Unità fondamentali
- Daniele Bonini
- 28 gen
- Tempo di lettura: 6 min
Aggiornamento: 3 giorni fa
Negli anni ho ricercato sempre diverse fonti per apprendere le basi dell'elettronica e col tempo ed il ripasso ( e grazie soprattutto ai due libri "Imparare l'elettronica partendo da zero" di Nuova Elettronica) le ho apprese indelebilmente.
Ma con gli anni ho anche affrontato sempre più in profondità e a livello biologico lo studio sui meccanismi tramite i quali l'essere umano riesce a comprendere e memorizzare quello che studia, alla ricerca dei metodi più efficaci (portando anche un tesi di laurea su questo argomento). Cosa non sempre scontata per molti studenti di tutte le età.
Dopo aver letto numerosi report scientifici, nonché l'eccellente e più completa guida/riassunto redatta da Andrea Giuliodori, tra le diverse metodologie più efficaci ho valorizzato di più questa:
ciò che ci emoziona, colpisce e affascina viene ricordato meglio di quello che ci viene proposto in modo noioso, molto didascalico e per nulla interessante ai nostri occhi. (1)
How Emotion Relates to Language and Cognition, Seen Through the Lens of Evaluative Priming Paradigms
"E Daniele: grazie al piffero! Lo sappiamo tutti che le cose divertenti le ricordiamo meglio di quanti peli nel sedere aveva Petrarca! Hai scoperto l'acqua calda!"
Vero. Non ci vuole molto per accorgersi di questo concetto. Ma ci vuole molta ricerca, spesso infruttuosa, per trovare un modo e un sistema che ci spieghi l'argomento che vogliamo ricordare in modo semplice, conciso, pratico e intuitivo... Magari anche un po' divertente 😜.
Perciò Il mio intento in questo articolo è di voler provare a trasmetterti delle semplici ma fondamentali nozioni di elettronica nel modo più chiaro e intuitivo possibile🤗.
Alla fine dell'articolo ci sarà anche un piccolo strumento che non solo riassumerà quanto spiegato ma sarà molto utile da avere sempre sotto mano nella pratica della progettazione o per semplice comprensione: la ruota WAOV .
Iniziamo!
UNITA' FONDAMENTALI
Prometto che sarò molto rapido su questa parte. Anche se probabilmente li conosci già, ma essendo concetti basilari è necessario illustrarli a titolo di chiarezza, in poche righe sintetiche.
Elettroni, Protoni e Neutroni
Immaginiamo di essere nel mondo degli atomi, le unità fondamentali della materia. Gli atomi sono composti da tre particelle principali: elettroni, protoni e neutroni.
Elettroni: Particelle con carica negativa che orbitano attorno al nucleo dell'atomo.
Protoni: Particelle con carica positiva che si trovano nel nucleo.
Neutroni: Particelle senza carica (neutre) che si trovano anch'essi nel nucleo.
Corrente Elettrica
La corrente elettrica è il movimento degli elettroni attraverso un conduttore, come un filo di rame ad esempio. Gli elettroni si spostano perché sono attratti dalla carica positiva.
Movimento della Corrente
Dal Negativo al Positivo: nella realtà gli elettroni si muovono dal polo negativo (dove c'è un eccesso di elettroni) al polo positivo (dove ci sono meno elettroni).
Convenzione Storica: Tuttavia, per convenzione storica, si dice che la corrente si muove dal positivo al negativo. Questo perché i primi scienziati, prima di scoprire gli elettroni, immaginavano che la corrente fluisse in quella direzione.
Fine della parte "scolastica /storica". Ora passiamo a capire come funzionano le cose un po' più in grande.
IL SECCHIO ED IL MULINO
C'era una volta un mugnaio che lavorò onestamente e duramente per tutta la vita.
No, scherzo.
Immagina un recipiente pieno d'acqua, come un secchio ad esempio.
Il recipiente è dotato di un tubo posto nella parte più bassa dal quale l'acqua può uscire. Questo secchio è posto su un tavolino giallo ( mi raccomando: non rosso né blu. Giallo☝) che lo tiene quindi ad una certa altezza.
Riassumiamo graficamente:
Adesso che lo hai visualizzato, facciamo delle analogie:
questa volta vediamo l'acqua non solo come un liquido, ma come una rappresentazione degli elettroni. Ecco che l'altezza dell'acqua nel recipiente diventa la tensione, o volt. Più alto è il livello dell'acqua, maggiore è la tensione: una cascata di energia potenziale in attesa di trovare una via d'uscita.
Ora, osserviamo il tubo collegato al recipiente. Questo tubo ha un diametro specifico, che rappresenta la resistenza, o ohm. Se il tubo è stretto, offre una maggiore resistenza al passaggio dell'acqua. Immagina di cercare di far passare l'acqua attraverso una cannuccia invece che attraverso un tubo di gomma: la cannuccia renderebbe il flusso molto più lento.
Quindi, pensa al flusso d'acqua che esce dal tubo come alla corrente, misurata in ampere. Se l'altezza dell'acqua (tensione) è alta e il tubo (resistenza) è ampio, l'acqua scorrerà velocemente. Viceversa, se il tubo è stretto, il flusso d'acqua sarà limitato, anche se l'altezza dell'acqua è la stessa.
