Legge di Ohm per il circuito completo e per una parte del circuito: varianti della formula, descrizione e spiegazione

Un elettricista professionista, uno specialista in elettronica, non può fare a meno nella propria attività della legge di Ohm quando risolve qualsiasi problema relativo alla messa a punto, alla regolazione e alla riparazione di circuiti elettronici ed elettrici.

In effetti, la comprensione di questa legge è necessaria a tutti. Perché tutti nella vita quotidiana hanno a che fare con l'elettricità.

E sebbene il corso scolastico di scuola media preveda la legge del fisico tedesco Ohm, in pratica non viene sempre studiato tempestivamente. Pertanto, nel nostro materiale esamineremo questo argomento così attuale per la vita e analizzeremo le varianti di scrittura della formula.

Una parte separata e il circuito elettrico completo

Considerando il circuito elettrico dal punto di vista dell'applicazione della legge di Ohm allo schema, è opportuno notare due possibili varianti di calcolo: per una singola parte e per l'intero schema.

Calcolo della corrente in una parte del circuito elettrico

Per parte del circuito elettrico si intende generalmente una porzione dello schema che esclude la fonte di forza elettromotrice (FEM), in quanto dotata di una resistenza interna aggiuntiva.

Pertanto, la formula di calcolo, in questo caso, è semplice:

I = U/ R,

Dove, rispettivamente:

• I – intensità di corrente;
• U – tensione applicata;
• R – resistenza.

L'interpretazione della formula è semplice: la corrente che scorre attraverso una parte del circuito è proporzionale alla tensione ad essa applicata e inversamente proporzionale alla resistenza.

La cosiddetta 'margherita' grafica, attraverso la quale viene presentato l'intero insieme di variazioni delle formulazioni basate sulla legge di Ohm. Uno strumento comodo per la consultazione tascabile: settore “P” – formule di potenza; settore “U” – formule di tensione; settore “I” – formule di corrente; settore “R” – formule di resistenza

Pertanto, la formula descrive chiaramente la dipendenza del flusso di corrente in una singola parte del circuito elettrico in relazione a determinati valori di tensione e resistenza.

È comodo usare la formula, ad esempio, per calcolare i parametri di una resistenza da saldare in un circuito, se sono dati tensione e corrente.

La legge di Ohm e due conseguenze che ogni elettromeccanico professionista, ingegnere elettrico, elettronico e chiunque lavori con circuiti elettrici deve conoscere. Da sinistra a destra: 1 – definizione di corrente; 2 – definizione di resistenza; 3 – definizione di tensione, dove I – intensità di corrente, U – tensione, R – resistenza

La figura sopra riportata aiuta a determinare, ad esempio, la corrente che attraversa una resistenza da 10 ohm a cui viene applicata una tensione di 12 volt. Sostituendo i valori, troviamo – I = 12 / 10 = 1.2 ampere.

Analogamente si risolvono i problemi di ricerca della resistenza (quando sono noti corrente e tensione) o della tensione (quando sono noti tensione e corrente).

In questo modo si può sempre scegliere la tensione di lavoro richiesta, l'intensità di corrente necessaria e l'elemento resistivo ottimale.

La formula che si propone di utilizzare non richiede di considerare i parametri del generatore di tensione. Tuttavia, un circuito che contiene, ad esempio, una batteria, verrà calcolato con un'altra formula. Nello schema: A – inserimento dell'amperometro; V – inserimento del voltmetro.

Tra l'altro, i fili di collegamento di qualsiasi circuito sono resistenze. L'entità del carico che devono sopportare è determinata dalla tensione.

Di conseguenza, utilizzando ancora la legge di Ohm, diventa possibile una precisa scelta della sezione del conduttore necessaria, in base al materiale del nucleo.

Sul nostro sito è disponibile una guida dettagliata per il calcolo della sezione del cavo in base alla potenza e alla corrente.

Variante di calcolo per il circuito completo

Il circuito completo è costituito da un tratto (o tratti) e inoltre da un generatore di FEM. Cioè, di fatto, al componente resistivo esistente del tratto di circuito si aggiunge la resistenza interna del generatore di FEM.

Pertanto è logico un leggero cambiamento della formula sopra considerata:

I = U / (R + r)

Naturalmente, il valore della resistenza interna della FEM nella legge di Ohm per il circuito elettrico completo può essere considerato trascurabile, sebbene in molti casi questo valore di resistenza dipenda dalla struttura del generatore di FEM.

Tuttavia, nei calcoli di circuiti elettronici complessi, circuiti elettrici con molti conduttori, la presenza di una resistenza aggiuntiva è un fattore importante.

Per i calcoli in condizioni di un circuito elettrico completo, si tiene sempre conto del valore resistivo della sorgente di FEM. Questo valore viene sommato alla resistenza resistiva del circuito elettrico stesso. Nello schema: I – passaggio di corrente; R – elemento resistivo esterno; r – fattore resistivo della FEM (sorgente di energia)

Sia per la sezione di circuito che per l'intero schema, è necessario considerare il punto naturale: l'uso di corrente continua o alternata.

Se i punti sopra menzionati, caratteristici della legge di Ohm, sono stati considerati dal punto di vista dell'uso della corrente continua, con la corrente alternata la situazione è alquanto diversa.

