Corrente elettrica: Cos'è?

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Campo: Elettricità di base

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Cos'è la Corrente Elettrica?

La corrente elettrica è definita come un flusso di particelle cariche—come elettroni o ioni—che si muovono attraverso un conduttore elettrico o spazio. È il tasso di flusso della carica elettrica attraverso un mezzo conduttivo rispetto al tempo. La corrente elettrica è espressa matematicamente (ad esempio, nelle formule) utilizzando il simbolo “I” o “i”. L'unità di misura della corrente è l'ampere, rappresentato da A.

Matematicamente, il tasso di flusso della carica rispetto al tempo può essere espresso come,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

In altre parole, un flusso di particelle cariche che si muove attraverso un conduttore elettrico o spazio è noto come corrente elettrica. Le particelle cariche in movimento sono chiamate portatori di carica, che possono essere elettroni, buchi, ioni, ecc.

Il flusso della corrente dipende dal mezzo conduttivo. Ad esempio:

Nel conduttore, il flusso della corrente è dovuto agli elettroni.
Negli semiconduttori, il flusso della corrente è dovuto agli elettroni o ai buchi.
Nell'elettrolita, il flusso della corrente è dovuto agli ioni e
Nel plasma—un gas ionizzato, il flusso della corrente è dovuto agli ioni ed elettroni.

Quando una differenza di potenziale elettrico viene applicata tra due punti in un mezzo conduttivo, una corrente elettrica inizia a fluire dal punto di potenziale più alto a quello di potenziale più basso. Più alta è la tensione o differenza di potenziale, maggiore sarà la corrente che fluisce tra i due punti.

Se due punti in un circuito sono allo stesso potenziale, allora la corrente non può fluire. La magnitudine della corrente dipende dalla tensione o differenza di potenziale tra i due punti. Pertanto, possiamo dire che la corrente è l'effetto della tensione.

La corrente elettrica può produrre campi elettromagnetici, utilizzati in induttori, trasformatori, generatori e motori. Nei conduttori elettrici, la corrente causa il riscaldamento resistivo o riscaldamento joule che produce luce in una lampada incandescente.

Una corrente elettrica variabile nel tempo produce onde elettromagnetiche, utilizzate nelle telecomunicazioni per trasmettere dati.

Corrente AC vs DC

In base al flusso di carica, la corrente elettrica è classificata in due tipi, cioè corrente alternata (CA) e corrente continua (CC).

Corrente Alternata (CA)

Il flusso di carica elettrica in direzione periodicamente invertita è noto come corrente alternata (CA). La CA è anche chiamata "corrente CA". Anche se tecnicamente si sta dicendo la stessa cosa due volte "corrente CA Corrente".

Una corrente alternata cambia la sua direzione a intervalli periodici.

La corrente alternata parte da zero, aumenta fino a un massimo, diminuisce fino a zero, poi si inverte e raggiunge un massimo nella direzione opposta, quindi torna al valore originale e ripete questo ciclo all'infinito.

Il tipo di forma d'onda della corrente alternata può essere sinusoide, triangolare, quadrata, a dente di sega, ecc.

La particolarità della forma d'onda non ha importanza, basta che sia una forma d'onda ripetitiva.

Tuttavia, nei circuiti elettrici più comuni, la forma d'onda tipica della corrente alternata è una sinusoide. Una tipica forma d'onda sinusoidale che potresti vedere come corrente alternata è mostrata nell'immagine sottostante.

Un alternatore può generare una corrente alternata. L'alternatore è un tipo speciale di generatore elettrico progettato per generare corrente alternata.

La corrente elettrica alternata è ampiamente utilizzata in applicazioni industriali e residenziali.

Corrente continua

Il flusso di carica elettrica in una sola direzione è noto come corrente continua (CC). La CC è anche chiamata "corrente continua". Anche se tecnicamente si sta dicendo la stessa cosa due volte "Corrente Continua Corrente".

Poiché la CC scorre solo in una direzione, viene anche definita corrente unidirezionale. Un'onda di corrente continua è mostrata nell'immagine sottostante.

