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• passi
• Suggerimenti

Il modo più semplice per immaginare un circuito in serie è pensare a una catena di elementi. Questi elementi sono disposti consecutivamente sulla stessa riga. Quindi, c'è solo un percorso che gli elettroni e le cariche possono prendere. Dopo aver compreso i dettagli coinvolti in un'associazione seriale, puoi imparare come calcolare la corrente elettrica totale.

passi

Parte 1 di 4: apprendimento della terminologia di base

1. 

   Comprendi cosa è attuale. La corrente elettrica è un flusso ordinato di particelle caricate elettricamente (come gli elettroni) o, matematicamente, il flusso di cariche per unità di tempo. Ma cos'è una carica e un elettrone? L'elettrone è una particella caricata negativamente. La carica è una proprietà fisica della materia utilizzata per identificare se è caricata positivamente o negativamente. Come i magneti, le cariche di segnali uguali si respingono e le cariche di segnali opposti vengono attratte.
   • Usiamo l'acqua come esempio. L'acqua è formata dalla molecola H.₂O (due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno legati insieme). Sappiamo che l'atomo di ossigeno e gli atomi di idrogeno si uniscono per formare la molecola H.₂IL.
   • Un flusso d'acqua è costituito da milioni e milioni di queste molecole. Possiamo confrontare la corrente dell'acqua con la corrente elettrica; le molecole d'acqua sono equivalenti agli elettroni e la carica elettrica agli atomi di idrogeno e ossigeno.

2. 

   
   
   Comprendi qual è la potenziale differenza. La differenza di potenziale (chiamata anche tensione elettrica) è la "forza" che fa muovere la corrente elettrica. Per illustrare cos'è una potenziale differenza, pensiamo a una batteria: al suo interno c'è una serie di reazioni chimiche che portano ad un agglomerato di elettroni al suo polo positivo.
   • Se colleghiamo il polo positivo della batteria al polo negativo tramite un filo, faremo muovere gli elettroni insieme (ciò è dovuto alla repulsione delle cariche dello stesso segnale).
   • A causa del principio di conservazione della carica elettrica (dice che la somma delle cariche elettriche in un sistema isolato deve essere costante), gli elettroni cercheranno di bilanciare le cariche nel sistema dal punto di massima concentrazione al punto di minore concentrazione (cioè, dal polo positivo al polo negativo della batteria).
   • Questo movimento di elettroni produce una potenziale differenza (o semplicemente ddp).

3. 

   
   
   Comprendi cos'è la resistenza. La resistenza elettrica è l'opposizione al flusso di cariche elettriche.
   • I resistori sono componenti di un circuito che hanno una resistenza significativa. Sono disposti in alcune parti del circuito per regolare il flusso di cariche o elettroni.
   • Se non ci sono resistenze nel circuito, non ci sarà alcun controllo del movimento degli elettroni. In questo caso, l'apparecchiatura potrebbe ricevere carichi in eccesso e finire per danneggiarsi (o surriscaldarsi per sovraccarico).

Parte 2 di 4: calcolo della corrente elettrica totale di un circuito in serie

1. 

   
   
   Calcola la resistenza totale. Prendi una cannuccia di plastica e bevi dell'acqua. Ora, schiaccia alcune parti della cannuccia e bevi di nuovo. Hai notato qualche differenza? Il liquido dovrebbe arrivare in una quantità minore. Ogni parte ammaccata della paglia funge da resistenza; servono a bloccare il passaggio dell'acqua (che a sua volta svolge il ruolo di corrente elettrica). Poiché le ammaccature sono in sequenza, diciamo che sono in serie. Sulla base di questo esempio, possiamo concludere che la resistenza totale di un'associazione in serie sarà uguale a:
   • R_(totale) = R₁ + R₂ + R₃.

2. 

