Interruttori elettrici

Un interruttore elettrico è un elemento che permette di interrompere o di consentire il passaggio di corrente in un circuito, o in una sua parte. In particolare un interruttore può inibire il flusso di corrente per mezzo di una discontinuità del circuito (circuito aperto) o consentirlo rimuovendo l'interruzione (circuito chiuso).

 

In questa lezione presentiamo un nuovo tipo di elemento circuitale, che in realtà ben conosciamo dalla nostra esperienza quotidiana. Si tratta degli interruttori elettrici, dispositivi che ci permettono di controllare la corrente in un circuito e di decidere se interromperne il flusso interamente o in una sua parte.

 

Nel corso della spiegazione descriveremo il funzionamento degli interruttori. Mostreremo inoltre come il loro posizionamento ci permetta di intervenire su una specifica parte del circuito, oppure sulla sua interezza.

 

Funzionamento degli interruttori elettrici

 

La maggior parte dei circuiti elettrici che usiamo nella vita di tutti i giorni sono circuiti con interruttori. Nell'esperienza quotidiana ci serviamo regolarmente di interruttori che permettono di accendere e spegnere dispositivi elettrici o elettronici, basti pensare alle lampadine, agli elettrodomestici, ai PC... Ciascuno di tali dispositivi nel contesto dei circuiti è a tutti gli effetti un utilizzatore di corrente elettrica, e si comporta da resistore opponendo una resistenza al suo passaggio.

 

Nelle precedenti lezioni ci è capitato talvolta di distinguere tra circuiti aperti e circuiti chiusi, ad esempio quando abbiamo studiato le resistenze in parallelo. Nel caso di un circuito chiuso il generatore di tensione è in grado di erogare corrente, mentre in un circuito aperto la corrente non circola perché in qualche suo punto è presente un'apertura che interrompe la differenza di potenziale tra il polo positivo e il polo negativo, impedendo alle cariche di muoversi e di percorrere il circuito.

 

Un interruttore elettrico è un dispositivo che permette di decidere quando consentire e quando interrompere il passaggio di corrente in un circuito, o in una parte di esso. Quando ad esempio arriviamo a casa e accendiamo la luce, lo facciamo per mezzo di un'interruttore che consente il passaggio di corrente verso la lampadina; prima di accendere la luce per mezzo del relativo interruttore la corrente non circola nella lampadina, semplicemente perché l'interruttore non lo permette.

 

Un interruttore può trovarsi in due stati diversi: aperto o chiuso. Nel primo caso nel circuito non circola corrente, e il simbolo di un interruttore aperto è il seguente:

 

 

Interruttore elettrico aperto

Simbolo interruttore aperto.

 

 

Nel secondo caso la corrente può circolare, e il simbolo di un interruttore chiuso è dato da:

 

 

Interruttore elettrico chiuso

Simbolo interruttore chiuso.

 

 

Un interruttore elettrico è quindi un tratto di filo mobile che si alza e si abbassa come un ponte levatoio:

 

- quando è alzato, il percorso del circuito è interrotto. Il collegamento tra i poli del generatore viene meno e dunque non è presente alcuna d.d.p. ai capi del circuito, cosicché la corrente non può circolare;

 

- quando è abbassato, il percorso è completo. La d.d.p. esercita la propria azione e la corrente è in condizione di scorrere.

 

Circuiti con interruttori elettrici

 

Vediamo alcuni esempi di circuiti con interruttori, così da comprenderne a fondo il funzionamento e i possibili utilizzi.

 

Consideriamo il seguente circuito:

 

 

Circuito con interruttore elettrico

Esempio 1 - Circuito con interruttore elettrico.

 

 

L'interruttore è collocato immediatamente dopo il generatore di tensione, ed è aperto. In questa configurazione la corrente non sta circolando nel circuito perché il filo è interrotto. Se chiudiamo l'interruttore allora la corrente inizia a circolare attraverso tutte le resistenze e in tutte le maglie.

