Generatore di tensione
Che cos'è e come funziona un generatore di tensione?
Il generatore di tensione è un elemento circuitale che serve a mantenere una differenza di potenziale elettrica costante tra i suoi due poli consentendo così alle cariche di muoversi e creare dunque una corrente elettrica duratura all'interno di un circuito.
Il simbolo adottato per un generatore di tensione è il seguente:
Ricordiamo che le cariche positive tendono a muoversi spontaneamente da punti a potenziale maggiore verso punti a potenziale minore, mentre le cariche negative fanno proprio l'opposto ovvero si muovono da punti a potenziale minore verso quelli a potenziale maggiore.
Il generatore di tensione ha al suo interno forze di natura non elettrostatica e non conservative che sono necessarie a mantenere continuo il moto delle cariche.
Esso sfrutta al suo interno azioni meccaniche o chimiche (come pile ed accumulatori), l'induzione elettromagnetica o altri meccanismi come celle solari per fornire la fem.
fem E ddp in un generatore di tensione
La tensione che si presenta ai morsetti del generatore quando non c'è nessun carico resistivo collegato al generatore prende il nome di forza elettromotrice e si definisce come il rapporto tra il lavoro che bisogna compiere per spostare una carica q tra punti a diverso potenziale e la carica stessa:
fem = L / q
L'unità di misura della fem è il volt [V].
La differenza concettuale con la differenza di potenziale sta solo nel fatto che la fem è la ddp massima che teoricamente un generatore può fornire mentre la ddp è la tensione reale che si ottiene dal generatore considerando anche la resistenza che esiste al suo interno.
Generatore di tensione ideale
Un generatore di tensione ideale non possiede resistenze interne e dunque quando inserito in un circuito l'unica resistenza che si potrà considerare è quella esterna collegata ad esso che corrisponde alla resistenza dell'utilizzatore.
Per la prima legge di Ohm la corrente elettrica che il generatore eroga e che transita nella resistenza è pari al rapporto tra la forza elettromotrice fem e la resistenza esterna R:
i = fem / R
Generatori di tensione reale
Nella realtà si ha a che fare con generatore di tensione reali che possiedono invece al loro interno una resistenza dovuta proprio ai materiali con cui è realizzato il dispositivo. Tale resistenza si chiama appunto resistenza interna, si indica con la lettera r e si misura ovviamente sempre in Ω.
Nello schema di un generatore di tensione reale si indica la resistenza interna r come collegata in serie al generatore stesso:
Per calcolare la corrente erogata dal generatore in questo caso si deve tener conto che ci sono due resistenze collegate in serie tra di loro e dunque dovremo sommare la resistenza interna del generatore a quella esterna:
i = fem / (R + r)
Ai capi della resistenza r, essendo essa attraversata dalla stessa corrente i che attraversa tutto il circuito, si rileverà una differenza di potenziale data da:
ΔV = r ∙ i
Tale differenza di potenziale che si viene a creare sulla resistenza interna del generatore stesso va a sottrarsi alla fem erogata dal generatore e quindi la ddp fornita effettivamente dal generatore varrà:
ddp = fem - ΔV = fem - r ∙ i
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