Circuito elettrico
Un circuito elettrico è formato da un insieme di conduttori (fili) e di dispositivi (pile, lampadine, motori etc.) collegati fra loro in modo da permettere alla corrente di circolare. Affinché tale circolazione sia possibile, i fili e i dispositivi devono formare un percorso chiuso, senza interruzioni.
Se pensiamo alla corrente come a un flusso di elettroni, il motivo per cui il circuito dev'essere chiuso è chiaro, poiché in caso contrario, se ci fossero interruzioni, la corrente non potrebbe circolare (l'interruzione bloccherebbe il traffico degli elettroni, esattamente come succede col traffico delle auto quando una strada è interrotta).
Generatore di tensione
Uno dei circuiti più semplici che si possono immaginare è costituito da una pila (o batteria), dei fili di collegamento e da una lampadina. Il passaggio della corrente attraverso i fili fa illuminare la lampadina.
La pila è fondamentale perché ci sia passaggio di corrente nel circuito. Essa è un generatore di tensione. Torneremo più avanti sul concetto di tensione. Per adesso possiamo pensare al generatore di tensione come a una specie di pompa di elettroni. Così come una pompa idraulica mette in circolazione l'acqua nei tubi, allo stesso modo un generatore di tensione serve per "spingere" gli elettroni nei fili.
Come si è detto, la comune pila è un semplice esempio di generatore di tensione. Un altro esempio è costituito dalla dinamo (o più propriamente alternatore) usata nelle biciclette. Anche una presa di corrente si comporta come un generatore di tensione quando ci colleghiamo un circuito.
Osserviamo che le pile (e i generatori di tensione in generale) sono contraddistinte da un polo positivo (indicato con il +) e da un polo negativo (indicato con il -). Per convenzione la corrente in un circuito circola sempre dal polo positivo verso il polo negativo della batteria.
Il verso convenzionale della corrente è diverso dal verso degli elettroni
Si è detto che il verso della corrente dal polo positivo a quello negativo è una convenzione. Il fatto è che in realtà gli elettroni si muovono nel circuito al contrario, cioè dal polo negativo a quello positivo della batteria. Tuttavia, quando è stata scoperta la corrente, non si conoscevano ancora gli elettroni e in particolare non si sapeva che essi portano una carica negativa. Per questo inizialmente si era stabilito, per convenzione, che la corrente fluisce dal + verso il -. In seguito alla scoperta degli elettroni, si è preferito mantenere ugualmente la convenzione ormai stabilita. In pratica ciò non è un problema: invece di considerare un movimento di elettroni dal polo negativo a quello positivo (come avviene effettivamente) possiamo fare finta che nel circuito circolino cariche elettriche positive dal + verso il -: il risultato, come sarebbe possibile dimostrare, è in tutti i casi lo stesso.
Per queste ragioni, da questo punto in avanti, senza tornare ulteriormente sull'argomento, considereremo la corrente come circolante dal polo positivo verso il polo negativo del generatore di tensione.
Perché la lampadina si illumina?
La lampadina ad incandescenza si illumina perché il suo filamento interno è attraversato dalla corrente e il passaggio della corrente lo riscalda. Di conseguenza il filamento produce luce, un po' come succede a un pezzo di ferro arroventato. Maggiore è la corrente che attraversa il filamento, maggiore è l'intensità luminosa prodotta. Se passa troppa corrente però, può succedere che il filamento si bruci!
Come funziona la pila?
La pila è un dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica. La base del funzionamento di una pila è una reazione di ossidoriduzione che avviene al suo interno, in cui una determinata sostanza subisce un processo di ossidazione, perdendo elettroni, mentre un'altra sostanza subisce un processo di riduzione, acquistandoli. Tale scambio di elettroni genera di conseguenza una differenza di potenziale e una corrente elettrica.
La prima pila venne realizzata nel 1799 dallo scienziato italiano Alessandro Volta (dal quale ha preso il nome l'unità di misura della tensione, il Volt).
Una semplice pila casalinga può essere realizzata usando un limone (oppure una patata) e un elettrodo di rame e uno di zinco, come mostrato nella figura seguente:
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