Fondamenti di Elettrotecnica
Carica, tensione, corrente, legge di Ohm, potenza e circuiti RLC — le basi fisiche dell'intera radiotecnica.
⚡ Carica Elettrica
Definizione
La carica elettrica è una proprietà fondamentale della materia che determina le interazioni elettromagnetiche. Le cariche si distinguono in positive (+), associate ai protoni, e negative (−), associate agli elettroni. Cariche dello stesso segno si respingono; cariche di segno opposto si attraggono.
Carica dell'elettrone: e = 1,602 × 10⁻¹⁹ C
Legge di Coulomb
La forza tra due cariche puntiformi Q₁ e Q₂ poste a distanza d è:
F in Newton [N], d in metri [m], Q in Coulomb [C]
I condensatori nei circuiti RF accumulano e rilasciano cariche elettriche. La capacità di comprendere il comportamento delle cariche è fondamentale per analizzare filtri, circuiti risonanti e adattatori di impedenza.
🔋 Tensione (Differenza di Potenziale)
Definizione
La tensione elettrica (o differenza di potenziale, d.d.p.) tra due punti A e B è il lavoro per unità di carica necessario per spostare una carica positiva da B ad A contro il campo elettrico:
Tipi di tensione
- Tensione continua (DC — Direct Current): valore costante nel tempo. Generata da batterie o raddrizzatori. Simbolo: U o VDC.
- Tensione alternata (AC — Alternating Current): varia sinusoidalmente nel tempo con frequenza f. Simbolo: u(t) = Up · sin(2πft). Il valore efficace (RMS) è URMS = Up / √2.
La rete elettrica italiana fornisce 230 VAC (RMS). Il valore di picco è: Upicco = 230 × √2 ≈ 325 V. Gli alimentatori da banco per i ricetrasmettitori forniscono tipicamente 13,8 VDC.
🌊 Corrente Elettrica
Definizione
La corrente elettrica è il flusso ordinato di cariche elettriche attraverso un conduttore. È definita come la quantità di carica che attraversa una sezione del conduttore nell'unità di tempo:
Convenzione dei segni e verso della corrente
Per convenzione, il verso convenzionale della corrente è quello dei portatori di carica positiva (dal + al − nel circuito esterno al generatore). Il flusso reale degli elettroni è opposto. Nei conduttori metallici la corrente è trasportata da elettroni; nei semiconduttori da lacune e/o elettroni.
Densità di corrente
La densità di corrente J = I/S [A/m²] indica quanta corrente scorre per unità di sezione. Un valore elevato riscalda il conduttore (effetto Joule). Nei cavi per RF la regola pratica è 4÷6 A/mm² per non supercaricare la sezione.
📐 Resistenza e Legge di Ohm
Resistenza elettrica
La resistenza è la grandezza che misura la capacità di un materiale di opporsi al flusso di corrente. Dipende dal materiale (resistività ρ), dalla lunghezza del conduttore L e dalla sua sezione S:
Legge di Ohm (forma semplice)
Per un conduttore ohmico a temperatura costante, la tensione ai capi è direttamente proporzionale alla corrente che lo attraversa:
Resistenze in serie e in parallelo
Per due resistenze: Rtot = (R₁ · R₂) / (R₁ + R₂)
In un partitore di tensione (due resistenze in serie), la tensione su ciascuna resistenza è proporzionale al suo valore: V₁ = Vin · R₁/(R₁+R₂). Non confondere con la formula del partitore di corrente in parallelo.
💡 Potenza ed Energia Elettrica
Potenza elettrica
La potenza misura la velocità con cui viene trasferita o dissipata energia in un circuito:
Potenza in dB e dBm
In RF si usa spesso la scala logaritmica. Il decibel (dB) esprime il rapporto tra due potenze:
+3 dB ≈ raddoppio della potenza | −3 dB ≈ dimezzamento della potenza
Energia elettrica
1 kWh = 3,6 × 10⁶ J
🔌 Circuiti RC, RL e RLC
Condensatore (C)
Un condensatore immagazzina energia nel campo elettrico. La sua capacità C è definita dal rapporto tra la carica Q e la tensione V ai suoi capi:
La reattanza capacitiva (opposizione al passaggio di corrente AC) è:
Induttore (L)
Un induttore immagazzina energia nel campo magnetico. La reattanza induttiva è:
Risonanza nel circuito LC
La frequenza di risonanza è il valore di f per cui XL = XC. È il principio di funzionamento dei circuiti accordati (tuner) nei ricetrasmettitori:
Alla risonanza un circuito LC serie ha impedenza minima (passa la corrente massima); un circuito LC parallelo ha impedenza massima (blocca la corrente). I filtri passa-banda nei ricetrasmettitori sfruttano questa proprietà per selezionare la frequenza di lavoro.
📋 Formule Chiave
| Prefisso | Simbolo | Fattore | Esempio |
|---|---|---|---|
| Giga | G | 10⁹ | 1 GHz = 10⁹ Hz |
| Mega | M | 10⁶ | 1 MHz = 10⁶ Hz |
| kilo | k | 10³ | 1 kΩ = 1000 Ω |
| milli | m | 10⁻³ | 1 mA = 0,001 A |
| micro | μ | 10⁻⁶ | 1 μF = 10⁻⁶ F |
| nano | n | 10⁻⁹ | 1 nF = 10⁻⁹ F |
| pico | p | 10⁻¹² | 1 pF = 10⁻¹² F |
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