I circuiti elettrici sono onnipresenti nelle nostre vite quotidiane. Dai complessi circuiti integrati che controllano il dispositivo su cui stai leggendo questo articolo al cablaggio che ti consente di accendere e spegnere una lampadina in casa, la tua intera vita sarebbe radicalmente diversa se non fossi circondato da circuiti ovunque andate.

Ma la maggior parte delle persone non impara davvero la nitidezza di come funzionano i circuiti e le equazioni abbastanza semplici - come la legge di Ohm - che spiegano le relazioni tra concetti chiave come resistenza elettrica, tensione e corrente elettrica. Tuttavia, approfondire un po 'la fisica dell'elettronica può darti una visione molto più profonda delle regole fondamentali alla base della maggior parte della tecnologia moderna.
Qual è la legge di Ohm?

La legge di Ohm è una delle equazioni più importanti quando si tratta di comprendere i circuiti elettrici, ma se hai intenzione di capirlo, avrai bisogno di una buona comprensione dei concetti di base che collega: tensione
, corrente
ed resistenza
. La legge di Ohm è semplicemente l'equazione che descrive la relazione tra queste tre quantità per la maggior parte dei conduttori.

La tensione è il termine più comunemente usato per la differenza di potenziale elettrico tra due punti e fornisce la "spinta" che consente l'elettricità carica per muoversi in un circuito conduttore.

Il potenziale elettrico è una forma di energia potenziale, come l'energia potenziale gravitazionale, ed è definita come energia potenziale elettrica per unità di carica. L'unità SI per la tensione è il volt (V) e 1 V \u003d 1 J /C, o un joule di energia per coulomb di carica. A volte viene anche chiamato forza elettromotrice
o EMF.

La corrente elettrica è la velocità del flusso di carica elettrica oltre un determinato punto in un circuito, che ha l'unità SI dell'ampere (A) , dove 1 A \u003d 1 C /s (un coulomb di carica al secondo). Si presenta sotto forma di corrente continua (DC) e corrente alternata (AC) e sebbene DC sia più semplice, i circuiti AC sono utilizzati per fornire energia alla maggior parte delle famiglie in tutto il mondo perché è più facile e sicuro trasmettere su lunghe distanze. >

Il concetto finale che devi capire prima di affrontare la legge di Ohm è la resistenza, che è una misura dell'opposizione al flusso di corrente in un circuito. L'unità SI per resistenza è l'ohm (che usa la lettera greca omega, Ω), dove 1 Ω \u003d 1 V /A.
Equazione della legge di Ohm

Il fisico tedesco Georg Ohm ha descritto la relazione tra tensione , corrente e resistenza nella sua equazione omonima. La formula della legge di Ohm è:
V \u003d IR

dove V
è la differenza di tensione o potenziale, I
è la quantità di corrente e resistenza R
è la quantità finale.

L'equazione può essere riorganizzata in modo semplice per produrre una formula per il calcolo della corrente in base a tensione e resistenza, o resistenza in base a corrente e tensione. Se non ti senti a tuo agio nel riorganizzare le equazioni, puoi cercare un triangolo della legge di Ohm (vedi Risorse), ma è abbastanza semplice per chiunque abbia familiarità con le regole di base dell'algebra.

La chiave indica che l'equazione della legge di Ohm mostra che la tensione è direttamente proporzionale alla corrente elettrica (quindi maggiore è la tensione, maggiore è la corrente) e che la corrente è inversamente proporzionale alla resistenza (quindi maggiore è la resistenza, minore è la corrente).

È possibile utilizzare l'analogia del flusso d'acqua per ricordare i punti chiave, che si basa su un tubo con un'estremità in cima a una collina e un'estremità in fondo. La tensione è come l'altezza della collina (una collina più ripida, più alta significa più tensione), il flusso di corrente è come il flusso dell'acqua (l'acqua scorre più veloce giù da una collina più ripida) e la resistenza è come l'attrito tra i lati del tubo e l'acqua (un tubo più sottile crea maggiore attrito e riduce la velocità del flusso d'acqua, come una resistenza più elevata per il flusso di corrente elettrica).
Perché la legge di Ohm è importante?

