In breve: Tre relazioni reggono quasi tutti i quesiti del capitolo: F = k q₁q₂/r² (Coulomb, con la distanza al quadrato), V = R · I (Ohm) e P = V · I per la potenza. Le resistenze si sommano direttamente in serie e per inversi in parallelo. Il fraintendimento che costa più punti: la corrente non si consuma attraversando una resistenza — a consumarsi è l'energia, mentre la carica si conserva.
Elettrostatica e circuiti sono un capitolo dove si sbaglia raramente per i conti: le formule sono poche e semplici. Si sbaglia perché due grandezze diverse — tensione e corrente — vengono trattate come la stessa cosa, e da lì in poi nessun ragionamento su un circuito può funzionare. Questa pagina parte proprio da lì. Approfondisce l'elettromagnetismo della Fisica del semestre filtro.
1. Cariche e legge di Coulomb
La carica elettrica si misura in coulomb (C), esiste in due segni e si conserva: in un sistema isolato non si crea né si distrugge, si sposta. Due cariche puntiformi si attraggono o si respingono con
F = k · q₁q₂ / r²
con k ≈ 9×10⁹ N·m²/C² nel vuoto. Il punto che i quesiti mettono alla prova quasi sempre è l'esponente: la distanza è al quadrato, quindi raddoppiandola la forza scende a un quarto e triplicandola a un nono. Chi legge in fretta dimezza, e sbaglia.
2. Campo elettrico e potenziale
| Campo elettrico E | Potenziale V | |
|---|---|---|
| Che cos'è | Forza per unità di carica | Energia potenziale per unità di carica |
| Tipo | Vettore (ha direzione e verso) | Scalare (solo un numero, con segno) |
| Unità | N/C, equivalente a V/m | volt (V) |
| Somma di più sorgenti | Vettoriale: si compone con i vettori | Algebrica: si sommano i numeri con il loro segno |
3. Condensatori
Un condensatore accumula carica su due armature separate: C = Q/V, in farad. La capacità dipende dalla geometria (superficie delle armature, distanza) e dal dielettrico fra di esse — non dalla tensione applicata. Applicare più volt accumula più carica, ma non rende il condensatore «più capiente».
Attenzione al fatto che, per i condensatori, serie e parallelo si comportano al contrario delle resistenze: in parallelo le capacità si sommano, in serie si sommano gli inversi. È coerente, se si pensa che mettere condensatori in parallelo equivale ad allargare la superficie delle armature.
4. Corrente, tensione e legge di Ohm
La corrente è carica che passa nel tempo, I = Q/t, in ampere. La tensione è la differenza di potenziale che la mette in moto, in volt. La legge di Ohm le lega attraverso la resistenza:
V = R · I
5. Serie e parallelo
| Serie | Parallelo | |
|---|---|---|
| Resistenza totale | R = R₁ + R₂ + … | 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … |
| Rispetto ai singoli | Maggiore della più grande | Minore della più piccola |
| Corrente | La stessa in tutti gli elementi | Si divide fra i rami |
| Tensione | Si ripartisce fra gli elementi | La stessa su ogni ramo |
| Se un elemento si interrompe | Si apre tutto il circuito | Gli altri rami continuano a funzionare |
Da qui discende la risposta a una domanda che compare spesso: gli impianti domestici sono in parallelo perché ogni apparecchio riceva i suoi 230 V e resti indipendente dagli altri. E discende anche il controllo di sanità mentale da fare sempre a fine esercizio: se il conto di un parallelo restituisce una resistenza maggiore di una delle due, il conto è sbagliato.
6. Potenza ed effetto Joule
La potenza dissipata da una resistenza si scrive in tre forme equivalenti: P = V·I = R·I² = V²/R. Non sono tre formule da memorizzare separatamente: sono la stessa, riscritta con la legge di Ohm. Conviene usare quella che contiene le due grandezze che il testo ti dà, invece di ricavare prima l'incognita mancante e portarsi dietro un errore di arrotondamento.
L'energia dissipata in calore è E = P·t — l'effetto Joule, che è il motivo per cui uno scaldabagno funziona e per cui un cavo sottopelle si surriscalda.
