Grandezze elettriche: tensione, intensità e resistenza

Il telecomando della TV funziona con due pile su cui è stampato $1,5\ \text{V}$. Quale grandezza elettrica indica quel numero? Spiega con parole tue che cosa ci dice sulla «spinta» che la pila dà alle cariche del circuito.

Ordina queste pile dalla maggiore alla minore «spinta» sulle cariche: la pila da $9\ \text{V}$ di un rilevatore di fumo, quella da $4,5\ \text{V}$ di una vecchia torcia e quella da $1,5\ \text{V}$ di un orologio da parete. Quale grandezza hai confrontato per ordinarle?

La tensione delle prese di casa è di $230\ \text{V}$ e quella di una pila a bottone è di $3\ \text{V}$.

1. a) Quale grandezza stiamo confrontando?
2. b) Spiega, usando l'idea di «spinta» sulle cariche, perché la rete elettrica è pericolosa e una pila a bottone no.
3. c) Il corpo umano oppone una certa resistenza al passaggio della corrente. Con questa idea, ragiona su che cosa accadrà se la tensione che tocchiamo è molto maggiore.

Quale grandezza elettrica indica la quantità di carica che attraversa un filo ogni secondo? In quale unità si misura nel Sistema Internazionale?

Il manuale di un drone giocattolo indica che i suoi motori assorbono $500\ \text{mA}$.

1. a) Esprimi questa intensità in ampere.
2. b) Assorbe più o meno corrente di una lampadina attraversata da $0,6\ \text{A}$?

Un ventilatore portatile ha quattro pile da $1,5\ \text{V}$ messe una dopo l'altra, come mostra la figura, e l'insieme fornisce $6\ \text{V}$.

1. a) Quale grandezza si somma collegando le pile in questo modo?
2. b) Spiega questo risultato immaginando più pompe d'acqua collocate una dopo l'altra nella stessa tubatura.
3. c) Quale tensione darebbe l'insieme se togliessimo una delle pile?

Tutti gli elementi di un circuito ostacolano più o meno il passaggio della corrente. Quale grandezza misura questa difficoltà? In quale unità si esprime?

Nell'analogia idraulica, un circuito elettrico assomiglia a un circuito d'acqua con un serbatoio sopraelevato e delle tubature, come mostra la figura.

Indica a quale grandezza elettrica corrisponde ciascun elemento:

1. a) L'altezza a cui si trova il serbatoio.
2. b) La portata d'acqua che circola nella tubatura.
3. c) Il restringimento della tubatura.

In un tubo largo e corto l'acqua scorre con facilità; in uno stretto e lungo fa molta più fatica.

1. a) Quale dei due offre più resistenza al passaggio dell'acqua?
2. b) Trasferisci l'idea a due fili di rame, uno corto e spesso e l'altro lungo e sottile: in quale scorrerà meglio la corrente? Giustificalo.

Colleghiamo separatamente alla stessa pila, con una lampadina, una barretta di rame e una mina di matita (grafite) della stessa dimensione: con il rame la lampadina brilla chiaramente di più.

1. a) Quale dei due materiali ha più resistenza? Come lo sai?
2. b) Diresti che la grafite è conduttore o isolante? Giustificalo con quanto osservato.
3. c) Proponi un motivo per cui le guaine dei fili sono di plastica e non di grafite.

Associa ogni grandezza elettrica alla sua unità e scrivi le tre coppie complete:

1. a) Tensione.
2. b) Intensità.
3. c) Resistenza.

Unità: ohm ($\Omega$), volt ($\text{V}$) e ampere ($\text{A}$).

Completa la frase con le parole mancanti: «La tensione si misura in $\dots$, l'intensità in $\dots$ e la resistenza in $\dots$». Scrivi poi il simbolo di ciascuna unità.

In laboratorio ci sono tre resistenze etichettate come $2\ \text{k}\Omega$, $2200\ \Omega$ e $2,5\cdot10^{3}\ \Omega$.

1. a) Esprimi i tre valori in ohm.
2. b) Ordinale dalla minore alla maggiore resistenza.

