IL CAMPO ELETTRICO

Come detto in precedenza il moto di elettroni all’interno di un corpo conduttore è provocato da forze elettriche di attrazione e di repulsione.

Queste forze elettriche sono meglio definite come CAMPO ELETTRICO.

Collegando come in figura due piastre metalliche ai poli di una batteria si avrà che la piastra collegata al polo negativo sarà “invasa” di elettroni, mentre quella collegata al polo positivo sarà “svuotata” di elettroni.

Il risultato è che tra le due piastre così caricate si è creato un CAMPO ELETTRICO.

Il campo elettrico è un fenomeno che si manifesta nello spazio ed è in grado di indurre una forza su una carica elettrica posta al suo interno.

Ciò vuol dire che ponendo un elettrone nello spazio tra le due piastre questo sarebbe attratto dalla piastra carica positivamente e respinto da quella carica negativamente.

IL CONDENSATORE

Il condensatore elettrico è costituito dall’insieme di due corpi metallici normalmente di forma a piastre piane.

Essi vengono detti armature; la distanza che li separa si chiama dielettrico.

Caratteristica essenziale di un condensatore è la sua capacità, indicata con il simbolo C e viene misurata in farad [F].

Applicando un condensatore ad un generatore in un circuito elettrico, si ha un movimento di elettroni, che non potrà manifestarsi a causa del dielettrico interposto fra le armature dello stesso.

Di conseguenza l’armatura del condensatore collegata al polo negativo del generatore si caricherà di elettroni, mentre l’armatura opposta (positiva) perderà elettroni e di conseguenza si caricherà positivamente

Nel condensatore si produrrà quindi una differenza di potenziale (d.d.p.) che aumenterà fino a raggiungere il valore della forza elettromotrice del generatore (f.e.m.), mentre l’intensità di corrente I, che percorre il circuito, avrà il valore massimo nell’istante di chiusura dell’interruttore, e successivamente decrescerà fino ad annullarsi completamente.

Avvenuto tutto il processo descritto, il condensatore sarà carico.

Il tempo nel quale si contempla la carica di un condensatore è tanto più elevato quanto è maggiore è la sua capacità e quanto maggiore è la resistenza del circuito di carica. Il prodotto R x C prende il nome di costante di tempo e la carica può considerarsi conclusa in un tempo pari a 5 volte R x C.

CONDENSATORI ELETTROLITICI

Questo tipo di condensatore è composto da una piastra costituita da un foglio di alluminio sul quale è distribuito un composto elettrolitico che funge da seconda piastra. Tra il foglio di alluminio e l’elettrolita si forma una patina di ossido di alluminio che funge da dielettrico.

Naturalmente perché questo ossido si formi correttamente il condensatore deve essere caricato secondo una polarità ben precisa che è ben evidenziata sul contenitore esterno.

RESISTORI A SEMICONDUTTORE

TERMISTORI (Sensori NTC e PTC)

La particolare termosensibilità di alcuni materiali semiconduttori ha permesso l’ampio utilizzo in ambito industriale come sensori per il rilevamento della temperatura; per questo tali sensori sono anche detti termistori.

Il comportamento in esercizio di un termistore dipende essenzialmente dal modo con il quale viene riscaldato: dalla corrente che lo attraversa (riscaldamento diretto) o dalla temperatura ambiente (riscaldamento indiretto).Esistono due tipi di termistori: NTC (Negative Temperature Coefficient) e PTC (Positive Temperature Coefficient).

Nei sensori NTC il valore della resistenza elettrica si riconosce come coeficente termico di resistenza negativo, in quanto diminuisce con l’aumentare della temperatura. Essi sono composti da miscele di polveri di ossidi metallici pressati e sinterizzati.

Diagramma caratteristico di un termistore NTC:

Nei sensori PTC il valore della resistenza elettrica aumenta con l’aumentare della temperatura. Il campo di lavoro di questi sensori è abbastanza limitato e quindi non li rende adatti ad impieghi come sensori di temperatura per circuiti elettronici.