La CC può essere generata da batterie, celle fotovoltaiche, celle a combustibile, termocoppie, generatori elettrici a commutatore, ecc. Una corrente alternata può essere convertita in corrente continua utilizzando un raddrizzatore.

L'energia elettrica continua è generalmente utilizzata in applicazioni a bassa tensione. La maggior parte dei circuiti elettronici richiede un alimentatore a corrente continua.

In che unità di misura si esprime la corrente elettrica (unità di corrente)?

L'unità SI per la corrente è l'ampere o amp. Questo è rappresentato da A. Ampere, o amp, è l'unità base SI di corrente elettrica. L'unità ampere è intitolata al grande fisico André-Marie Ampère.

Nel sistema SI, 1 ampere è il flusso di carica elettrica tra due punti alla velocità di un coulomb al secondo. Quindi,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Pertanto la corrente è misurata anche in coulomb al secondo o C/S.

Formula della Corrente Elettrica

Le formule di base per la corrente sono:

La relazione tra Corrente, Tensione e Resistenza (Legge di Ohm)
La relazione tra Corrente, Potenza e Tensione
La relazione tra Corrente, Potenza e Resistenza

Queste relazioni sono riassunte nell'immagine sottostante.

Formula della Corrente 1 (Legge di Ohm)

Secondo la legge di Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Quindi,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Esempio

Come mostrato nel circuito sottostante, una tensione di alimentazione di $24\,\,V$ è applicata alla resistenza di $12\,\,\Omega$ . Determinare la corrente che scorre attraverso il resistore.

Soluzione:

Dati forniti: $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Secondo la legge di Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Quindi, utilizzando l'equazione, otteniamo che la corrente che scorre attraverso il resistore è $2\,\,A$ .

Formula della Corrente 2 (Potenza e Tensione)

La potenza trasferita è il prodotto della tensione di alimentazione e della corrente elettrica.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Quindi, otteniamo che la corrente è uguale alla potenza divisa per la tensione. Matematicamente,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Dove $A$ rappresenta ampere o amps (le unità di misura della corrente elettrica).

Esempio

Come mostrato nel circuito sottostante, una tensione di alimentazione di $24\,\,V$ viene applicata a una lampada da $48\,\,W$ . Determinare la corrente assorbita dalla lampada da $48\,\,W$ .Soluzione:

Dati forniti: $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Secondo la formula,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Quindi, utilizzando l'equazione sopra, otteniamo che la corrente assorbita dalla lampada da $48\,\,W$ è pari a $2\,\,A$ .

Formula della Corrente 3 (Potenza e Resistenza, Perdita Ohmica, Riscaldamento Resistivo)

Sappiamo che, $P = V * I$

Ora, sostituendo la legge di Ohm $V = I * R$ nell'equazione sopra, otteniamo,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Quindi, la corrente è la radice quadrata del rapporto tra potenza e resistenza. Matematicamente, la formula per questo è uguale a:

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Esempio

Come mostrato nel circuito sottostante, determinare la corrente assorbita da $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampada

Soluzione:

Dati forniti: $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Secondo la relazione tra corrente, potenza e resistenza mostrata sopra:

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Quindi, utilizzando l'equazione, otteniamo che la corrente assorbita da una lampada di $100\,\,W$ , con resistenza di $20\,\,\Omega$ è $2.24\,\,A$ .

Dimensioni della Corrente

Le dimensioni della corrente in termini di massa (M), lunghezza (L), tempo (T) e ampere (A) sono date da $M^0L^0T^-^1Q$ .

La corrente (I) è una rappresentazione del coulomb al secondo. Quindi,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Corrente convenzionale vs flusso degli elettroni

Esiste una leggera fraintendimento riguardo al flusso della corrente convenzionale e al flusso degli elettroni. Cerchiamo di capire la differenza tra i due.

Le particelle che trasportano la carica elettrica attraverso i conduttori sono elettroni mobili o liberi. La direzione del campo elettrico all'interno di un circuito, per definizione, è la legge secondo cui le cariche positive di prova vengono spinte. Pertanto, queste particelle di carica negativa, cioè gli elettroni, fluiscono in direzione opposta al campo elettrico.

Secondo la teoria degli elettroni, quando si applica una tensione o differenza di potenziale attraverso il conduttore, le particelle cariche fluiscono attraverso il circuito, costituendo una corrente elettrica.

