1 - Atomi, tensione e corrente

Prima di parlare dei resistori, è necessario sapere che cosa si intende per tensione e corrente. Che differenza c'è? Perché sono due unità di misura distinte?
Dobbiamo guardare cosa avviene sugli atomi per capirlo:

Atomi e cariche elettriche

Chi tra voi non ha mai visto un atomo? Pfui, ovviamente tutti. Scommetto che prende l'autobus con voi ogni mattina.
Se siete fra i pochi che non l'hanno mai conosciuto, questa è una sua foto recente:

L'atomo è composto dal nucleo, all'interno del quale sono presenti particelle con carica positiva (protoni) ed elettricamente neutre (neutroni), e da particelle che gravitano attorno al nucleo, aventi carica negativa (elettroni).
Per fare in modo che l'intero atomo sia elettricamente neutro, il numero dei protoni e degli elettroni deve essere uguale.
L'elettricità esiste perché è possibile creare uno scompenso tra il numero di elettroni e protoni negli atomi.

Per capire meglio come funziona tutto questo giramento di particelle, utilizzerò ancora una volta l'esempio dell'acqua, ma questa volta rispetto ad una batteria: ipotizziamo di avere a disposizione due bacinelle identiche, una piena d'acqua ed una "piena" d'aria. Entrambe sono poste su un tavolo, quindi sono alla stessa altezza.
Abbiamo la possibilità di collegare le due bacinelle con un tubo, ma per il momento sono scollegate, quindi l'acqua non può fluire da una bacinella all'altra.

Bacinella piena d'acqua (elettroni, -) e bacinella vuota (aria, protoni, +)​

L'acqua rappresenta gli elettroni, mentre l'aria i protoni.
Anche se elettroni e protoni hanno cariche opposte, non si attraggono perché le due bacinelle non sono collegate tra loro: questa situazione è paragonabile a quella di un circuito aperto, in cui le due bacinelle sono i due poli di una batteria.
Abbiamo visto nel capitolo precedente che il circuito è aperto quando ha un inizio ed una fine. Per funzionare, deve essere chiuso, ovvero disegnare un ciclo infinito, senza inizio né fine.

Circuito aperto e circuito chiuso​

Cosa succede invece appena le due bacinelle sono collegate da un tubo?
L'acqua fluisce dalla prima bacinella, attraversa il tubo e finisce nella seconda bacinella.
Ma l'acqua prima o poi smetterà di fluire nel tubo: le due bacinelle raggiungeranno la situazione in cui entrambe hanno la stessa quantità d'acqua e di aria.
Applicandolo alla batteria, quando gli elettroni (-) sono stati attratti tutti verso gli atomi a cui erano stati sottratti, la situazione si stabilizza, l'atomo torna neutro e la carica elettrica della batteria si esaurisce.
Fino a che ogni atomo non avrà attratto gli elettroni che gli mancano, ci sarà sempre un flusso di elettroni che dal polo negativo della batteria raggiungono il polo positivo, diminuendo la sua carica.
In pratica la batteria non è altro che un dispositivo per tenere isolate e separate le due cariche elettriche.

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Un fiume di elettroni

Ora che abbiamo allagato la casa e capito come fa ad esistere l'elettricità, ci sono altre considerazioni da fare, sempre sull'esempio delle bacinelle. Quindi preparate altra carta assorbente.

1. Perché l'acqua non è passata istantaneamente dalla prima bacinella alla seconda?
2. Come possiamo rappresentare tensione e corrente nell'esempio delle bacinelle?

Il tubo che abbiamo usato nell'esempio è piccolo. Permette il passaggio di poca acqua. Inoltre avendo usato poca acqua la pressione è bassa, quindi l'acqua fluirà lentamente.
Il tubo effettivamente sta facendo resistenza al passaggio dell'acqua da una bacinella all'altra.
Possiamo schematizzare le due bacinelle ed il tubo sotto forma di circuito elettrico:

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Il simbolo zigzagato indica un resistore, ovvero un ostacolo al flusso delle cariche elettriche, un vero e proprio imbuto elettrico.
La corrente si misura in Ampere (A) ed indica la quantità di elettroni (-) che sta attraversando il circuito, o la quantità d'acqua che può attraversare il tubo in un istante.
La tensione invece si può indicare con la forza con cui gli elettroni attraversano il conduttore (che può essere un filo elettrico), o la pressione con cui l'acqua attraversa il tubo.

Quindi questo significa che l'acqua fluirà in meno tempo, maggiore è la dimensione del tubo? Sì.
Applicato al circuito elettrico semplice, gli elettroni impiegheranno meno tempo ad unirsi agli atomi che li attirano se la resistenza del filo è inferiore. La batteria si scaricherebbe istantaneamente se collegassimo un filo a resistenza zero tra i due poli.
Nella realtà non avviene perché qualunque filo oppone una piccola resistenza, quindi la batteria si scaricherà velocemente, ma non istantaneamente.

Riquadro riassuntivo:
La corrente (Ampere, A) è la quantità di elettroni che attraversa un conduttore (si misura facendo in modo che l'amperometro faccia parte del circuito)
La tensione (Volt, V) è la forza con cui gli elettroni possono attraversare un conduttore (si misura mettendo il Voltmetro in parallelo ai due punti differenti di un circuito di cui si vuole conoscere la differenza di potenziale)
La differenza di potenziale è la differenza di tensione tra due punti differenti di un circuito. Tra due punti a 3V e 0V la differenza sarà 3V. Tra due punti a 5V e 1V la differenza di potenziale sarà di 4V.

Altro:
Capitolo 0: Fondamenti di elettronica

 

Nel disegno sopra i protoni hanno un segno - e gli elettroni un +, mi sbaglio io oppure è tutto giusto?

 

Si, è stata una svista, infatti l'articolo è corretto.