Di Robert Hazen, Ph. D., George Mason University
I circuiti elettrici sono concetti importanti che hanno applicazioni pratiche nella nostra vita quotidiana. È un concetto molto semplice che incorpora tre diversi componenti: una fonte di energia elettrica, un dispositivo e un anello chiuso di materiale conduttore.
Fonte di energia elettrica
Il primo componente di un circuito elettrico è la fonte di energia elettrica che consente agli elettroni di muoversi. Questa fonte potrebbe essere una batteria, una cella solare o una centrale idroelettrica—un luogo dove c’è un terminale positivo e un terminale negativo e da dove la carica potrebbe fluire da uno all’altro. Questa spinta di carica elettrica è chiamata tensione il cui potenziale è misurato in volt.
Dispositivo nel circuito elettrico
Il secondo componente è il dispositivo. Risponde alla corrente che lo attraversa. Oggi, un dispositivo è qualcosa che può essere collegato a una presa a muro e utilizzato con l’elettricità. Il ciclo è generalmente chiuso utilizzando un pezzo di materiale conduttore. Di solito è un filo, ma ci sono altri tipi di materiali che possono chiudere il ciclo troppo. Ad esempio, ci sono varie strisce di metallo all’interno del televisore che sono state depositate su una superficie di plastica che può essere il materiale conduttore o anche in alcuni casi, il telaio di un dispositivo che diventa parte del circuito chiuso.
Resistenza del circuito elettrico
Il terzo componente è la resistenza; ogni circuito ha una certa resistenza al flusso di elettroni. Gli elettroni si scontrano con altri elettroni e atomi che compongono il filo e, quindi, convertono parte della loro energia in calore. Semplicemente non è possibile trasferire energia da una forma all’altra senza perdere parte di quell’energia come calore.
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Torcia elettrica come circuito elettrico
La torcia elettrica è un dispositivo semplice che incorpora tutti e tre questi componenti. Le due batterie nella torcia sono la fonte.
La lampadina alla fine della torcia è il dispositivo in cui scorre la corrente. La corrente scorre attraverso un filamento molto piccolo che si riscalda fino a una temperatura molto elevata a causa della resistenza elettrica. Di conseguenza, il filamento si illumina brillantemente.
Il circuito è infine completato da una striscia di metallo che scende lungo la canna laterale della torcia. C’è anche una bobina di filo ad un’estremità della torcia e all’altra estremità ci sono i punti di contatto per la batteria e l’altra striscia di filo che insieme completano il circuito.
Interruttore, fusibile e interruttori
Torce elettriche e la maggior parte degli altri apparecchi elettrici hanno anche un interruttore. Un interruttore è semplicemente un dispositivo che aiuta a rompere il ciclo continuo del materiale conduttore.
Quando l’interruttore è aperto, non vi è alcun flusso di corrente, ma quando l’interruttore è chiuso, c ‘ è un flusso. Fondamentalmente, tutti i circuiti funzionano in questo modo. Anche nel circuito collegato alla parete della vostra camera, c’è un ciclo continuo di filo che si estende da casa fino alla centrale elettrica.
Un fusibile o un interruttore viene utilizzato per prevenire grandi incendi dovuti a sovraccarichi. Un fusibile è progettato per bruciare se la corrente diventa troppo alta.
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Tipi di circuiti elettrici
Ci sono due tipi di circuiti trovati nelle case e altri dispositivi comuni; vale a dire circuiti in serie e circuiti paralleli.
Circuiti di serie-I circuiti di serie consistono di parecchi dispositivi, ciascuno di loro collegato uno dopo l’altro dopo l’altro in appena un singolo grande ciclo. Tuttavia, diversi dispositivi hanno tensioni diverse su di essi, la stessa corrente scorre attraverso ogni dispositivo nel circuito di serie.
