Tensione e cascate

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Nello scorso post abbiamo parlato di corrente, ora è il turno della tensione.
Quante volte abbiamo posto domande del tipo:

“A quanto funziona questo elettrodomestico?”,
“A 220 volt!”.

“Che batteria devo mettere in questo giocattolo?”,
“Usi una pila da 9 volt”.

La tensione ha una sua unità di misura: i volt. Il nome deriva dal nome del conte, e scienziato, Alessandro Volta (1745 – 1827) famoso per l’invenzione della pila e per la scoperta del metano.fig7-volta

Per capirci usiamo la metafora dell’acqua: l’acqua scorre se c’è un dislivello. La tensione elettrica è l’equivalente del dislivello che deve esserci se si vuol far scorrere dell’acqua in un tubo. E’ qualcosa che ha a che fare con la pressione o con l’altezza da cui cade l’acqua, un po’ come accede con una cascata: maggiore è l’altezza e maggiore è la forza con cui casca l’acqua.

fig3-cascata

 

Se prendiamo un tubo molto lungo, lo posiamo a terra e lo riempiamo d’acqua, questa uscirà dall’altra estremità con poca “forza”. Se ora solleviamo uno dei due capi, allora l’acqua uscirà con maggior forza.

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Maggiore è il dislivello e maggiore sarà la forza (o pressione) con cui uscirà. La tensione si può immaginare come il dislivello da cui cade l’acqua: è come l’altezza di una cascata d’acqua. fig2-tubo2-300px

Se vogliamo usare un tubo molto lungo, per far uscire l’acqua con un certo vigore, è necessario che la differenza d’altezza tra le estremità del tubo sia notevole. E’ quello che accade nelle centrali elettriche che generano correnti con alto voltaggio (anche centinaia di migliaia di volt), per poi immetterla neglie elettrodotti che percorrono centinaia di chilometri. Al termine dell’elettrodotto la tensione viene ridotta prima di essere portata nelle case o nelle industrie.

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La tensione della corrente che arriva nelle nostre case è di circa 220 volt e viene impiegata per la maggior parte degli elettrodomestici. Piccoli elettrodomestici necessitano di una “cascata” ancora più piccola ed arriviamo in questi casi a 12 o 5 volt. Nelle “prese” USB troviamo 5 volt utilizzati per alimentare piccoli dispositivi.
Maggiore è la tensione e maggiore è la sua pericolosità (anche se di solito conta la combinazione di corrente e tensione).
Le tensioni elevate possono però superare gli ostacoli (o gli isolamenti) in modo più facile: per questo le tensioni elevate sono più pericolose.

Per evitare di danneggiare un circuito (e anche di farsi male) è necessario verificare che:
– la tensione sia corretta,
– ci sia sufficiente corrente.

Perché un circuito o un dispositivo possa funzionare è necessario collegarvi qualcosa in grado di fornire la corrente. Questo qualcosa può essere un alimentatore o un gruppo di batterie, ma in generale si definisce un generatore.
Il generatore fornisce una corrente con una certa tensione. La tensione fornita dal generatore e quella richiesta dal circuito devono coincidere.
Immaginiamo che l’alimentatore sia una piccola cascatella d’acqua e che il circuito sia un piccolo mulino. Se la ruota del mulino è troppo grande, la cascata non riuscirà a coprire la ruota del mulino e a farla ruotare. Se invece la cascata è troppo alta e la ruota del mulino è molto piccola, la caduta dell’acqua danneggerà o distruggerà completamente la ruota.

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Se la tensione dell’alimentatore è inferiore alla tensione richiesta dal circuito, il circuito non funziona. Se prendete un dispositivo elettrico alimentato con 3 batterie da 1.5 volt e provate a collegare una batteria sola, probabilmente il dispositivo non si accenderà
Se collegassimo il dispositivo a quattro o cinque batterie, rischieremmo di bruciarlo.fig8-radio e pile

Ogni circuito consuma una certa quantità di corrente. Se gli forniamo poca corrente, il circuito non funzionerà o funzionerà in modo non corretto. Immaginate di essere sulle rive del Po. Nel fiume scorre una grande quantità di acqua. Immergete un tubo nel fiume e prelevate dell’acqua per far girare il vostro mulino. Cosa accadrà? Il vostro tubo si riempirà per bene di acqua che farà quindi lavorare la ruota del mulino.

fig6-match

Ora immaginatevi di fianco a una piccola e pigra roggia “della bassa”. Immergete il vostro tubo che farà fatica a colmarsi d’acqua. La ruota del mulino non ruoterà perché non c’è abbastanza acqua.

Nel mio laboratorio c’è un alimentatore regolabile in cui posso impostare a piacimento la tensione o la corrente. Ora vi collego un circuito che funziona a 5 volt e che per accendersi ha bisogno di 1 ampere di corrente. Imposto l’alimentatore su 5 volt e 0 ampere. Il circuito è spento perché non gli arriva acqua. Ho messo il mio tubo in un torrente in secca (0 ampere). Ora alzo un po’ la corrente girando la manopola di regolazione: 0.5 ampere. Il circuito sembra accendersi, ma non del tutto: funziona si e no. Ho messo il tubo in un piccolo torrente, ancora insufficiente a riempire la condotta. Ora imposto esattamente 1 ampere e il circuito funziona: ho messo la condotta nel Ticino e si riempe per bene. Ora aumento gli ampere a 15. Eplode tutto? No! E’ come se avessi immerso il mio tubo nel Po: il tubo si riempie per bene e il circuito ha tutta l’acqua che gli serve.

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Se invece portassi la tensione a 7 volt… allora si che il circuito si brucierebbe (non fatelo!).

A presto!

3 thoughts on “Tensione e cascate

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