Le leggi di Ohm: definizione e formule
La legge di Ohm è un principio fondamentale della fisica e dell’elettrotecnica, formulato dal fisico tedesco Georg Simon Ohm nel 1827. Essa descrive la relazione tra tensione elettrica, corrente e resistenza in un circuito elettrico. Questa legge è fondamentale per comprendere il comportamento dei circuiti elettrici ed è uno dei primi concetti insegnati agli studenti.
La legge di Ohm afferma che la corrente che attraversa un conduttore tra due punti è direttamente proporzionale alla tensione tra i due punti. Introducendo la costante di proporzionalità, la resistenza, arriviamo alla formula matematica V = IR, dove V è la tensione misurata in volt, I è la corrente in ampere e R è la resistenza in ohm.
Nell’articolo che segue, esploreremo in dettaglio la legge di Ohm, discutendo la sua storia, la sua derivazione teorica e le sue applicazioni pratiche. Scopriamone insieme le caratteristiche principali!
- Prima legge di Ohm
- Seconda legge di Ohm
- Conduttività e conduttanza nella legge di Ohm
- Effetto termico o effetto Joule
Prima legge di Ohm
La prima legge di Ohm:
“Nei conduttori metallici l’intensità di corrente elettrica che li attraversa è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale presente ai loro capi e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore”.
In forma matematica avremo:
V= R· i
Dove
V indica la differenza di potenziale
i indica l’intensità di corrente
R indica la resistenza elettrica
Quindi per calcolare la resistenza possiamo usare la formula inversa:
R= V / i
Questa legge ci permette di calcolare quanta differenza di potenziale è necessaria per far circolare una determinata corrente in un conduttore con resistenza nota.
Nel sistema internazionale la resistenza si misura in Ohm:
1Ω = 1 V / 1 A
Seconda legge di Ohm
Il valore della resistenza di un conduttore dipende dalle sue caratteristiche geometriche e dal materiale di cui è costituito.
La seconda legge di Ohm:
“Per un conduttore di sezione costante la resistenza è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (l) e inversamente proporzionale alla sua sezione (S)”.
In forma matematica avremo:
R = ρ · l / S
Dove
l è la lunghezza del conduttore e si misura in metri;
S è la sezione del conduttore e si misura in metri quadrati;
ρ (si legge ro) è la costante di proporzionalità o resistività e dipende dal materiale.
Dalla seconda legge di Ohm possiamo dedurre che la resistenza di un conduttore:
Aumenta all’aumentare della sua lunghezza;
Diminuisce con l’aumentare della sua sezione;
Aumenta all’aumentare della sua resistenza specifica.
La formula inversa per ricavare la resistività è:
ρ = R · S / l = Ω · m
Conduttività e conduttanza nella legge di Ohm
La conduttività è la grandezza inversa della resistività e rappresenta la tendenza di un materiale a farsi attraversare dal flusso di elettroni, quindi di condurre una corrente elettrica.
σ = 1 / ρ = l / R · S
La conduttanza invece è la grandezza inversa della resistenza e caratterizza la conducibilità del circuito.
ϰ = 1 / R = S / ρ · l
Effetto termico o effetto Joule
Quando le cariche elettriche attraversano un filo conduttore, parte dell’energia elettrica si trasforma in calore. Questo accade perché le cariche mentre attraversano il filo incontrano la resistenza.
Questo fenomeno è noto come effetto termico o effetto Joule.
L’effetto termico è presente in tutti i conduttori percorsi da corrente elettrica.
Per comprendere questo fenomeno ti basta prova a svitare una lampadina dopo che è rimasta accesa a lungo. Ti renderai conto che scotta. Se la lasci spenta per un po’ di tempo, man mano si raffredderà perché non scorre più corrente elettrica e non viene più rilasciato calore.
L’effetto Joule è sfruttato negli elettrodomestici in cui si vuole che tutta l’energia elettrica sia trasformata in calore come ad esempio nel ferro da stiro, nelle stufe e nei forni elettrici.
Per far si che l’effetto Joule sia massimo si inseriscono dei fili metallici di materiali ad alta resistenza e in grado di raggiungere temperature elevate.