La legge di Ohm

La legge più importante che riguarda l’elettrotecnica è sicuramente la legge di “Ohm”. La base da cui partire per qualsiasi persona che voglia iniziare a studiare il fantastico mondo dell’elettronica. Questa legge esprime le relazioni che legano tra di loro queste tre grandezze fondamentali:

tensione (V), corrente (I), resistenza (R).

La formula, ideata dal fisico matematico Georg Ohm (1789-1854), esprime il legame tra tensione e intensità di corrente, individuando un terzo elemento legato al loro rapporto: la resistenza.

PRIMA LEGGE DI OHM

I = V / R

In un filo conduttore l’intensità di corrente (I) è direttamente proporzionale alla tensione (V) ed inversamente proporzionale alla resistenza (R). Quindi:

la corrente aumenta all'aumentare della tensione o al diminuire della resistenza del circuito.
La corrente diminuisce se diminuisce la tensione o aumenta la resistenza del circuito.

Grazie a questa formula possiamo ricavarci anche gli altri valori utilizzando le formule inverse:

V = R * I oppure: R = V / I

Ma cosa sono queste grandezze chiamate Tensione, Corrente e Resistenza?

V (tensione, misurata in Volt): indica la differenza di potenziale tra due punti di un circuito elettrico e può essere espressa come la pressione che attiva il flusso di elettroni nel circuito;

R (resistenza, misurata in Ohm): indica la resistenza che la corrente incontra percorrendo un conduttore. Più è alta la resistenza, maggiore sarà la difficoltà per gli elettroni di attraversare quel determinato conduttore. Questo valore dipende da più fattori, quali la natura del materiale, dalla sua sezione (maggiore sezione = minor resistenza), dalla sua lunghezza (maggior lunghezza = maggior resistenza), dalla temperatura.

I (corrente, misurata in Ampere): indica la portata del flusso di elettroni in un circuito.

Esempio: Si conoscono i valori di tensione (V) e resistenza (R), come calcolo la Corrente nel circuito?

I = V / R = 12 V/6 Ω = 2 A

SECONDA LEGGE DI OHM

Qualsiasi filo conduttore ha una lunghezza l e una sezione S. Ohm scoprì che la resistenza di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sezione (o meglio, all’ area della sezione trasversale).

Ovvero:

dove:

p: è il coefficiente di resistività che dipende dal materiale del filo e dalla sua temperatura, si misura in ohm per metri (Ω m);

l: è la lunghezza del conduttore;

S: è la sezione espressa in m².

da cui:

Le due leggi di Ohm valgono per la maggior parte dei corpi solidi e ci permettono di capire se un materiale è un buon isolante o un buon conduttore.

I materiali con caratteristiche intermedie invece vengono definiti semiconduttori.

Per fare qualche esempio:

• resistività ARGENTO: 1,62 x 10⁻⁸ Ωm
• resistività RAME: 1,68 x 10⁻⁸ Ωm
• resistività ORO: 2,35 x 10⁻⁸ Ωm
• resistività ALLUMINIO: 2,75 x 10⁻⁸ Ωm
• resistività FERRO: 10,04 x 10⁻⁸ Ωm
• resistività SILICIO: 6,25 x 10⁴ Ωm (Uno dei semiconduttori maggiormente usati per i componenti elettronici)

Resistività e temperatura

La resistività p ha una forte dipendenza dalla temperatura a cui si trova il materiale. Solitamente viene indicata per una temperatura di 20°C. Ma come varia con il variare della temperatura? Si può calcolare con la seguente formula:

Dove:

p è la resistività;

p₀= la resistività misurata alla temperatura di riferimento T_0;

α=coefficiente termico del materiale in questione;

• se il coefficiente di temperatura è positivo la resistenza aumenta all’ aumentare della temperatura;
• se il coefficiente di temperatura è negativo la resistenza diminuisce al diminuire della temperatura;
• Nei resistori si cerca un coefficiente basso in modo tale da contenere le variazioni di resistenza.

Esempio:

Se volessimo calcolare la resistenza elettrica di un cavo in rame lungo 20 m, che abbia una sezione di 4 mm², alla temperatura di 20°C con un ρ20 = 0,0175 Ω∙mm²/m il valore sarà: