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Guida all'elettronica dedicata al modding
Prodotta da Dino Fratelli il 06.04.2003

Un po' di teoria

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Volendo fare una suddivisione possibile dei diversi componenti usati nel campo dell'elettronica ci troviamo di fronte a molteplici scelte. Abbiamo pensato, perciò, di suddividere la componentistica in passiva ed attiva sempre nell'ottica in cui ci siamo posti nel redigere questa guida: quella dell'utilizzo della stessa per realizzare progetti di modding. Infatti, il modding richiede molto spesso l'utilizzo di componenti passivi e, quei casi in cui andremo ad usare componenti attivi sarà solo per circuiti di bassa complessità.

Supponendo che ci segue  non abbia alcuna concezione di cosa sia l'elettronica né tantomeno quali siano le variabili in gioco, ci proponiamo di descrivere brevemente cosa si intende per differenza di potenziale e corrente elettrica.

Differenza di potenziale
Con il termine differenza di potenziale indichiamo una grandezza, misurata in Volt (V), che rappresenta la differenza fra un punto ad un certo potenziale elettrico ed un altro punto di riferimento. Tale grandezza prende il nome di tensione. Prendendo, ad esempio, una pila come quelle quadrate  piccole che tutti noi abbiamo usato almeno una volta nella nostra radio portatile o nella nostra sveglia o altro dispositivo, possiamo leggere sul suo involucro che si tratta di una pila da 9 Volt. Questo vuol dire che quella pila è in grado di creare una differenza di potenziale, o tensione, ai suoi elettrodi (+ e -) pari proprio a 9 Volt.

La tensione può essere di due tipi: continua oppure alternata. La tensione continua ha un andamento costante; alcuni esempi sono le tensioni fornite dalle pile, dalla batteria dell'auto, etc. Nel caso di tensione continua si hanno due morsetti distinti: uno positivo che rappresenta quello a potenziale maggiore ed uno negativo che rappresenta quello a potenziale minore. La tensione alternata ha di solito un andamento sinusoidale e si inverte continuamente; in questo caso non è possibile contrassegnare i due morsetti come positivo e negativo. Ad esempio è alternata la tensione di rete 220V.

Generatore di tensione
Un generatore di tensione è un dispositivo in grado di generare una differenza di potenziale tra i suoi morsetti. Esistono generatori di tensione continua oppure alternata.

Corrente elettrica
L'intensità di corrente elettrica (I) è il flusso di corrente che scorre all'interno di un conduttore nell'unità di tempo. Essa si misura in Ampere (A).

Spesso per cercare di spiegare il funzionamento di un circuito elettrico si fa ricorso ai circuiti idrici che risultano, nel funzionamento, molto simili ed il paragone è davvero azzeccato. Così, la differenza di potenziale elettrico può essere immaginata come la differenza di altezza fra due punti del circuito idrico (A e B nella figura): più un punto è in alto rispetto all'altro e maggiore è il potenziale che il primo possiede rispetto al secondo (il potenziale è proprio quell'energia che "potenzialmente" potrebbe essere usata e che nel circuito idrico è dato dalla forza di gravità che farebbe scorrere il liquido dal punto più alto a quello più basso).

Rimanendo all'interno del paragone elettrico-idrico, la corrente è data dal flusso di liquido che scorre in un certo istante su una sezione del tubo. Un circuito elettrico è fatto di fili invece che di tubi ma basta pensare a tali fili come ad un tubo per avere chiare le idee tanto che, come è facile immaginare, il flusso avrà un massimo valore possibile determinato dalla sezione del tubo come il flusso di corrente elettrica è delimitato dalla sezione del cavo. Insomma, se aumentiamo la differenza di livello fra i punti A e B la velocità del flusso di acqua che passa da A a B aumenta: allo stesso modo aumentando la differenza di potenziale aumenta l'intensità della corrente.

Facendo riferimento ad una batteria, questa sarà scarica quando la differenza di potenziale ai suoi capi sarà nulla; facendo riferimento al paragone con l'acqua, la situazione sarà identica a quando i due punti A e B saranno allo stesso livello:

Resistenza
Finora abbiamo parlato di situazioni del tutto ideali, ma come accade anche per un circuito idrico, anche quelli di tipo elettrico potrebbero incontrare delle situazioni non ideali, nella fattispecie delle resistenze.