7. Gli errori che il test punisce
| Errore | Come stanno le cose |
|---|---|
| «La corrente si consuma nella resistenza» | Si conserva: entra ed esce uguale. A calare è il potenziale, e a consumarsi è l'energia |
| Distanza non elevata al quadrato in Coulomb | Raddoppiare r porta la forza a un quarto, non a metà |
| Sommare le resistenze in parallelo come in serie | In parallelo si sommano gli inversi, e il totale è minore della più piccola |
| Sommare i campi elettrici come numeri | E è un vettore: va composto con direzione e verso. Il potenziale invece si somma algebricamente |
| Capacità che «dipende dalla tensione» | C dipende da geometria e dielettrico; V cambia la carica accumulata, non la capacità |
| Serie/parallelo dei condensatori come per le resistenze | È l'opposto: in parallelo le capacità si sommano, in serie si sommano gli inversi |
Allena questo capitolo
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8. Domande frequenti
Qual è la differenza tra tensione e corrente?
La tensione (o differenza di potenziale, in volt) è la causa: misura quanta energia è disponibile per unità di carica. La corrente (in ampere) è l'effetto: misura quante cariche passano al secondo. Un'analogia utile: la tensione è il dislivello, la corrente è quanta acqua scorre.
La corrente si consuma passando attraverso una resistenza?
No, ed è l'errore più diffuso del capitolo. La carica si conserva: la corrente che entra in una resistenza è identica a quella che esce. Ciò che si consuma è l'energia, che la resistenza converte in calore — infatti a scendere è il potenziale, non l'intensità di corrente.
Come si enuncia la legge di Ohm?
V = R · I: la differenza di potenziale ai capi di un conduttore è proporzionale alla corrente che lo attraversa, con la resistenza come costante di proporzionalità. Vale per i conduttori ohmici, cioè quelli in cui R non dipende dalla corrente.
Come si sommano le resistenze in serie e in parallelo?
In serie si sommano direttamente (R = R₁ + R₂), e la resistenza totale è maggiore della più grande. In parallelo si sommano gli inversi (1/R = 1/R₁ + 1/R₂), e il totale è minore della più piccola: aggiungere un ramo offre alla corrente una strada in più.
Cosa attraversa la stessa corrente: la serie o il parallelo?
La serie: c'è un solo percorso, quindi la corrente è la stessa in ogni elemento mentre la tensione si ripartisce. In parallelo è il contrario — tutti i rami hanno la stessa tensione e la corrente si divide fra loro.
Perché in casa gli apparecchi sono collegati in parallelo?
Perché così ognuno riceve la stessa tensione di rete e funziona indipendentemente dagli altri: se uno si guasta o si spegne, gli altri continuano. In serie, un solo elemento interrotto aprirebbe l'intero circuito — è il motivo per cui le vecchie catene di luci si spegnevano tutte insieme.
Come si enuncia la legge di Coulomb?
F = k · q₁q₂ / r², dove k vale circa 9×10⁹ N·m²/C² nel vuoto. La forza è attrattiva tra cariche di segno opposto e repulsiva tra cariche dello stesso segno, ed è inversamente proporzionale al QUADRATO della distanza: raddoppiando la distanza la forza si riduce a un quarto, non a metà.
Che differenza c'è tra campo elettrico e potenziale?
Il campo elettrico E (in N/C o V/m) è un vettore e dice quale forza sentirebbe una carica in quel punto; il potenziale V (in volt) è uno scalare e dice quanta energia potenziale avrebbe. Il campo si annulla dove le forze si compensano, il potenziale dove i contributi si elidono: sono due condizioni diverse, e i quesiti ci giocano.
Cosa fa un condensatore?
Immagazzina carica ed energia in un campo elettrico: C = Q/V, misurata in farad. La sua capacità dipende dalla geometria delle armature e dal dielettrico interposto, non dalla tensione applicata — aumentare V aumenta la carica accumulata, non la capacità.
Come si calcola la potenza dissipata da una resistenza?
P = V · I, che con la legge di Ohm diventa anche P = R · I² oppure P = V²/R. Le tre forme sono equivalenti: conviene scegliere quella con le grandezze note dal testo, invece di ricavare prima l'incognita mancante.
Perché gli uccelli sui cavi dell'alta tensione non si fulminano?
Perché la corrente ha bisogno di una differenza di potenziale per attraversare qualcosa: le due zampe poggiano sullo stesso filo, quindi la ddp fra loro è quasi nulla e nessuna corrente significativa passa nel corpo. Non è il contatto con il filo a essere pericoloso: è il collegamento fra due potenziali diversi.