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Legge di Ohm e potenza elettrica: guida con esempi
7 min di lettura · Team bitGateLab
Quasi ogni calcolo in elettronica parte da tre grandezze: tensione, corrente e resistenza. La legge di Ohm le lega in un'unica formula, e la potenza ti dice quanta energia si trasforma in calore ogni secondo. Qui imparerai a usarle entrambe, a leggere il valore di un resistore dalle sue bande colorate e a sceglierne uno che non si bruci. Con queste basi puoi già calcolare il resistore per un LED, verificare se un circuito è dimensionato bene e capire che cosa indica un multimetro.
Tensione, corrente e resistenza
La tensione (V, in volt) è la differenza di potenziale tra due punti: ciò che «spinge» le cariche. La corrente (I, in ampere) è la quantità di carica che attraversa un punto ogni secondo. La resistenza (R, in ohm, Ω) misura quanto un elemento si oppone al passaggio di quella corrente.
In un resistore lineare la corrente è proporzionale alla tensione applicata. È la legge di Ohm:
V = I · R I = V / R R = V / I
Se raddoppi la tensione su una resistenza fissa, la corrente raddoppia. Se raddoppi la resistenza a parità di tensione, la corrente si dimezza. Conviene lavorare con i prefissi: una tensione in volt divisa per una resistenza in kΩ dà direttamente la corrente in mA (12 V / 4 kΩ = 3 mA).
Esempio 1. Un generatore da 12 V alimenta un resistore da 470 Ω, come in figura. Quanta corrente circola?
- I = V / R = 12 V / 470 Ω.
- I = 0.02553 A ≈ 25.5 mA.
Potenza elettrica
La potenza (P, in watt) è la rapidità con cui un elemento riceve o cede energia. Per qualsiasi elemento, P = V · I. In un resistore tutta questa potenza si trasforma in calore. Sostituendo la legge di Ohm ottieni altre due forme, molto utili quando conosci solo due dati:
P = V · I P = I² · R P = V² / R
Fai attenzione al quadrato: se raddoppi la corrente in un resistore, il calore prodotto si moltiplica per quattro. Per questo i cavi che portano molta corrente si scaldano tanto anche se la loro resistenza è piccola.
L'energia consumata è la potenza per il tempo: E = P · t. Un elemento da 60 W acceso per 3 ore consuma 180 Wh, cioè 0.18 kWh.
Esempio 2. Nel circuito precedente (12 V, 470 Ω), quanta potenza dissipa il resistore?
- Con P = V² / R: P = 144 / 470 = 0.306 W.
- Verifica con P = V · I: 12 V × 0.02553 A = 0.306 W. Il risultato coincide.
- Un comune resistore da 1/4 W (0.25 W) si surriscalderebbe. Te ne serve uno da 1/2 W come minimo, e meglio ancora da 1 W per lavorare con margine.
Codice colori
I resistori con reofori portano delle bande colorate che ne indicano il valore. Nel codice a quattro bande le prime due sono cifre, la terza è il moltiplicatore (potenza di 10) e la quarta è la tolleranza. La banda della tolleranza di solito è un po' staccata dalle altre; comincia a leggere dall'estremità opposta.
| Colore | Cifra | Moltiplicatore | Tolleranza |
|---|---|---|---|
| Nero | 0 | ×1 | — |
| Marrone | 1 | ×10 | ±1 % |
| Rosso | 2 | ×100 | ±2 % |
| Arancione | 3 | ×1 000 | — |
| Giallo | 4 | ×10 000 | — |
| Verde | 5 | ×100 000 | ±0.5 % |
| Blu | 6 | ×1 000 000 | ±0.25 % |
| Viola | 7 | — | ±0.1 % |
| Grigio | 8 | — | ±0.05 % |
| Bianco | 9 | — | — |
| Oro | — | ×0.1 | ±5 % |
| Argento | — | ×0.01 | ±10 % |
Esempi: marrone-nero-rosso-oro è 10 × 100 = 1 000 Ω = 1 kΩ ±5 %. Giallo-viola-arancione-oro è 47 × 1 000 = 47 kΩ ±5 %. Rosso-rosso-marrone è 22 × 10 = 220 Ω. Nel codice a cinque bande (resistori di precisione) ci sono tre cifre prima del moltiplicatore.