La legge di Ohm è di vitale importanza alla descrizione dei circuiti elettrici perché mette in relazione la tensione con la corrente, con il valore di resistenza che modera la relazione tra i due. Per questo motivo, puoi usare la legge di Ohm per controllare la quantità di corrente in un circuito, aggiungere resistori per ridurre il flusso di corrente e portarli via per aumentare la quantità di corrente.

Può anche essere esteso per descrivere energia elettrica (la velocità del flusso di energia al secondo), perché potenza P \u003d IV, e quindi puoi usarla per garantire che il tuo circuito fornisca energia sufficiente per, diciamo, un apparecchio da 60 watt.

Per gli studenti di fisica , la cosa più importante della legge di Ohm è che ti permette di analizzare gli schemi circuitali, specialmente quando lo combini con le leggi di Kirchhoff, che ne derivano.

La legge sulla tensione di Kirchhoff afferma che la tensione scende intorno a qualsiasi chiusa il circuito in un circuito è sempre uguale a zero e la legge attuale afferma che la quantità di corrente che fluisce in una giunzione o nodo in un circuito è uguale alla quantità che fluisce da esso. Puoi usare la legge di Ohm con la legge sulla tensione in particolare per calcolare la caduta di tensione attraverso qualsiasi componente di un circuito, che è un problema comune posto nelle classi di elettronica.
Esempi di legge di Ohm

Puoi usare la legge di Ohm per trovare qualsiasi quantità sconosciuta dei tre, a patto di conoscere le altre due quantità per il circuito elettrico in questione. L'elaborazione di alcuni esempi di base mostra come farlo.

Innanzitutto, immagina di avere una batteria da 9 volt collegata a un circuito con una resistenza totale di 18 Ω. Quanta corrente scorre quando si collega il circuito? Riorganizzando la legge di Ohm (o usando un triangolo), puoi trovare:
\\ begin {align} I &\u003d \\ frac {V} {R} \\\\ &\u003d \\ frac {9 \\ text {V}} {18 \\ text {Ω}} \\\\ &\u003d 0,5 \\ text {A} \\ end {align}

Quindi 0,5 amp di corrente circola nel circuito. Ora immagina che questa sia la quantità perfetta di corrente per un componente che vuoi alimentare, ma hai solo una batteria da 12 V. Quanta resistenza dovresti aggiungere per assicurarti che il componente ottenga la quantità ottimale di corrente? Ancora una volta, puoi riorganizzare la legge di Ohm e risolverla per trovare la risposta:
\\ begin {allineato} R &\u003d \\ frac {V} {I} \\\\ &\u003d \\ frac {12 \\ text {V}} {0,5 \\ text {A}} \\\\ &\u003d 24 \\ text {Ω} \\ end {align}

Quindi avresti bisogno di una resistenza da 24 Ω per completare il tuo circuito. Infine, qual è la caduta di tensione attraverso un resistore da 5 Ω in un circuito con 2 A di corrente che lo attraversa? Questa volta, la forma V \u003d IR standard della legge funziona perfettamente:
\\ begin {allineato} V &\u003d IR \\\\ &\u003d 2 \\ text {A} × 5 \\ text {Ω} \\\\ &\u003d 10 \\ text {V} \\ end {align} Resistori ohmici e non ohmici

Puoi usare la legge di Ohm in una vasta gamma di situazioni, ma ci sono limiti alla sua validità - non è una legge veramente fondamentale di fisica. La legge descrive una relazione lineare tra tensione e corrente, ma questa relazione vale solo se il resistore o l'elemento del circuito resistivo con cui si sta lavorando ha una resistenza costante sotto tensione diversa V
e corrente I
valori.

I materiali che obbediscono a questa regola sono chiamati resistori ohmici e sebbene la maggior parte dei problemi di fisica coinvolgano resistori ohmici, avrai familiarità con molti resistori non ohmici della tua vita quotidiana.

Una lampadina è un perfetto esempio di resistenza non ohmica. Quando crei un grafico di V
rispetto a I
per resistori ohmici, mostra una relazione completamente lineare, ma se lo fai per qualcosa come una lampadina, la situazione cambia . Man mano che il filamento nel bulbo si surriscalda, la resistenza del bulbo aumenta
, il che significa che il grafico diventa una curva anziché una linea retta e la legge di Ohm non si applica.