Di Jeffrey Ober | 21 aprile 2023 | 13:06 EST
La differenza di potenziale, comunemente chiamata tensione, è la forza trainante della corrente elettrica. Una tensione più elevata spinge più corrente attraverso un circuito, proprio come una collina più ripida incoraggia un rotolamento più veloce. In un circuito chiuso, la tensione è l'energia per unità di carica che sposta una particella carica da un punto a un altro. Espressa in joule per coulomb, la sua unità SI è il volt (V).
Matematicamente, la tensione è definita come:
V =E / Q =J / C
Ecco, E è l'energia elettrica in joule (J) e Q è la carica elettrica in coulomb (C). La tensione determina la forza con cui una carica positiva (o una carica negativa nella direzione opposta) viene spinta su una determinata distanza.
Volt prende il nome da Alessandro Volta, pioniere dell'elettricità e del magnetismo.
La tensione può anche essere vista come una forza (newton) che agisce su una distanza (metri). In questo senso rappresenta il lavoro compiuto per spostare una carica tra due punti.
Nei circuiti pratici, la tensione viene generalmente misurata su una batteria, un resistore o qualsiasi altro elemento. La differenza di potenziale della batteria tra i terminali negativo e positivo determina il flusso di corrente. Il resistore, a sua volta, limita questo flusso, mantenendo l'equilibrio.
Queste tre quantità fondamentali—corrente (I), tensione (V) e resistenza (R)—sono legate insieme dalla legge di Ohm:
I =V / R
La corrente quantifica la quantità di carica che passa per un punto al secondo, misurata in ampere (A). Un ampere equivale a un coulomb al secondo. Sebbene la definizione sia circolare (un ampere corrisponde a coulomb al secondo), questa rappresentazione chiarisce che la corrente è un flusso di carica reale e misurabile.
La corrente convenzionale presuppone che le cariche positive si spostino dal terminale positivo della batteria a quello negativo. In realtà, gli elettroni, particelle cariche negativamente, viaggiano nella direzione opposta, ma entrambe le descrizioni riflettono lo stesso trasferimento di energia.
Elettricisti, ingegneri e scienziati in genere utilizzano un multimetro per misurare tensione, corrente e resistenza in un unico dispositivo.
Anche le cariche stazionarie generano un campo elettrico descritto dalla legge di Coulomb:
E =kQ / r²
dove Q è la carica in coulomb, k è la costante di Coulomb e r è la distanza dalla carica in metri. L'intensità di questo campo ci consente di calcolare l'energia potenziale elettrica in un dato punto.
La stessa relazione porta alla forza elettrica tra le cariche:F =Eq . Questa branca della fisica è conosciuta come elettrostatica.
Usando una carica di prova, possiamo ricavare il potenziale elettrico dovuto a una carica puntiforme:
V =kQ / r
A differenza del campo elettrico, che diminuisce con il quadrato della distanza, il potenziale diminuisce linearmente con la distanza.
La tensione è la pietra angolare dell’elettronica moderna:prese di alimentazione, batterie per auto, smartphone e illuminazione. Nei circuiti più complessi, componenti come condensatori (due piastre separate da un dielettrico) e induttori modellano il flusso di corrente per ottenere gli effetti desiderati.
Inoltre, le cariche in movimento generano campi magnetici, collegando la differenza di potenziale elettrico allo spettro elettromagnetico più ampio. Questa interazione è alla base di tecnologie come la radio, la comunicazione satellitare e il trasferimento di energia wireless.
