Tensione continua

Che cos'è la tensione continua?

Una tensione continua è una differenza di potenziale costante nel tempo, cioè una tensione che assume sempre lo stesso valore, come quella che esiste in un circuito elettrico in cui è presente una pila che fornisce 1,5 V o una batteria da 12 V.

Una tensione alternata è invece una differenza di potenziale che varia nel tempo secondo una curva sinusoidale come quella prodotta da un alternatore ed è la tensione che viene fornita alle nostre abitazioni con una frequenza di 50 Hz e un valore efficace di 220 V.

Nel seguente grafico sono riportati i valori di tensione continua ed alternata rispetto al tempo.

Tensione continua e tensione alternata

Circuiti in tensione continua

I circuiti in tensione continua detti cioè in DC (direct current) che si incontrano più spesso nello studio della fisica sono i circuiti che hanno o sole resistenze, o solo condensatori oppure quelli RC (resistenza in serie al condensatore) o quelli RL (resistenza in serie all'induttanza).

Per i primi due tipi di circuiti cioè quello contenente solo resistenze o solo condensatori si veda l'apposita sezione sulle leggi di Ohm, leggi di Kirchhoff, risoluzione dei circuiti e capacità e condensatori. I circuiti RC e RL verranno invece trattati ancora in questa sezione del sito.

Circuito RC

Il circuito RC è costituito da una resistenza R e un condensatore C collegati in serie a una batteria a tensione continua che eroga una fem pari a V.

L'utilità di un circuito RC è quello di far caricare il condensatore e al momento desiderato farlo scaricare rapidamente sulla resistenza. L'utilità dei circuiti RC è molteplice: si va da circuiti funzionanti ad intermittenza come allarmi o ai fondamentali pacemaker fino ai defibrillatori.

Quando si chiude il circuito con il condensatore scarico quest'ultimo si carica man mano che la corrente porta carica sulle sue armature.

Pertanto la corrente dal suo valore di picco iniziale pari a V/R (come se non ci fosse il condensatore) dopo un periodo di tempo pari a circa 5 volte la costante di tempo τ pari al prodotto di R∙C decresce rapidamente fino ad annullarsi (il condensatore carico si comporta come un circuito aperto che non fa più circolare corrente).

La legge che lega dunque corrente e tempo quando si chiude un circuito RC in tensione continua è il seguente:

Legge che lega corrente e tempo quando si chiude un circuito RC in tensione continua

La carica nel condensatore invece varia secondo la legge:

Come varia la carica nel condensatore in un circuito RC

In apertura del circuito il condensatore carico scarica rapidamente la carica accumulata sulla resistenza e la corrente stavolta circolerà in verso opposto a quella di carica. Quindi la corrente ha lo stesso modulo di quella del processo di carica ma verso opposto:

Corrente circuito RC

Mentre la carica:

Con Q carica massima del condensatore.

Circuito RL

Il circuito RL è costituito da una resistenza ed un'induttanza collegati in serie a una batteria a tensione continua.

Quando si chiude il circuito la corrente non raggiunge immediatamente il suo valore di picco pari a V/R, ma lo fa dopo un tempo pari a 5 volte circa la costante di tempo τ pari a R/L proprio a causa della presenza dell'induttanza che tende ad ostacolare la variazione della corrente.

La legge che lega dunque corrente e tempo quando si chiude un circuito RL in continua è il seguente:

Legge che lega corrente e tempo quando si chiude un circuito RL in continua

In apertura invece la corrente passa dal suo valore a regime V/R che aveva raggiunto precedentemente in fase di carico a 0 con un andamento esponenziale:

Andamento della corrente nel circuito RL in evoluzione libera