Questi sensori a riscaldamento diretto sono percorsi da una forte corrente (di carico) che li riscalda diversamente a seconda della sua intensità e provoca conseguenti variazioni di resistenza; si possono così utilizzare come limitatori di corrente ed interruttori temporizzati.

Diagramma caratteristico di un termistore PTC:

REOSTATO

Per regolare la corrente o la tensione in un circuito elettrico si fa uso di resistori variabili, che sono generalmente costituiti da un filo metallico avvolto a spirale su un supporto isolante.
Sul filo striscia una spazzola, che fa capo ad uno dei morsetti del resistore e che è spostabile per mezzo di una manopola.
Se il resistore variabile è collegato in serie agli elementi di un circuito elettrico (vedi figura) prende il nome di reostato e consente di variare la corrente del circuito in cui è inserito.
A reostato inserito, fra i punti A ingresso corrente e C cursore, uscirà una corrente controllata:

Con il cursore completamente a sinistra si avrà una resistenza quasi pari a zero.
Spostando il cursore verso destra si avrà un aumento della resistenza fino al valore massimo del resistore.

POTENZIOMETRO

Se il resistore variabile viene alimentato in tensione ai morsetti A e B, (Vt), il cursore C preleva una tensione in uscita (Vu) minore della tensione di alimentazione.

In questo caso il resistore prende il nome di Potenziometro.

Il potenziometro permette di regolare la tensione da pochi mV (cursore tutto a sinistra) fino al valore della tensione in entrata (cursore tutto a destra).

CONCETTO DI MASSA

Nel sistema elettrico si chiama, con il nome di massa, il circuito di ritorno per la corrente e non una protezione, come avviene negli impianti industriali.

Una massa non ben fissata o ossidata corrisponde ad un’apertura del circuito o ad un’anomalia di funzionamento. Sulla carrozzeria/telaio vengono fissati attraverso bulloni diversi punti di massa.

Esistono anche dei nodi di massa non ancorati al telaio così come anche nodi “positivi”, realizzati mediante saldatura ad ultrasuoni, nei quali vengono fatti convergere diversi cavi per poi proseguire con un minor numero di cavi, di sezione maggiore.

ESEMPIO DI COLLEGAMENTO TRAMITE MASSA:

Nell’esempio riportato in figura è rappresentato il classico collegamento di una lampada a bordo vettura con il comando (interruttore) verso il positivo e la massa sul telaio.

Collegamento a “massa”

I punti di massa costituiscono un elemento abbastanza delicato di tutto l’impianto elettrico.
Proprio perché sono dei punti comuni a molti elementi elettrici dal loro buon funzionamento dipende a volte il funzionamento dell’intero impianto.
Tra le problematiche più importanti è bene ricordare:
il non perfetto contatto,
il distacco.

Questi due tipi di difetto dell’impianto possono provocare dei malfunzionamenti che sono abbastanza difficili da individuare in quanto i punti di massa sono solitamente condivisi da più utilizzatori.

Per questo spesso il malfunzionamento di un dispositivo è legato al cattivo collegamento a massa di un altro dispositivo.

MASSA NON PERFETTAMENTE COLLEGATA:

A causa di un allentamento della giunzione tra il punto di massa e la massa vettura si può creare una piccola resistenza di contatto che nel caso evidenziato in figura può influenzare pesantemente il funzionamento dei dispositivi collegati a causa delle cadute di tensione che si possono manifestare.

Il problema della resistenza di contatto è evidente nel caso di collegamento comune di due utilizzatori con un assorbimento elevato di corrente.

Infatti nel caso in figura se l’utilizzatore 1 assorbe la massima corrente di 50A sulla piccola resistenza di contatto di 0.01 Ohm si ha una caduta di tensione di 0.5V.

Questa caduta di tensione può influenzare pesantemente il funzionamento dell’utilizzatore 2 che essendo alimentato di solito a soli 3V si ritrova ora con una alimentazione di 2.5V.