Queste frasi di una verifica contengono errori di unità. Correggi ciascuna e giustifica la correzione:

1. a) «La pila ha un'intensità di $1,5\ \text{V}$».
2. b) «Nella lampadina passa una tensione di $0,3\ \text{A}$».
3. c) «La resistenza di questo filo è di $10\ \text{V}$».

In laboratorio usiamo uno strumento che può misurare tensione, intensità e resistenza a seconda della posizione della sua manopola.

1. a) Come si chiama?
2. b) Quale unità sceglieresti con la manopola per controllare la pila da $4,5\ \text{V}$ di un giocattolo?

Osserva il circuito della figura, con le due possibili posizioni (A e B) del multimetro.

Per misurare la tensione ai capi di una lampadina collegata a una pila, dove colleghiamo i due puntali del multimetro: toccando i due estremi della lampadina o tagliando un filo e inserendo lo strumento nel circuito? Spiega che cosa misura il multimetro in ciascuna posizione.

Vogliamo misurare la corrente che attraversa una lampadina in un circuito con pila, come quello della figura, che mostra due possibili posizioni (A e B) dello strumento.

1. a) Dove bisogna collegare l'amperometro?
2. b) Spiega perché non basta toccare semplicemente i due estremi della lampadina con i puntali.

Osserva nella figura come si collegano l'amperometro e il voltmetro.

L'amperometro si collega inserendolo nel circuito, in modo che tutta la corrente passi attraverso di esso.

1. a) Ragiona se la sua resistenza interna deve essere molto grande o molto piccola, pensando a ciò che accadrebbe alla corrente che vogliamo misurare.
2. b) Il voltmetro, invece, si collega toccando i due estremi dell'elemento. Ragiona se a questo conviene avere una resistenza interna grande o piccola, pensando a quale percorso preferirà seguire la corrente.

Un tubo da giardino è collegato a un serbatoio d'acqua sopraelevato, come mostra la figura.

1. a) Se alziamo il serbatoio a un'altezza maggiore, che cosa succede alla portata in uscita dal tubo?
2. b) Trasferisci la risposta a un circuito: quale grandezza elettrica rappresenta l'altezza del serbatoio e che cosa succede alla corrente se aumenta?
3. c) Se ora restringiamo il tubo, che cosa succede alla portata? A che cosa corrisponde nel circuito?

Vogliamo misurare con il multimetro la resistenza di una lampadina scollegata dal circuito.

1. a) Quale unità selezioniamo con la manopola dello strumento?
2. b) Se il multimetro segna $10\ \Omega$, spiega che cosa significa quel valore.

Misurando con il multimetro una pila di un telecomando che dovrebbe dare $1,5\ \text{V}$, lo strumento segna $1,2\ \text{V}$.

1. a) Quale grandezza abbiamo misurato e in quale unità?
2. b) Che cosa pensi sia successo alla pila? La continueresti a usare in un apparecchio che richiede molta spinta?

Montiamo un circuito con una pila, dei fili e una lampadina.

1. a) Costruisci l'analogia idraulica completa: indica che cosa rappresentano, in un circuito d'acqua con pompa, la pila, i fili, la lampadina e la corrente.
2. b) Usando l'analogia, prevedi che cosa succede alla luminosità della lampadina se passiamo a una pila di tensione maggiore.
3. c) E se aggiungiamo una seconda lampadina che «restringe» ancora di più il passaggio?

Hai a disposizione una pila, una lampadina, dei fili e un multimetro. Descrivi passo per passo come misureresti:

1. a) La tensione che la pila applica alla lampadina.
2. b) L'intensità che la attraversa.
3. c) Spiega perché in un caso lo strumento si colloca toccando gli estremi della lampadina e nell'altro inserito nel circuito.

In un montaggio di laboratorio, Luca sostituisce il filo spesso con un filo di rame molto sottile e lungo, e osserva che la lampadina brilla meno.

1. a) Quale grandezza del nuovo filo è cambiata rispetto al precedente?
2. b) Spiega con l'analogia idraulica perché la lampadina brilla meno.
3. c) Prevedi che cosa sarà successo alla misura dell'amperometro del circuito: segna di più, di meno o lo stesso valore?