Ci siamo? Ti ho già perso? Vediamo di riassumere:
Recipiente d'acqua
Elettroni: l'acqua all'interno del secchio rappresenta gli elettroni
Tensione (Volt): l'altezza a cui è posto il secchio, sul tavolino quindi, rappresenta la tensione. Più alto è il livello dell'acqua, maggiore è la tensione.
Resistenza (Ohm - Ω): il tubo di un certo diametro che permette all'acqua di scorrere rappresenta la resistenza. Un tubo più stretto ha una resistenza maggiore, limitando il flusso dell'acqua.
Flusso dell'acqua
Corrente (Ampere): il flusso d'acqua che esce dal tubo rappresenta la corrente. L'altezza del recipiente (tensione) diviso per la resistenza del tubo determina la quantità di acqua che esce (ampere).
Formula: Ampere = Volt : ohm
Riportiamo il tutto nell'immagine vista prima:
"Si, va bene Dani, ma con sto secchio che perde che ci faccio alla fine??"
Diamo quindi uno scopo a questa cascata d'acqua/elettroni. Ora immagina che sotto al rubinetto noi poniamo un mulinello con delle pale.
Quando l'acqua cade su queste pale, le fa girare, producendo lavoro. Questo lavoro è misurato in watt, che rappresenta la potenza. Questa potenza necessaria per far girare il mulinello è il risultato della tensione (volt) moltiplicata per la corrente (ampere) e si esprime con la seguente formula:
Formula: Watt = Volt x Ampere
Figura 3 , per capire meglio:
L'elettronica a grandi linee funziona così e queste sono le unità fondamentali del suo funzionamento.
Spero che questo articolo ti abbia aiutato a comprendere meglio le basi dell'elettronica in modo semplice e intuitivo.
Per concludere, voglio lasciarti con uno strumento pratico che riassume tutte le formule fondamentali per il calcolo delle grandezze elettroniche:
la ruota WAOV ( si legge "UAOV!" con stupore, come se dicessi
"UAO! una V! Hai visto? 😮😮😮").
Questa ruota è suddivisa in quattro quadranti, ciascuno contenente le formule essenziali:
Watt (Potenza)
Ampere (corrente)
Ohm (Resistenza)
Volt (Forza elettromotrice)
Questa rappresentazione visiva ti aiuterà a ricordare e applicare facilmente queste formule nella pratica quotidiana della progettazione elettronica.
Ti faccio degli esempio per capire quanto semplice e utile può essere la WOAV.
Calcolo della resistenza per un LED alimentato da una batteria da 9V
Hai un diodo led che di media assorbe 0,02 Ampere e lo vuoi alimentare con una batteria da 9 Volt.
Dati:
Tensione della batteria (V) = 9V
Corrente del LED (A) = 0,02A
Andiamo quindi nello spicchio in basso a destra della ruota e troviamo la formula:
Ω = V : A
Calcolo:
Ω = 9 : 0,02 = 450Ω
Quindi se collegheremo in serie il led alla resistenza da 450Ω, potremo alimentare il led e farlo accendere senza il rischio di romperlo.
Analogia del secchio: Immagina che il livello dell'acqua nel secchio sia di 9 unità (volt). Se il tubo ha un diametro che permette a 0,02 unità di acqua (ampere) di scorrere, la resistenza del tubo (in ohm, 450) sarà tale che rallenterà il flusso, permettendo al nostro piccolo mulinello (il diodo led) di "girare" o meglio accendersi. Senza quella resistenza, se rovesciassimo tutti i 9 volt sul piccolo mulinello lo romperemmo.
Calcolo degli ampere assorbiti da un tostapane alimentato a 220V
Alle prime esperienze si fa un po' fatica a capire quanta energia un apparecchio elettrico necessita. I watt sono li per indicarci proprio questo, ma se volessimo capire l'effettivo flusso di corrente richiesto? Ci servono gli ampere per questo.
Immaginiamo quindi di prendere il nostro tostapane, girarlo sottosopra e leggere l'etichetta.
Dati:
Potenza del tostapane (W) = 1100W
Tensione di alimentazione (V) = 220V
Andiamo quindi nello spicchio in alto a destra della ruota e troviamo la formula:
A = W : V
Calcolo:
A= 1100 : 220V = 5A
Analogia del secchio: Immagina che il mulino richieda 1100 unità di lavoro (watt) e l'altezza da cui cade l'acqua sia di 220 unità (volt). Il flusso d'acqua necessario (ampere) per far girare il mulino sarà di 5 unità. Molto MOLTO di più se consideriamo i 0.02A del diodo led di prima, 250 volte maggiore!
E per cosa vengono usati questi 5A? Per generare calore tramite una resistenza, che si surriscalda, diventando incandescente, emettendo calore.
Ecco che abbiamo un'idea più chiara di quanta energia elettrica passi tra alimentare diversi apparecchi elettronici.
L'elettronica non è solo una disciplina tecnica, ma un viaggio affascinante attraverso il mondo degli atomi e delle correnti, che può diventare davvero emozionante se affrontato con curiosità e passione.
Ci rileggiamo al prossimo articolo! 🚀
Daniele
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