Circuiti con utilizzatori in serie e in parallelo
In uno stesso circuito posso inserire più di un utilizzatore. Gli utilizzatori possono essere collegati in serie o in parallelo.
Si parla di collegamento con utilizzatori in serie quando ogni lampadina (apparecchio utilizzatore) è collegata in fila con le altre sulla linea di alimentazione, in modo da formare un percorso unico per la corrente elettrica che le attraversa.
Si parla di collegamento con utilizzatori in parallelo quando ogni lampadina (apparecchio utilizzatore) è collegato con una linea indipendente alla linea di alimentazione.
Esperimenti con un utilizzatori in serie e in parallelo
Scegli come svolgere questi esperimenti:
Esperimenti con un circuito materiale
Materiale necessario
- 1 multimetro
- cavetti elettrici
- 1 generatore da 4,5 Volt
- 2 lampadine da 4,5 volt
- 2 portalampada
Circuito semplice
Prendiamo un circuito semplice costituito da un generatore da 4,5 V una lampadina da 4,5 V. Misuriamo la tensione ai capi della lampadina e la corrente che la attraversa.
Esperimento 1: utilizzatori in serie
Ora colleghiamo due lampadine da 4,5 V in serie. Cosa osservo?
Ai capi di ogni lampadina mi aspetto un valore della tensione uguale, maggiore o minore rispetto a quelle del circuito semplice?
La corrente che la attraversa sarà uguale, maggiore o minore?
Misuriamo la tensione ai capi di ognuna delle due lampadine e la corrente che le attraversa. Confrontiamo le misure rilevate: cosa osservo?
Supponiamo che una delle due lampadine si fulmini: per simulare questa situazione svitiamone una. Cosa accade?
Esperimento 2: utilizzatori in palallelo
Ora colleghiamo due lampadine da 4,5 V in parallelo. Cosa osservo?
Ai capi di ogni lampadina mi aspetto un valore della tensione uguale, maggiore o minore rispetto a quelle del circuito semplice?
La corrente che la attraversa sarà uguale, maggiore o minore?
Misuriamo la tensione ai capi di ognuna delle due lampadine e la corrente che le attraversa. Confrontiamo le misure rilevate: cosa osservo?
Supponiamo che una delle due lampadine si fulmini: per simulare questa situazione svitiamone una. Cosa accade?
Conclusioni
Collegamento in serie
Nel collegamento degli utilizzatori in serie, le due lampadine sono percorse dalla stessa corrente, pari a quella fornita dal generatore: I1 = I2 = Itot.
La tensione Vtot del generatore viene suddivisa tra le due lampadine. V1 + V2 = Vtot. Siccome le due lampadine sono uguali, si avrà V1 = V2 = Vtot / 2. Le due lampadine vengono attraversate dalla stessa corrente, che è inferiore rispetto a quella del circuito semplice in quanto è minore la tensione ai capi di ciascuna lampadina.
La resistenza complessiva Req del gruppo composto dalle due lampadine aumenta. Per analogia, possiamo pensare alla resistenza di un filo conduttore: più lungo è il filo, maggiore è la resistenza che il filo oppone alla corrente. Posso pensare alle due lampadine come a “un filo più lungo”.
Il collegamento in serie degli utilizzatori è meno usato rispetto a quello in parallelo, perché presenta alcuni problemi:
- se uno degli elementi posti in serie interrompe il circuito (ad esempio si brucia una lampadina), la corrente smette di scorrere in tutto il circuito: nel nostro esempio, si spegne anche l’altra lampadina
- Tutti gli utilizzatori presenti nel circuito devono essere progettati per funzionare con la stessa corrente
In alcuni casi il collegamento in serie è conveniente, come nel caso di alcune catene di luci dell’albero di Natale, dove molte lampadine da pochi volt devono essere alimentate dalla tensione di rete da 220 volt
Collegamento in parallelo
Nel collegamento degli utilizzatori in parallelo, la tensione ai capi di ogni lampadina è proprio quella fornita dal generatore. V1 = V2 = Vtot. Le due lampadine vengono attraversate dalla stessa corrente, che è uguale a quella che le attraversava nel circuito semplice, in quanto la tensione ai capi di ciascuna lampadina è la stessa di prima. La corrente totale che la pila deve fornire è la somma delle correnti assorbite dalle due lampadine. Quindi la corrente totale del circuito raddoppia rispetto a quella del circuito semplice: Itot = I1 + I2. Di conseguenza, la pila si scaricherà nella metà del tempo.
La resistenza complessiva Req del gruppo composto dalle due lampadine diminuisce. Per analogia, possiamo pensare alla resistenza di un filo conduttore: più largo è il filo, minore è la resistenza che il filo oppone alla corrente. Posso pensare alle due lampadine come a “un filo più largo”.