Queste particelle cariche fluiscono da un potenziale più alto a un potenziale più basso, cioè dal terminale positivo alla batteria al terminale negativo attraverso un circuito esterno.

Ma, in un conduttore metallico, le particelle cariche positive sono tenute in posizione fissa, mentre le particelle cariche negative, cioè gli elettroni, sono libere di muoversi. Nei semiconduttori, il flusso delle particelle cariche può essere positivo o negativo.

Un flusso di portatori di carica positivi e negativi in direzioni opposte ha lo stesso effetto nel circuito elettrico. Poiché il flusso di corrente è dovuto a cariche positive o negative, o entrambe, è necessaria una convenzione per la direzione della corrente indipendente dai tipi di portatori di carica.

La direzione della corrente convenzionale è considerata la direzione in cui fluiscono i portatori di carica positiva, cioè da un potenziale più alto a uno più basso. Pertanto, i portatori di carica negativa, cioè gli elettroni, fluiscono nella direzione opposta al flusso della corrente convenzionale, cioè da un potenziale più basso a uno più alto. Quindi, la corrente convenzionale e il flusso degli elettroni vanno in direzioni opposte, come mostrato nell'immagine sottostante.

direzione della corrente convenzionale e del flusso degli elettroni — La Direzione della Corrente Convenzionale e del Flusso degli Elettroni

Corrente convenzionale: Il flusso dei portatori di carica positivi dal terminale positivo al terminale negativo della batteria è noto come corrente convenzionale.
Flusso elettronico: Il flusso degli elettroni è chiamato corrente elettronica. Il flusso dei portatori di carica negativi, ovvero gli elettroni, dal terminale negativo al terminale positivo della batteria è noto come flusso elettronico. Il flusso elettronico è l'opposto del flusso della corrente convenzionale.

La direzione della corrente convenzionale e del flusso elettronico è mostrata nell'immagine sottostante.

Flusso della corrente convenzionale e flusso elettronico

Corrente convettiva vs Corrente di conduzione

Corrente convettiva

Una corrente convettiva si riferisce al flusso di corrente attraverso un mezzo isolante come un liquido, un gas o il vuoto.

La corrente convettiva non richiede conduttori per fluire; pertanto, non soddisfa la legge di Ohm. Un esempio di corrente convettiva è un tubo al vuoto in cui gli elettroni emessi dalla catodica fluiscono verso l'anodica in un vuoto.

Corrente di conduzione

La corrente che fluisce attraverso qualsiasi conduttore è nota come corrente di conduzione. La corrente di conduzione richiede un conduttore per fluire; pertanto, soddisfa la legge di Ohm.

Corrente di spostamento

Consideriamo un resistore e un condensatore connessi in parallelo con una sorgente di tensione V come mostrato nella figura sottostante. La natura del flusso di corrente attraverso il condensatore è diversa da quella attraverso il resistore.

La tensione o differenza di potenziale attraverso il resistore produce un flusso continuo di corrente che è dato dall'equazione,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Questa corrente è chiamata “corrente di conduzione.”

Ora, la corrente fluisce attraverso il condensatore solo quando la tensione sul condensatore cambia, come dato dall'equazione,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Questa corrente è chiamata “corrente di spostamento.”

Fisicamente, la corrente di spostamento non è una corrente nel senso che non c'è un flusso di una quantità fisica come il flusso di cariche.

Come Misurare la Corrente

Nel circuito elettrico ed elettronico, la misurazione della corrente è un parametro essenziale che deve essere misurato.

Uno strumento che può misurare la corrente elettrica è chiamato amperometro. Per misurare la corrente, l'amperometro deve essere collegato in serie con il circuito la cui corrente deve essere misurata.

La misurazione della corrente attraverso il resistore utilizzando un amperometro è mostrata nella figura sottostante.

Misurazione di una Corrente con un Amperometro

La corrente elettrica può anche essere misurata utilizzando un galvanometro. Il galvanometro fornisce sia la direzione che l'entità della corrente elettrica.

La corrente può essere misurata rilevando il campo magnetico associato alla corrente senza interrompere il circuito. Esistono vari strumenti utilizzati per misurare la corrente senza interrompere il circuito.

