Intendiamo mettere a vostra disposizione un'agile guida introduttiva sull'elettronica e sui circuiti, l'obiettivo che ci prefiggiamo è quello di creare un percorso passo-passo che conduca l'utente nel mondo dell'elettronica, consentendo al lettore di apprendere in maniera divertente alcune nozioni fondamentali.
Si cercherà di evitare, per quanto possibile, formule e dettagli eccessivamente tecnici, verrà dato invece spazio alle esperienze replicabili nel vostro laboratorio senza però tralasciare la trattazione delle basi teoriche in chiave divulgativa, cioè alla portata di tutti.
Come primo argomento affronteremo la corrente continua.
Cenni storici
Iniziamo col dire che esistono due principali tipologie di corrente: la corrente continua e la corrente alternata.
Nel 1799 Alessandro Volta inventò il primo generatore elettrico, ovvero la pila, che rende disponibile una tensione e di conseguenza corrente continua, seguirono poi le dinamo (che tutti utilizzavamo per ottenere energia elettrica per i fari delle biciclette sino a qualche anno fa. In realtà questi ultimi sono da considerarsi alternatori e non sono quindi delle vere dinamo, ma a livello esplicativo immaginateli come tali). Le dinamo sono macchine concepite per trasformare un lavoro meccanico (come a esempio la pedalata, nel caso della bicicletta) in energia elettrica, sotto forma di corrente continua.
Nel 1880 Thomas Edison brevettò il primo sistema di distribuzione di energia elettrica per la corrente continua. Il grande vantaggio della corrente continua è di essere accumulabile tramite batterie per poi, successivamente, essere redistribuita. Principale svantaggio invece, sono le perdite di energia sulle lunghe distanze. Qui entrò in gioco Nikola Tesla che nel 1887 costruì il primo motore senza attrito a induzione per corrente alternata. Fu una grande rivoluzione e da lì a poco cominciò una vera e propria battaglia per decidere quale sarebbe stata la corrente che avrebbe illuminato il mondo. La corrente alternata aveva però un grande vantaggio rispetto alla sua concorrente: molta meno dispersione energetica sulle lunghe distanze, questo grazie alla sua capacità di aumentare la tensione elettrica. Alla fine la corrente alternata prevalse e tutt'oggi viene utilizzata nelle nostre case, per illuminare le strade e per una infinità di utilizzi.
In Europa, come nella gran parte dei paesi del mondo, per gli elettrodomestici più diffusi utilizziamo una corrente a 220-240v a una frequenza di 50Hz, mentre negli Stati uniti e in Giappone Occidentale utilizzano una corrente a 110-117v ad una frequenza di 60Hz.
In elettronica, però, la corrente continua viene utilizzata ancora massicciamente ed è per questo che si è deciso di partire da quest'ultima. Per comprendere meglio l'ultima affermazione sappiate che viene utilizzata in tutte le apparecchiature alimentate a batteria nonché nelle centraline delle automobili ma, volendo, si potrebbero trovare molti altri esempi.
Come funziona la corrente continua
La corrente continua è una tipologia di corrente che possiamo definire circolatoria, nella quale cioè gli elettroni viaggiano sempre nella stessa direzione all'interno del circuito, senza mai fermarsi sino a quando sarà attivo il generatore elettrico.
Al contrario della corrente alternata, in quella continua è di fondamentale importanza rispettarne la polarità, ovvero il verso in cui circola la corrente, infatti qualsiasi generatore elettrico (come a esempio le classiche pile stilo) è dotato di due poli: un polo positivo, rappresentato con il segno "+" o con il colore rosso e un polo negativo rappresentato con il segno "-" o con il colore nero.
La corrente continua ha un'intensità di corrente (quantità di carica) che resta costante, al contrario della corrente alternata, nella quale la polarità si inverte incessantemente in un modo che può essere rappresentato da un'onda sinusoidale.
Grazie a questa caratteristica la corrente continua è particolarmente adatta alla realizzazione di alcuni circuiti.
Vediamo, quindi, come funziona uno tra i più semplici circuiti elettrici.
Primo circuito elettrico
Quale esempio iniziale si è scelto di costruire un circuito veramente semplice composto da un generatore elettrico, ovvero una normalissima pila ministilo da 1,5v, e un utilizzatore, in questo caso rappresentato da una lampadina.
Come si può notare la corrente circola nella stessa direzione in tutto il circuito percorrendo un loop. La corrente parte dal polo positivo, ovvero quello con il potenziale elettrico più alto, e termina il percorso quando gli elettroni toccano il polo negativo, poi riparte dal polo positivo e cosi via. Una piccola precisazione è però obbligatoria: in realtà gli elettroni funzionano esattamente nella maniera opposta, ovvero circolano dal polo negativo a quello positivo (in pratica girano nel senso contrario a quello dello sketch del circuito). Lo sketch è concepito in ossequio alla convenzione infatti, storicamente, è stato adottato il verso orario al fine di rappresentare la direzione della corrente. In questa guida i circuiti verranno sempre rappresentati secondo la convenzione.
Nella foto sottostante si può vedere invece una reale applicazione del circuito. Sono state utilizzate delle pile stilo come generatore di corrente poi collegate a una piccola lampadina (tipo quella delle auto) da 4,8v, tramite cavetti elettrici. Rispettando le polarità del generatore e dell'utilizzatore si è quindi creato un circuito a corrente continua che in questo caso manterrà accesa la lampadina sino a quando la batteria erogherà energia sufficiente. Per chi volesse provare a realizzare questo semplice circuito è necessario ricordare, nel caso in cui si optasse per una soluzione che preveda saldature, di non tentare la saldatura dei cavi direttamente sulla pila. Esiste il rischio di far esplodere la batteria. E' consigliabile, invece, collegare a mano i cavetti e tenerli in posizione sui due poli della ministilo, in modo da testare il circuito appena realizzato.
Conclusioni
Nella prossima lezione si parlerà ancora di corrente continua. Presenteremo, inoltre, la Legge di Ohm che a sua volta ci condurrà alla scoperta di un elemento elettronico presente in quasi tutti i circuiti: la resistenza.