Nell’impianto elettrico domestico tutte le lampade e tutti gli elettrodomestici sono collegati in parallelo. Quindi sono progettati per funzionare alla stessa tensione, pari alla tensione dell’impianto di 220 volt, con un assorbimento di corrente che dipende dalla potenza di ciascuno.
Esperimenti con simulatore PhET
Usa il simulatore in questa pagina, oppure apri il sito PhET Colorado. Se hai difficoltà a usare il simulatore, guarda questi tutorial: Circuiti elettrici: il simulatore PhET
Costruiamo un circuito elettrico semplice con un generatore da 4,5 V ed una lampadina da 15 Ω (Ohm). Misuro la corrente.
Esperimento 1: utilizzatori in serie
Ora colleghiamo due lampadine da 15 Ω in serie.
Cosa ti immagini che accada alla corrente che attraversa le due lampadine? Aumenta, diminuisce o resta invariata rispetto a quella del circuito semplice? Perché?
Ai capi di ogni lampadina ti aspetti un valore della tensione uguale, maggiore o minore rispetto a quella del circuito semplice? Perché?
Misuriamo la tensione ai capi di ognuna delle due lampadine e la corrente che le attraversa. Confrontiamo le misure rilevate: cosa osservo?
Supponiamo che una delle due lampadine si fulmini: per simulare questa situazione stacco uno dei conduttori collegati alla lampadina. Cosa accade?
Esperimento 2: utilizzatori in parallelo
Ora colleghiamo due lampadine da 15 Ω in parallelo. Cosa osservo?
Cosa ti immagini che accada alla corrente che attraversa le due lampadine? Aumenta, diminuisce o resta invariata rispetto a quella del circuito semplice? Perché?
Ai capi di ogni lampadina ti aspetti un valore della tensione uguale, maggiore o minore rispetto a quella del circuito semplice? Perché?
Misuriamo la tensione ai capi di ognuna delle due lampadine e la corrente che le attraversa. Confrontiamo le misure rilevate: cosa osservo?
Supponiamo che una delle due lampadine si fulmini: per simulare questa situazione stacco uno dei conduttori collegati alla lampadina. Cosa accade?
Conclusioni
Collegamento in serie
Nel collegamento degli utilizzatori in serie, le due lampadine sono percorse dalla stessa corrente, pari a quella fornita dal generatore: I1 = I2 = Itot.
La tensione Vtot del generatore viene suddivisa tra le due lampadine. V1 + V2 = Vtot. Siccome le due lampadine sono uguali, si avrà V1 = V2 = Vtot / 2. Le due lampadine vengono attraversate dalla stessa corrente, che è inferiore rispetto a quella del circuito semplice in quanto è minore la tensione ai capi di ciascuna lampadina.
La resistenza complessiva Req del gruppo composto dalle due lampadine aumenta. Per analogia, possiamo pensare alla resistenza di un filo conduttore: più lungo è il filo, maggiore è la resistenza che il filo oppone alla corrente. Posso pensare alle due lampadine come a “un filo più lungo”.
Il collegamento in serie degli utilizzatori è meno usato rispetto a quello in parallelo, perché presenta alcuni problemi:
- se uno degli elementi posti in serie interrompe il circuito (ad esempio si brucia una lampadina), la corrente smette di scorrere in tutto il circuito: nel nostro esempio, si spegne anche l’altra lampadina
- Tutti gli utilizzatori presenti nel circuito devono essere progettati per funzionare con la stessa corrente
In alcuni casi il collegamento in serie è conveniente, come nel caso di alcune catene di luci dell’albero di Natale, dove molte lampadine da pochi volt devono essere alimentate dalla tensione di rete da 220 volt
Collegamento in parallelo
Nel collegamento degli utilizzatori in parallelo, la tensione ai capi di ogni lampadina è proprio quella fornita dal generatore. V1 = V2 = Vtot. Le due lampadine vengono attraversate dalla stessa corrente, che è uguale a quella che le attraversava nel circuito semplice, in quanto la tensione ai capi di ciascuna lampadina è la stessa di prima. La corrente totale che la pila deve fornire è la somma delle correnti assorbite dalle due lampadine. Quindi la corrente totale del circuito raddoppia rispetto a quella del circuito semplice: Itot = I1 + I2. Di conseguenza, la pila si scaricherà nella metà del tempo.
La resistenza complessiva Req del gruppo composto dalle due lampadine diminuisce. Per analogia, possiamo pensare alla resistenza di un filo conduttore: più largo è il filo, minore è la resistenza che il filo oppone alla corrente. Posso pensare alle due lampadine come a “un filo più largo”.
Nell’impianto elettrico domestico tutte le lampade e tutti gli elettrodomestici sono collegati in parallelo. Quindi sono progettati per funzionare alla stessa tensione, pari alla tensione dell’impianto di 220 volt, con un assorbimento di corrente che dipende dalla potenza di ciascuno.
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