Questo movimento causa una differenza di potenziale fra i due estremi, che chiamiamo voltaggio.
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    Comprendi il concetto di resistenza. La resistenza, al contrario, è l’opposizione di certi elementi al flusso delle cariche.
    • I resistori sono elementi con una resistenza elevata. Sono posizionati in alcuni punti del circuito per regolare il flusso degli elettroni.
    • Se non ci sono resistori, gli elettroni non sono regolati, il dispositivo potrebbe ricevere una carica troppo elevata ed essere danneggiato o prendere fuoco a causa della carica troppo elevata.
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Metodo 2 di 4:
Trovare il Totale della Corrente in una Serie di Connessioni in un Circuito

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    Trova il totale della resistenza in un circuito. Immagina una cannuccia da cui stai bevendo. Pizzicala diverse volte. Cosa noti? L’acqua che la attraversa diminuirà. Questi pizzichi sono i resistori. Bloccano l’acqua che è la corrente. Dato che i pizzichi sono in linea retta, sono in serie. Nell’immagine di esempio, il totale della resistenza per dei resistori in serie è:
    • R(total) = R1 + R2 + R3.
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    Identifica il voltaggio totale. La maggior parte delle volte viene fornito il voltaggio totale, ma nei casi in cui vengono specificati i singoli voltaggi, possiamo usare l’equazione:
    • V(total) = V1 + V2 + V3.
    • Come mai? Utilizzando nuovamente il paragone con la cannuccia, dopo averla pizzicata, cosa ti aspetti? Devi fare più sforzo per far passare l’acqua attraverso la cannuccia. Lo sforzo totale si ottiene dalla somma degli sforzi che devi fare per attraversare ciascun pizzico.
    • La “forza” di cui hai bisogno è il voltaggio, dato che provoca il flusso della corrente o dell’acqua. Perciò è logico che il voltaggio totale sia la somma di quelli richiesti per attraversare ciascun resistore.
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    Calcola il totale della corrente nel sistema. Usando il paragone con la cannuccia, anche in presenza di pizzichi, la quantità di acqua che ricevi è differente? No. Anche se la velocità con cui arriva l’acqua varia, la quantità di acqua che bevi è sempre la stessa. E se consideri con più attenzione, la quantità di acqua che entra e che esce dai pizzichi è la stessa data la velocità fissa con cui l’acqua scorre, quindi possiamo dire che:
    • I1 = I2 = I3 = I(totale)
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    Ricorda la legge di Ohm. Non bloccarti a questo punto! Ricorda che possiamo considerare la legge di Ohm che lega i voltaggi, la corrente e la resistenza:
    • V = IR.
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    Cerca di lavorare con un esempio. Tre resistori, R1 = 10Ω, R2 = 2Ω, R3 = 9Ω, sono connessi in serie. Al circuito viene applicando un circuito totale di 2,5V. Calcola il totale della corrente del circuito. Prima calcola il totale della resistenza:
    • R(totale) = 10Ω + 2Ω + 9Ω
    • Quindi R(totale) = 21Ω
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    Usa la legge di Ohm per calcolare il totale della corrente:
    • V(totale) = I(totale) x R(totale).
    • I(totale) = V(totale) / R(totale).
    • I(totale) = 2,5V / 21Ω.
    • I(totale) = 0,1190A.
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Metodo 3 di 4:
Trovare il Totale della Corrente per Circuiti in Parallelo

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    Comprendi cos’è un circuito in parallelo. Come indica il suo nome, un circuito in parallelo contiene elementi che sono organizzati in parallelo. Questo consiste in diversi collegamenti via cavi che creano diversi percorsi in cui la corrente può scorrere.
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    Calcola il voltaggio totale. Dato che abbiamo trattato la terminologia al punto precedente, possiamo passare direttamente ai calcoli. Prendi come esempio un tubo che si separa in due parti di diverso diametro. Perché l’acqua scorra in entrambi i tubi, hai forse bisogno di applicare delle forze differenti sulle due diramazioni? No. Devi solo applicare una forza sufficiente perché l’acqua scorra. Quindi, usando come analogia l’acqua per la corrente e la forza per il voltaggio, possiamo dire che:
    • V(totale) = V1 + V2 + V3.
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    Calcola il totale della resistenza. Supponi di voler regolare l’acqua che scorre nei due tubi. Come puoi bloccarli? Posizioni un solo blocco per entrambi i tubi, o posizioni diversi blocchi in successione per regolarne il flusso? Dovresti optare per la seconda scelta. Per la resistenza è lo stesso. I resistori connessi in serie regolano molto meglio di quelli posizionati in parallelo. L’equazione della resistenza totale in un circuito in parallelo sarà:
    • 1/R(totale) = (1/R1) + (1/R2) + (1/R3).
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    Calcola il totale della corrente. Torniamo al nostro esempio dell’acqua che scorre in un tubo che si suddivide. Lo stesso si può applicare alla corrente. Dato che ci sono diversi percorsi che la corrente può prendere, si può dire che deve essere suddivisa. I due percorsi non ricevono necessariamente la stessa quantità di carica: dipende dalla resistenza e dai materiali che compongono ogni diramazione. Quindi, l’equazione della corrente totale è pari alla somma delle correnti che scorrono sui vari rami:
    • I(totale) = I1 + I2 + I3.
    • Ovviamente, non possiamo ancora usarla perché non possediamo le singole correnti. Anche in questo caso possiamo usare la legge di Ohm.
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Metodo 4 di 4:
Risolvere un Esempio di Circuito Parallelo

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    Proviamo su un esempio. 4 resistori si dividono in due percorsi che sono connessi in parallelo. Il percorso 1 contiene R1 = 1Ω ed R2 = 2Ω, mentre il percorso 2 contiene R3 = 0,5Ω ed R4 = 1,5Ω. I resistori in ogni percorso sono connessi in serie. Il voltaggio applicato sul percorso 1 è 3V. Trova la corrente totale.
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    Prima trova la resistenza totale. Dato che i resistori su ogni percorso sono connessi in serie, troveremo prima la soluzione per la resistenza su ogni percorso.
    • R(totale 1&2) = R1 +R2.
    • R(totale 1&2) = 1Ω + 2Ω.
    • R(totale 1&2) = 3Ω.
    • R(totale 3&4) = R3 + R4.
    • R(totale 3&4) = 0,5Ω + 1,5Ω.
    • R(totale 3&4) = 2Ω.
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    Utilizziamo l’equazione per i percorsi in parallelo. Ora, dato che i percorsi sono connessi in parallelo, utilizzeremo l’equazione per le resistenze in parallelo.
    • (1/R(totale)) = (1/R(totale 1&2)) + (1/R(totale 3&4)).
    • (1/R(totale)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
    • (1/R(totale)) = 5/6.
    • (1/R(totale)) = 1,2Ω.
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    Trova il voltaggio totale. Ora calcola il voltaggio totale. Dato che il voltaggio totale è la somma dei voltaggi:
    • V(totale) = V1 = 3V.
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    Usa la legge di Ohm per trovare il totale della corrente. Ora possiamo calcolare il totale della corrente usando la legge di Ohm.
    • V(totale) = I(totale) x R(totale).
    • I(totale) = V(totale)/R(totale).
    • I(totale) = 3V/1,2Ω.
    • I(totale) = 2,5A.
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Consigli

  • La resistenza totale per un circuito in parallelo è sempre minore di ogni resistenza dei resistori.
  • Terminologia:
    • Circuito – composizione di elementi (ad es. resistori, capacitori e induttori) connessi da cavi attraversati da corrente.
    • Resistori – elementi che possono ridurre o resistere alla corrente.
    • Corrente – scorrimento di cariche in un conduttore; unità: Ampere, A.
    • Voltaggio – lavoro svolto per carica elettrica; unità: Volt, V.
    • Resistenza – misurazione dell’opposizione di un elemento al passaggio della corrente; unità: Ohm, Ω.
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Categorie: Fisica

Riferimenti

  1. Serway, R.A. and John W. Jewett, Jr., Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. 8th edition. California: Brooks/Cole. 2010. Ebook

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