Transduttori di corrente a effetto Hall
Trasformatore di corrente (CT) (misura solo la corrente alternata)
Ammetri a morsetto
Resistenze shunt
Sensore di campo magnetoresistivo

Domande comuni sulla corrente

Esaminiamo alcune domande comuni relative alla corrente elettrica.

Cosa utilizza un elettromagnete per misurare la corrente elettrica?

Un galvanometro è uno strumento di misura che utilizza un elettromagnete per misurare la corrente elettrica.

Un galvanometro è uno strumento assoluto; misura la corrente elettrica in termini di tangente dell'angolo di deflessione.

Un galvanometro può misurare direttamente la corrente elettrica, ma ciò comporta l'interruzione del circuito; pertanto, a volte, risulta scomodo.

Come una corrente elettrica produce una forza magnetica?

Un conduttore portatore di corrente posizionato in un campo magnetico subirà una forza poiché la corrente non è altro che il flusso di cariche.

Consideriamo un conduttore portatore di corrente con corrente che scorre attraverso di esso, come mostrato nella figura (a) sottostante. Secondo la regola della mano destra di Fleming; questa corrente produrrà un campo magnetico in senso orario.

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Forza magnetica prodotta da una corrente elettrica

Il risultato del campo magnetico del conduttore è che esso spingerà il campo magnetico sopra il conduttore e lo indebolirà al di sotto.

Le linee di campo sono simili a elastici tesi; pertanto, spingeranno il conduttore in direzione discendente, ovvero la forza è verso il basso, come mostrato nella figura (b).

Questo esempio afferma che un conduttore portatore di corrente in un campo magnetico sperimenta una forza. La seguente equazione determina l'entità della forza magnetica su un conduttore portatore di corrente.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Per far fluire una corrente elettrica, è necessario avere

Per far fluire una corrente elettrica, è necessario avere quanto segue:

Una differenza di potenziale che esiste tra due punti. Se i due punti in un circuito sono allo stesso potenziale, la corrente non può fluire.
Una fonte di tensione o fonte di corrente, come una batteria o una pila che forza gli elettroni liberi che costituiscono una corrente elettrica.
Un conduttore o un filo che trasporta cariche elettriche.
Il circuito deve essere chiuso o completo. Se i circuiti sono aperti, la corrente non può fluire.

Queste sono le condizioni necessarie per far fluire una corrente elettrica. L'immagine sottostante mostra una corrente che passa in un circuito chiuso.

Quale descrive meglio la differenza tra corrente elettrica ed elettricità statica

La principale differenza tra corrente elettrica ed elettricità statica è che gli elettroni o le cariche fluiscono attraverso il conduttore in una corrente elettrica.

Mentre, nell'elettricità statica, le cariche sono a riposo e accumulate sulla superficie del materiale.

La corrente elettrica è dovuta al flusso degli elettroni, mentre l'elettricità statica è dovuta alle cariche negative che passano da un oggetto all'altro.

La corrente elettrica si genera solo nel conduttore, mentre l'elettricità statica si genera sia nei conduttori che negli isolanti.

Come influisce una corrente elettrica su un polo magnetico?

Sappiamo che quando una corrente elettrica fluisce, cioè una carica elettrica è in movimento, produce un campo magnetico. Se manteniamo un magnete in un campo magnetico, esso sperimenta una forza.

Per le cariche elettriche, ovvero la corrente elettrica, i poli magnetici simili si attraggono e quelli opposti si respingono. Quindi, possiamo dire che la corrente elettrica influenza il polo magnetico attraverso il campo magnetico.

Quale strumento viene utilizzato per misurare la corrente elettrica

Uno strumento che può misurare la corrente elettrica è chiamato amperometro. L'amperometro deve essere collegato in serie con il circuito la cui corrente deve essere misurata.

Altri vari strumenti vengono utilizzati per misurare la corrente elettrica.

Sensori trasduttori a effetto Hall
Trasformatore di corrente (CT) (Misura solo CA)
Misuratori a morsa
Resistenze shunt
Sensori di campo magnetoresistivi

Fonte: Electrical4u

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