Se uno qualsiasi dei dispositivi in un circuito di serie è rotto, l’intero circuito si guasta. Ad esempio, se ci sono tre lampadine collegate in serie, in un solo anello di filo collegato a una batteria. Se una lampadina è svitata, l’intero circuito si guasta.
Circuiti paralleli-Nei circuiti paralleli, diversi dispositivi sono disposti in modo che una singola fonte fornisca tensione per separare i loop di filo. La tensione in ogni dispositivo attraverso il circuito è esattamente la stessa, ma in generale diversi dispositivi stanno andando a vedere diverse correnti. In questo caso, ogni dispositivo funzionerà anche se gli altri falliscono.
Ad esempio, se due lampadine sono collegate in parallelo e una è svitata, l’altra funzionerà. Le moderne luci dell’albero di Natale sono fatte in circuiti paralleli in modo che anche se una singola luce brucia, l’intero filo non deve essere buttato fuori.
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Sistematizzare le relazioni tra circuiti elettrici – Leggi di Kirchhoff
Il comportamento sistematizzato dei circuiti è di immensa importanza nell’ingegneria elettrica ed è spiegato dalle Leggi di Kirchhoff. La prima legge afferma: “L’energia prodotta dalla fonte è uguale all’energia consumata nel circuito, incluso il calore che viene perso a causa della resistenza.”
La seconda legge afferma: “La corrente che scorre in qualsiasi giunzione è uguale alla somma delle correnti che fluiscono da quella giunzione.”Ciò significa che la corrente è elettroni che fluiscono attraverso i fili e il numero di elettroni che fluiscono in una giunzione è uguale al numero di elettroni che fluiscono da quella giunzione.
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Le diverse forme di energia elettrica sono fondamentalmente le stesse?
Michael Faraday fece accurate indagini sistematiche su tutti questi diversi tipi di elettricità. Fu in grado di dimostrare che tutte queste diverse forme di elettricità producevano esattamente lo stesso tipo di fenomeno e derivavano dal movimento degli elettroni.
Faraday ha concluso che tutte le forme di energia prodotta scintille, può fluire attraverso fili, e può essere fatto per fare il lavoro. La sua ricerca ha anche mostrato per la prima volta che l’elettricità animale di un’anguilla elettrica, l’elettricità proveniente da una batteria e l’elettricità dei fulmini erano tutti uno e lo stesso fenomeno.
Corrente elettrica e potenza
Il flusso o il movimento degli elettroni attraverso il circuito elettrico è chiamato corrente elettrica. La corrente è misurata in ampere. Un ampere corrisponde a circa 6 miliardi di elettroni che passano un punto in quel circuito ogni secondo.
Un altro termine importante associato all’elettricità è il potere. Il potere è definito come lavoro diviso per tempo. In un circuito elettrico la potenza è uguale alla tensione corrente, misurata in watt. Più alto è il wattaggio, più veloce è l’energia consumata da quell’oggetto, sia esso una lampadina, un amplificatore o qualsiasi dispositivo elettrico.
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Domande comuni sui contributi di Alessandro Volta e l’invenzione della batteria
Quando la corrente scorre attraverso un filamento molto piccolo, si riscalda fino a una temperatura molto elevata a causa della resistenza elettrica. Ciò fa sì che il filamento bruci brillantemente e, quindi, la lampadina nella torcia si illumina.
Fusibile e interruttori sono progettati per evitare che le apparecchiature elettriche vengano danneggiate a causa di sovraccarico. Mentre i fusibili devono essere sostituiti dopo un sovraccarico, gli interruttori devono essere semplicemente ripristinati.
Il flusso di elettroni attraverso un circuito elettrico è chiamato corrente elettrica e viene misurato in ampere.
Le luci dell’albero di Natale dei tempi antichi erano un tipo di circuito in cui se una lampadina non funzionava, l’intero circuito falliva. Tuttavia, le moderne luci dell’albero di Natale seguono il principio dei circuiti paralleli