 

Immaginiamo di spostare l'interruttore in un altro punto del circuito, e in particolare dopo il primo nodo:

 

 

Circuito con interruttore elettrico - Esempio 2

Esempio 2 - Circuito con interruttore elettrico.

 

 

In questa situazione l'interruttore regola il passaggio di corrente nella maglia di destra. Quando l'interruttore è aperto la corrente circola nel circuito, ma non nella sua interezza, infatti la parte interessata dal passaggio di corrente è soltanto la maglia di sinistra. In questo modo l'interruttore impedisce il passaggio di corrente su una parte specifica del circuito. Se l'interruttore viene chiuso allora la corrente è in grado di percorrere l'intero circuito.

 

Questo secondo esempio è particolarmente interessante perché a seconda che l'interruttore sia aperto o chiuso cambia l'intensità della corrente erogata dal generatore, in quanto cambia il valore della resistenza equivalente.

 

Verifichiamolo empiricamente. Supponiamo che sia:

 

R_1=40\ \Omega,\ R_2=30\ \Omega,\ R_3=20\ \Omega\\ \\ \Delta V=100\mbox{ V}

 

Se l'interruttore è aperto, la corrente non passa su R_3. È come se questa parte di circuito non esistesse, per cui abbiamo solamente R_1,R_2 collegate in serie. La resistenza equivalente è allora:

 

R_{eq} = R_1 + R_2 = 40 \ \Omega + 30 \ \Omega = 70 \ \Omega

 

Da qui calcoliamo la corrente erogata dal generatore mediante la prima legge di Ohm

 

i = \frac{\Delta V}{R_{eq}} = \\ \\ \\ =\frac{100 \mbox{ V}}{70 \ \Omega} \simeq 1,43 \mbox{ A}

 

Con l'interruttore chiuso invece scorre corrente anche su R_3, per cui R_2 e R_3 sono in parallelo:

 

R_{23} = \frac{R_2R_3}{R_2 + R_3} = \\ \\ \\ =\frac{(30 \ \Omega) \cdot (20 \ \Omega)}{30 \ \Omega + 20 \ \Omega} = 12 \ \Omega

 

A questo punto R_{23} e R_1 sono in serie, per cui:

 

R_{eq} = R_1 + R_{23} = \\ \\ =40 \ \Omega + 12 \ \Omega = 52 \ \Omega

 

La corrente erogata dal generatore in questo caso vale:

 

i = \frac{\Delta V}{R_{eq}} = \\ \\ \\ =\frac{100 \mbox{ V}}{52 \ \Omega} \simeq 1,92 \mbox{ A}

 

Come vedete i valori sono cambiati.

 

Avremmo una situazione ancora diversa se spostassimo l'interruttore sul ramo di circuito con R_2:

 

 

Circuito con interruttore elettrico - Esempio 2

Esempio 3 - Circuito con interruttore elettrico.

 

 

Con l'interruttore aperto la corrente circola solo nella maglia data dal perimetro esterno del circuito, con R_1 e R_3 in serie, mentre con l'interruttore chiuso si torna alla situazione già vista.

 

In generale quando si risolve un circuito ohmico con interruttori elettrici bisogna prestare attenzione alle indicazioni del testo, poiché deve specificare quando l'interruttore è aperto o chiuso; bisogna inoltre osservare accuratamente il circuito per capire quali sue parti vengono interessate dall'apertura e dalla chiusura dell'interruttore.

 

 


 

Il corso sull'elettricità è in dirittura d'arrivo: poche lezioni e ci siamo. ;) Manca ancora una parte fondamentale relativa ai circuiti, e nella fattispecie quella riguardante i circuiti RC, ossia i circuiti in cui sono presenti sia resistenze che condensatori.

 

Al solito vi ricordiamo che qui su YM ci sono migliaia di esercizi risolti e spiegati nel dettaglio, e che potete trovare tutto quello che vi serve con la barra di ricerca interna. :)

 

 

Buon proseguimento su YouMath,

Alessandro Catania (Alex)

 

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Tags: interruttori nei circuiti elettrici, cosa sono e come funzionano.