Applicazione della legge a una grandezza variabile

Il concetto di «resistenza» nelle condizioni di passaggio della corrente alternata va considerato più come il concetto di «impedenza».  Qui ci si riferisce alla combinazione di un carico resistivo attivo (Ra) e di un carico formato da un resistore reattivo (Rr).

Fenomeni simili sono determinati dai parametri degli elementi induttivi e dalle leggi di commutazione in relazione alla grandezza variabile della tensione – grandezza sinusoidale della corrente.

Così appare lo schema equivalente del circuito elettrico a corrente alternata per il calcolo utilizzando formulazioni basate sui principi della legge di Ohm: R – componente resistiva; C – componente capacitiva; L – componente induttiva; FEM - sorgente di energia; I - passaggio di corrente

In altre parole, si verifica l'effetto di anticipo (ritardo) dei valori di corrente rispetto ai valori di tensione, che è accompagnato dalla comparsa di potenze attiva (resistiva) e reattiva (induttiva o capacitiva).

Il calcolo di tali fenomeni viene effettuato mediante la formula:

Z = U / I oppure Z = R + J * (X_L – X_C)

dove: Z – impedenza; R – carico attivo; X_L , X_C – carico induttivo e capacitivo; J – coefficiente.

Collegamento in serie e in parallelo degli elementi

Per gli elementi del circuito elettrico (sezione di circuito), il momento caratteristico è il collegamento in serie o in parallelo.

Di conseguenza, ogni tipo di collegamento è accompagnato da una diversa natura del flusso di corrente e dall'applicazione della tensione. A questo proposito, la legge di Ohm viene applicata in modo diverso a seconda della modalità di collegamento degli elementi.

Circuito di elementi resistivi collegati in serie

Per quanto riguarda il collegamento in serie (sezione di circuito con due componenti) si utilizza la formulazione:

• I = I₁ = I₂ ;
• U = U₁ + U₂ ;
• R = R₁ + R₂

Tale formulazione dimostra chiaramente che, indipendentemente dal numero di componenti resistivi collegati in serie, la corrente che scorre nel tratto di circuito non cambia valore.

Collegamento di elementi resistivi in serie tra loro in una sezione del circuito. Per questa configurazione vale una propria legge di calcolo. Nel diagramma: I, I1, I2 – passaggio di corrente; R1, R2 – elementi resistivi; U, U1, U2 – tensione applicata.

Il valore della tensione applicata ai componenti resistivi attivi del circuito è la somma e costituisce nel complesso il valore della sorgente di forza elettromotrice.

Inoltre, la tensione su ogni singolo componente è: Ux = I * Rx.

La resistenza totale va considerata come la somma dei valori nominali di tutti i componenti resistivi del circuito.

Circuito di elementi resistivi collegati in parallelo

Nel caso di collegamento in parallelo di componenti resistivi, la formulazione considerata valida rispetto alla legge del fisico tedesco Ohm è:

• I = I₁ + I₂ … ;
• U = U₁ = U₂ … ;
• 1 / R = 1 / R₁ + 1 / R₂ + …

Non sono esclusi i casi di realizzazione di sezioni di circuito di tipo «misto», in cui si utilizzano collegamenti in parallelo e in serie.

Collegamento di elementi resistivi in parallelo tra loro in una sezione del circuito. Per questa configurazione si applica una propria legge di calcolo. Nel diagramma: I, I1, I2 – passaggio di corrente; R1, R2 – elementi resistivi; U – tensione applicata; A, B – punti di ingresso/uscita

Per queste configurazioni, il calcolo di solito viene effettuato calcolando inizialmente il valore resistivo del collegamento in parallelo. Successivamente, al risultato ottenuto si aggiunge il valore del resistore collegato in serie.

Forme integrale e differenziale della legge

Tutti i suddetti aspetti di calcolo sono applicabili a condizioni in cui nei circuiti elettrici vengono utilizzati conduttori di struttura, per così dire, «omogenea».

Tuttavia, nella pratica spesso ci si imbatte nella realizzazione di schemi in cui la struttura dei conduttori cambia in diverse sezioni. Ad esempio, vengono utilizzati fili di sezione maggiore o, al contrario, minore, realizzati con materiali diversi.

Per tenere conto di tali differenze esiste una variazione, la cosiddetta «legge di Ohm in forma differenziale e integrale». Per un conduttore infinitesimo si calcola il livello di densità di corrente in funzione dell'intensità del campo e del valore della conducibilità specifica.

Per il calcolo differenziale si utilizza la formula: J = ό * E

Per il calcolo integrale, rispettivamente, la formulazione: I * R = φ1 – φ2 + έ

Tuttavia, questi esempi sono più vicini alla matematica superiore e nella pratica reale del semplice elettricista non vengono effettivamente utilizzati.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Un'analisi dettagliata della legge di Ohm nel video qui sotto aiuterà a consolidare definitivamente le conoscenze in questo ambito.

Una video lezione singolare supporta qualitativamente la trattazione teorica scritta:

Il lavoro dell'elettricista o l'attività dell'elettronico sono intrinsecamente legati ai momenti in cui si deve realmente osservare la legge di Georg Ohm in azione. Sono una sorta di verità fondamentali che ogni professionista dovrebbe conoscere.

Non sono richieste conoscenze approfondite su questo argomento – è sufficiente apprendere le tre principali variazioni della formulazione per applicarle con successo nella pratica.

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