   Calcola la differenza nel potenziale totale. Nella maggior parte dei casi, il valore ddp totale verrà fornito nell'istruzione; se il problema fornisce i valori ddp individuali per ogni resistenza, possiamo usare la seguente equazione:
   • U_(totale) = U₁ + U₂ + U₃.
   • Perché questa equazione? Consideriamo ancora l'analogia con la paglia: dopo averla impastata, cosa succede? Dovrai spingere più forte affinché l'acqua passi attraverso la paglia. La forza totale che esercitate dipende dalla somma delle forze richieste in ogni punto accartocciato della paglia.
   • La "forza" necessaria è la potenziale differenza; provoca il flusso di acqua o corrente elettrica. Pertanto, possiamo concludere che il ddp totale verrà calcolato sommando i singoli ddps di ciascun resistore.

3. 

   Calcola la corrente elettrica totale del sistema. Usando ancora l'analogia con la paglia: dopo averla impastata, cambia la quantità d'acqua? No. Sebbene la velocità del liquido cambi, la quantità di acqua che bevi non cambia. Se osservi l'acqua che entra ed esce dalle parti frantumate della paglia, noterai che queste due quantità sono le stesse; ciò è dovuto alla velocità fissa del flusso del liquido. Pertanto, possiamo affermare che:
   • io₁ = I₂ = I₃ = I_(totale).

4. 

   Ricorda la prima legge di Oh M. Oltre alle equazioni mostrate, puoi anche usare l'equazione della legge di Oh M: mette in relazione la differenza di potenziale (ddp), la corrente totale e la resistenza del circuito.
   • U_(totale) = I_(totale) x R_(totale).

5. 

   Risolvi il seguente esempio. Tre resistenze, R₁ = 10Ω, R₂ = 2Ω e R₃ = 9Ω, sono associati in serie. La differenza di potenziale applicata al circuito è di 2,5 V. Calcola il valore della corrente elettrica totale. Per iniziare, calcoliamo la resistenza totale del circuito:
   • R_(totale) = 10Ω + 2Ω + 9Ω.
   • Perciò, R_(totale)= 21Ω

6. 

   Applicare la legge di Oh M per determinare il valore della corrente elettrica totale:
   • U_(totale) = I_(totale) x R_(totale).
   • io_(totale) = U_(totale)/ R_(totale).
   • io_(totale) = 2,5 V / 21 Ω.
   • io_(totale) = 0,1190A.

Parte 3 di 4: calcolo della corrente elettrica totale di un circuito in parallelo

1. 

   Comprendi cos'è un circuito parallelo. Come suggerisce il nome, il circuito parallelo contiene elementi disposti in parallelo. Per questo, più fili vengono utilizzati per creare percorsi attraverso i quali la corrente elettrica può viaggiare.

2. 

   Calcola la differenza nel potenziale totale. Poiché tutte le terminologie sono già state spiegate nella sezione precedente, andiamo direttamente alla dimostrazione delle equazioni applicate nei circuiti paralleli. Per illustrare, immagina un tubo con due forcelle (con diametri diversi). Affinché l'acqua passi attraverso i due tubi, sarà necessario applicare forze diverse a ciascuno di essi? No. Avrai solo bisogno di forza sufficiente per far scorrere l'acqua. Pertanto, considerando che l'acqua svolge il ruolo della corrente elettrica e che la forza gioca il ruolo della differenza di potenziale, possiamo dire che:
   • U_(totale) = U₁ = U₂ = U₃.

3. 

   Calcola la resistenza elettrica totale. Supponiamo di voler regolare l'acqua che passa attraverso i due tubi. Quale sarebbe il modo migliore per farlo? Utilizzare solo una valvola di arresto su ciascuna forcella o installare più valvole consecutivamente? La seconda opzione sarebbe la scelta migliore. Per le resistenze, l'analogia funziona allo stesso modo. I resistori collegati in serie regolano la corrente elettrica in modo molto più efficiente rispetto a quando sono collegati in parallelo. L'equazione utilizzata per calcolare la resistenza totale in un circuito parallelo è:
   • 1 / R_(totale) = (1 / R₁) + (1 / R₂) + (1 / R₃).