Volendo tornare al paragone con l'idraulica è stato già detto che tanto più in alto è posto il punto A, tanto più velocemente l'acqua scorre verso B: ovvia conseguenza è una maggiore quantità d'acqua che scorre durante una certa unità di tempo. Quello che può accadere è che lungo il tubo potrebbero aversi dei restringimenti della sezione o anche degli ingorghi e l'acqua, in quei punti, farà maggiore fatica a passare. Quando il liquido incontra sul suo cammino tali resistenze, esso scenderà con minore velocità così come minore sarà la quantità d'acqua che scorre nell'unità di tempo in maniera inversamente proporzionale alla resistenza incontrata. Lo stesso fenomeno si verifica nei circuiti elettrici: tanto più alta è la tensione applicata al conduttore, tanto maggiore risulterà la corrente che in esso fluisce; questa verrà attenuata, però, dalle resistenze attraversate.

La definizione di resistenza, in elettronica, è data da una proprietà che i corpi manifestano quando vengono attraversati da una corrente elettrica presentando un certo "attrito" al suo passaggio. In effetti la resistenza si spiega a livello microscopico come come un attrito fra cariche atomiche.

La resistenza elettrica si indica con R e si misura in Ohm (). Per convenzione, un Ohm è quella resistenza manifestata da una colonnina di mercurio di 1mm quadrato di sezione e di 106.3 cm di lunghezza posta alla temperatura di 0°.

Legge di Ohm
La legge di Ohm rappresenta la legge fondamentale dell'elettrotecnica che lega le tre grandezze viste sinora: tensione, corrente e resistenza. Essa esprime il fatto che, in un circuito elettrico, l'intensità I della corrente è direttamente proporzionale alla tensione V applicata e inversamente proporzionale alla resistenza R incontrata:

I = V/R

Da cui si ricava:

R = V/I

E ancora:

V = I R

Da questa ultima espressione della legge di Ohm si ricava una nuova definizione delle grandezze coinvolte. Il Volt rappresenta la differenza di potenziale che si misura ai capi di una resistenza di 1 Ohm percorsa dalla corrente di 1 Ampere.

Facciamo, dunque, un riassunto di quanto detto sinora:

  1. La tensione o differenza di potenziale, si indica con V e si misura in Volt (V);
  2. L'intensità di corrente o più brevemente corrente, si indica con I e si misura in Ampere (A);
  3. La resistenza si indica con R e si misura in Ohm.

Secondo la legge di Ohm nelle sue diverse forme viste sinora, siamo in grado di dire che:

  1. la corrente aumenta se la tensione aumenta e diminuisce se la tensione diminuisce;
  2. la corrente che passa in un dispositivo di una certa resistenza genera ai suoi capi una caduta di tensione, cioè una differenza di potenziale che risulta direttamente proporzionale alla corrente ed alla resistenza stessa;
  3. essendo corrente e tensione direttamente proporzionali fra loro, il rapporto di queste due grandezze si mantiene costante, dà esattamente il valore della resistenza del conduttore: R = V/I.

Potenza elettrica
La potenza elettrica è una grandezza composta dalle due precedenti e si misura in Watt (W). La formula per ricavare la potenza dal potenziale e dalla corrente è la seguente:

W = V * I

La potenza deriva dal lavoro compiuto durante un'unità di tempo. L'unità di lavoro è il Joule e l'unità di potenza è il Watt: 1 Joule al secondo corrisponde ad 1 Watt (W = J/s).

Per fare un esempio calzante di cui si sente parlare sempre più spesso, attraverso questa formula è molto facile intuire perché, quando si vuol far si che un chip consumi poco si tenta di ridurre la tensione di alimentazione. Infatti riducendo V la potenza W si riduce di conseguenza.

Riprendendo la legge di Ohm (V = R * I) e dalla formula P = V * I vista in precedenza si ottiene:

P = (R * I) * I  = R * I2

Utilizzando ancora la legge di Ohm nella forma I = V / R, otteniamo ancora:

P = V * (V / R) = V2 / R

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