Il circuito nella sezione precedente non è molto pratico. In effetti, può essere molto pericoloso costruire (collegando direttamente i poli di una sorgente di tensione insieme a un singolo pezzo di filo). Il motivo per cui è pericoloso è che l’entità della corrente elettrica può essere molto grande in un tale cortocircuito e il rilascio di energia può essere molto drammatico (di solito sotto forma di calore). Di solito, i circuiti elettrici sono costruiti in modo tale da fare un uso pratico di quell’energia rilasciata, nel modo più sicuro possibile.

Il flusso di corrente attraverso filamento della lampada

Un uso pratico e popolare di corrente elettrica è per il funzionamento di illuminazione elettrica. La forma più semplice di lampada elettrica è un piccolo “filamento” metallico all’interno di un bulbo di vetro trasparente, che si illumina di bianco-caldo (“incandesces”) con energia termica quando passa una corrente elettrica sufficiente. Come la batteria, ha due punti di connessione conduttivi, uno per la corrente di entrare e l’altro per la corrente di uscire. Collegato a una fonte di tensione, un circuito elettrico della lampada assomiglia a questo:

Mentre la corrente si fa strada attraverso il sottile filamento metallico della lampada, incontra più opposizione al movimento di quanto farebbe in genere in un pezzo di filo spesso. Questa opposizione alla corrente elettrica dipende dal tipo di materiale, dalla sua area della sezione trasversale e dalla sua temperatura. È tecnicamente noto come resistenza. (Si può dire che i conduttori hanno una bassa resistenza e gli isolanti hanno una resistenza molto elevata.) Questa resistenza serve a limitare la quantità di corrente attraverso il circuito con una data quantità di tensione fornita dalla batteria, rispetto al “cortocircuito” in cui non avevamo altro che un filo che unisce un’estremità della sorgente di tensione (batteria) all’altra. Quando la corrente si muove contro l’opposizione della resistenza, viene generato “attrito”. Proprio come l’attrito meccanico, l’attrito prodotto dalla corrente che scorre contro una resistenza si manifesta sotto forma di calore. La resistenza concentrata del filamento di una lampada si traduce in una quantità relativamente grande di energia termica dissipata in quel filamento. Questa energia termica è sufficiente a far brillare il filamento bianco-caldo, producendo luce, mentre i fili che collegano la lampada alla batteria (che hanno una resistenza molto inferiore) difficilmente si scaldano mentre conducono la stessa quantità di corrente. Come nel caso del cortocircuito, se la continuità del circuito è interrotta in qualsiasi punto, il flusso di corrente si arresta su tutto il circuito. Con una lampada in posizione, questo significa che smetterà di brillare:

Come prima, senza flusso di corrente, l’intero potenziale (tensione) della batteria è disponibile attraverso la rottura, in attesa dell’opportunità di una connessione per colmare quella rottura e consentire nuovamente il flusso di corrente. Questa condizione è nota come circuito aperto, in cui una rottura nella continuità del circuito impedisce la corrente in tutto. Tutto ciò che serve è una singola pausa nella continuità per “aprire” un circuito. Una volta che eventuali interruzioni sono state collegate ancora una volta e la continuità del circuito ristabilito, è noto come un circuito chiuso.

La base per la commutazione delle lampade

Ciò che vediamo qui è la base per l’accensione e lo spegnimento delle lampade tramite interruttori remoti. Poiché qualsiasi interruzione nella continuità di un circuito comporta l’arresto della corrente in tutto il circuito, possiamo utilizzare un dispositivo progettato per interrompere intenzionalmente tale continuità (chiamato interruttore), montato in qualsiasi posizione conveniente in cui possiamo eseguire i fili, per controllare il flusso di corrente nel circuito:

Il Coltello Switch

Forse il miglior tipo di interruttore per mostrare per l’illustrazione del principio di base è il “coltello” switch:

Un coltello interruttore è niente di più che un pò di leva, libero di ruotare su un perno, entra in contatto fisico con uno o più stazionarie punti di contatto che sono conduttivi. L’interruttore mostrato nella figura sopra è costruito su una base di porcellana (un ottimo materiale isolante), utilizzando rame (un ottimo conduttore) per la “lama” e punti di contatto. La maniglia è in plastica per isolare la mano dell’operatore dalla lama conduttiva dell’interruttore durante l’apertura o la chiusura. Ecco un altro tipo di interruttore a coltello, con due contatti fissi invece di uno:

Il particolare interruttore coltello mostrato qui ha una “lama” ma due contatti fissi, il che significa che può fare o rompere più di un circuito. Per ora, questo non è terribilmente importante essere a conoscenza di, solo il concetto di base di ciò che un interruttore è e come funziona. Gli interruttori a coltello sono ottimi per illustrare il principio di base di come funziona un interruttore, ma presentano problemi di sicurezza distinti quando utilizzati in circuiti elettrici ad alta potenza. I conduttori esposti in un interruttore a coltello rendono il contatto accidentale con il circuito una possibilità distinta e qualsiasi scintilla che può verificarsi tra la lama mobile e il contatto fisso è libera di accendere qualsiasi materiale infiammabile nelle vicinanze. La maggior parte dei moderni switch design hanno i loro conduttori in movimento e punti di contatto sigillati all’interno di una custodia isolante al fine di mitigare questi rischi. Una fotografia di alcuni tipi di interruttori moderni mostra come i meccanismi di commutazione siano molto più nascosti rispetto al design del coltello:

Circuiti aperti e chiusi

In linea con la terminologia “aperto” e “chiuso” dei circuiti, un interruttore che entra in contatto da un terminale di connessione all’altro (esempio: un interruttore a coltello con la lama che tocca completamente il punto di contatto fisso) fornisce continuità al flusso di corrente e viene chiamato interruttore chiuso. Al contrario, un interruttore che sta rompendo la continuità (esempio: un interruttore a coltello con la lama che non tocca il punto di contatto fisso) non consente il passaggio della corrente e viene chiamato interruttore aperto. Questa terminologia è spesso confusa per il nuovo studente di elettronica perché le parole “aperto” e “chiuso” sono comunemente intese nel contesto di una porta, dove “aperto” è equiparato al passaggio libero e “chiuso” con il blocco. Con interruttori elettrici, questi termini hanno significato opposto:” aperto “significa nessun flusso mentre” chiuso” significa libero passaggio di corrente elettrica.

RECENSIONE:

• La resistenza è la misura dell’opposizione alla corrente elettrica.
• Un corto circuito è un circuito elettrico che offre poca o nessuna resistenza al flusso di corrente. I cortocircuiti sono pericolosi con fonti di energia ad alta tensione perché le alte correnti incontrate possono causare il rilascio di grandi quantità di energia termica.
• Un circuito aperto è quello in cui la continuità è stata interrotta da un’interruzione nel percorso per il flusso di corrente.
• Un circuito chiuso è uno che è completo, con buona continuità in tutto.
• Un dispositivo progettato per aprire o chiudere un circuito in condizioni controllate è chiamato interruttore.
• I termini “aperto” e “chiuso” si riferiscono a interruttori e interi circuiti. Un interruttore aperto è uno senza continuità: la corrente non può fluire attraverso di esso. Un interruttore chiuso è uno che fornisce un percorso diretto (bassa resistenza) per la corrente di fluire attraverso.

FOGLI DI LAVORO CORRELATI:

• Interruttori
• Resistenza
• Tensione, corrente e resistenza

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