La tolleranza indica l'intervallo in cui può trovarsi il valore reale. Un resistore da 1 kΩ ±5 % può misurare tra 950 Ω e 1 050 Ω ed essere comunque entro le specifiche.
Potenza nominale: scegliere il resistore giusto
Oltre al valore in ohm, ogni resistore ha una potenza nominale: la massima che può dissipare in modo continuativo senza danneggiarsi. I più comuni tra quelli con reofori sono da 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W e 2 W; più grande è il corpo, più calore sopporta. La regola pratica è scegliere una potenza nominale pari ad almeno il doppio di quella calcolata, perché il resistore si scalda anche per la temperatura ambiente e per la vicinanza di altri componenti.
Esempio 3. Vuoi accendere un LED rosso con 5 V. Il LED ha una caduta di circa 2 V e vuoi che lo attraversino circa 15 mA.
- La tensione che deve assorbire il resistore è 5 V − 2 V = 3 V.
- R = 3 V / 0.015 A = 200 Ω. Il valore commerciale più vicino per eccesso è 220 Ω.
- Con 220 Ω: I = 3 V / 220 Ω = 13.6 mA, sufficienti perché il LED si illumini bene.
- Potenza nel resistore: P = 3 V × 0.0136 A = 0.041 W = 41 mW.
- Un resistore da 1/4 W (250 mW) è più che sufficiente; anche uno da 1/8 W (125 mW) rispetta la regola del doppio.
Punto chiave: la legge di Ohm descrive i resistori lineari. Un LED, un diodo o una lampadina a incandescenza non rispettano V = I · R con un valore fisso di R; per questo nell'esempio del LED abbiamo applicato la legge di Ohm solo al resistore.
Errori comuni
- Mescolare le unità: dividere volt per kΩ e scrivere il risultato in ampere. Volt diviso kΩ dà mA.
- Calcolare la potenza con la tensione del generatore invece che con la tensione che cade davvero sul resistore.
- Scegliere il resistore solo in base al valore in ohm e dimenticare la potenza nominale.
- Leggere il codice colori al contrario, partendo dalla banda oro o argento.
- Pensare che un piccolo aumento di corrente cambi appena il calore: la potenza cresce con il quadrato della corrente.
Provalo nel simulatore
Verificare la legge di Ohm con le misure è il modo migliore per fissarla in mente. Nel simulatore puoi montare il circuito della figura e misurare tutto senza il rischio di bruciare nulla.
- Inserisci una sorgente di tensione CC e impostala a 12 V.
- Inserisci un resistore da 470 Ω e collegalo tra i morsetti della sorgente.
- Collega il multimetro in serie per misurare la corrente e confrontala con i 25.5 mA calcolati.
- Misura la tensione sul resistore con il multimetro in parallelo.
- Porta la tensione della sorgente a 6 V e poi a 24 V; osserva che la corrente cambia nella stessa proporzione.
- Calcola la potenza in ciascun caso e osserva come quadruplica quando la tensione raddoppia.
Esercizi
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Un resistore da 1.8 kΩ è collegato a 9 V. Calcola la corrente e la potenza.
Mostra la soluzione
I = 9 V / 1.8 kΩ = 5 mA. P = 9 V × 5 mA = 45 mW.
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Un resistore ha le bande arancione-arancione-rosso-oro. Qual è il suo valore e tra quali valori può misurare?
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33 × 100 = 3 300 Ω = 3.3 kΩ ±5 %. Può misurare tra 3 135 Ω e 3 465 Ω.
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Hai un resistore da 100 Ω e 1/4 W. Qual è la tensione massima che puoi applicargli e quale corrente circolerebbe in quel caso?
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Da P = V² / R: V = √(0.25 × 100) = √25 = 5 V. La corrente sarebbe I = 5 V / 100 Ω = 50 mA. Verifica: 5 V × 0.05 A = 0.25 W. Per lavorare con margine conviene restare ben al di sotto di questo limite.
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Un riscaldatore funziona a 24 V e assorbe 1 A. Quali sono la sua resistenza e la sua potenza, e quanta energia consuma in 2 ore?
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R = 24 V / 1 A = 24 Ω. P = 24 V × 1 A = 24 W. E = 24 W × 2 h = 48 Wh (0.048 kWh).
Passo successivo: impara ad analizzare circuiti con più rami in Leggi di Kirchhoff.