4. 

   Calcola la corrente elettrica totale. Tornando al nostro esempio: il percorso attraverso il quale passa l'acqua è diviso. Lo stesso vale per la corrente elettrica. Poiché ci sono più percorsi attraverso i quali i carichi possono viaggiare, diciamo che la corrente è divisa. I diversi percorsi non riceveranno necessariamente la stessa quantità di carichi. Questo dipende dalle resistenze e dai materiali di ciascun filo. Pertanto, l'equazione per il calcolo della corrente elettrica totale sarà la somma delle correnti per ogni percorso:
   • io_(totale) = I₁ + I₂ + I₃.
   • Non possiamo usare questa formula senza i singoli valori di corrente elettrica. In questo caso, possiamo anche applicare la prima legge di Oh M.

Parte 4 di 4: risoluzione di un esempio con circuiti paralleli e in serie

1. 

   Risolvi il seguente esempio. Quattro resistori in un circuito sono divisi in due fili in parallelo. La prima stringa contiene R₁ = 1Ω e R₂ = 2Ω. Il secondo filo contiene R₃ = 0,5 Ω e R₄ = 1.5Ω. Le resistenze di ogni filo sono associate in serie. La differenza di potenziale applicata al primo filo è 3V. Calcola il valore totale della corrente elettrica.

2. 

   Inizia calcolando la resistenza totale. Poiché i resistori su ciascun filo sono collegati in serie, per prima cosa calcoliamo la resistenza totale su ciascun filo.
   • R₍₁₊₂₎ = R₁ + R₂.
   • R₍₁₊₂₎ = 1Ω + 2Ω.
   • R₍₁₊₂₎ = 3Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = R₃ + R₄.
   • R₍₃₊₄₎ = 0,5Ω + 1,5Ω.
   • R₍₃₊₄₎ = 2Ω.

3. 

   Sostituisci i valori del passaggio precedente dell'equazione con associazioni parallele. Poiché i fili sono associati in parallelo, applichiamo ora i valori dell'elemento precedente nell'equazione per i collegamenti in parallelo.
   • (1 / R_(totale)) = (1 / R₍₁₊₂₎) + (1 / R₍₃₊₄₎).
   • (1 / R_(totale)) = (1/3Ω) + (1/2Ω).
   • (1 / R_(totale)) = 5/6.
   • R_(totale) = 1,2Ω.

4. 

   Calcola la differenza nel potenziale totale. Poiché la differenza potenziale è la stessa in un'associazione parallela, possiamo dire che:
   • U_(totale) = U₁ = 3V.

5. 

   Applicare la legge di Oh M. Ora, usa la legge di Oh M per determinare il valore della corrente elettrica totale.
   • U_(totale) = I_(totale) x R_(totale).
   • io_(totale) = U_(totale)/ R_(totale).
   • io_(totale) = 3 V / 1,2 Ω.
   • io_(totale) = 2,5 A.

Suggerimenti

• Il valore della resistenza totale di un circuito parallelo è sempre inferiore al valore della resistenza di tutti le altre resistenze dell'associazione.
• Terminologie importanti:
  • Circuito elettrico: insieme di componenti (resistenze, condensatori e induttori) collegati da fili attraverso i quali passa in ordine una corrente elettrica.
  • Resistenze: componenti che possono ridurre l'intensità di una corrente elettrica.
  • Corrente elettrica: flusso ordinato delle cariche elettriche. La tua unità S.I. è il ampere (IL).
  • Differenza potenziale (ddp): lavoro prodotto per unità di carica elettrica. La tua unità S.I. è il volt (V).
  • Resistenza elettrica: misura dell'opposizione al passaggio di corrente elettrica. La tua unità S.I. è il Oh M (Ω).