Introduzione e componenti passivi (1)

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 L'elettronica è, nel periodo in cui viviamo, la base di quasi ogni singolo oggetto in nostro possesso. Si pensi al semplice telefono cellulare, nel quale vi sono migliaia di componenti elettronici al suo interno. Anche al semplice tostapane, che grazie a un microprocessore, regola la temperatura e il tempo di lavoro dell'oggetto. Più in generale, una grandezza fisica (temperatura, pressione, velocità …)  viene letta da un sensore e deve poi essere convertita in grandezza elettrica (tensione o corrente come funzione del tempo, sempre) tramite dei TRASDUTTORI, in modo che un dispositivo elettronico possa elaborarla. La gran parte dei dispositivi che si utilizzano sono di tipo DIGITALI, ossia lavorano in un insieme discreto di valori. Le grandezze elettriche, appena trasdotte, sono di tipo ANALOGICO, e necessitano di una conversione da analogico a digitale, per essere elaborate. L'elaboratore, dopodiché, emette in uscita un segnale digitale che, dopo una conversione da digitale ad analogico, andrà a comandare un attuatore.

Componenti passivi

Sono i componenti alla base di un circuito elettrico, e vengono anche definiti bipoli, per il fatto di essere caratterizzati da due terminali. Vengono percorsi da una corrente I dal punto a potenziale maggiore a quello a potenziale minore.

Simboli di resistore, condensatore e induttore con indicati i versi di tensione e corrente con convenzione utilizzatore (corrente opposta alla tensione).

1) RESISTENZA: grandezza lineare che è data dal rapporto tra la tensione e la corrente ai capi di un utilizzatore. Fisicamente è la grandezza principale di un resistore e la sua unità di misura è l'Ohm (Ω).

La relazione costitutiva è la Legge di Ohm ed è: 


con V la tensione ai capi del resistore, I la corrente che scorre e R il valore della resistenza.
Ogni conduttore elettrico, tuttavia, è caratterizzato da una certa resistenza, dovuta a proprietà intrinseche del materiale. La seconda legge di Ohm mette in relazione la resistenza R alla lunghezza l e alla sezione A di un materiale conduttore:

dove ρ è la resistività del materiale, ed è funzione della temperatura. 

2) CONDENSATORE: dispositivo in grado di accumulare al suo interno carica elettrica. Il modello più noto è quello a facce piane parallele. In condizioni statiche e asintotiche (tempo lungo), la sua caratteristica ideale è quella di circuito aperto.

La capacità è la sua grandezza caratteristica. Dipende dal dielettrico posto tra le armature  e dal fattore di forma: l'area delle armature A e la distanza tra di esse d.


Il campo elettrico tra le armature si presuppone che sia uniforme e abbia valore:


le cui linee di forza vanno dall'armatura positiva a quella negativa.
Il condensatore ha una forte dipendenza dal tempo, sia per la carica che per la scarica delle sue armature. La corrente varia con il tempo e la legge che descrive il fenomeno è la funzione:

la scelta di scrivere corrente e differenza di potenziale con una lettera minuscola è un modo di indicare l'essere delle "funzioni" e non più delle semplici costanti. 

3) INDUTTORE

Dispositivo elettrico passivo che, solitamente composto di un avvolgimento di filo conduttore, genera un campo magnetico. La sua caratteristica principale è la capacità di immagazzinare energia sotto forma di campo magnetico quando attraversato da una corrente elettrica. 

In condizioni statiche e asintotiche si comporta come un corto-circuito. La grandezza caratteristica è detta Induttanza, e si calcola come il rapporto tra il flusso del campo di induzione magnetica  moltiplicato per il rapporto tra il numero di spire del solenoide e la corrente che fluisce nel tempo:

La funzione descrittiva della differenza di potenziale ai capi di un induttore è la seguente:



 



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