Verifica della costanza della resistenza elettrica in un circuito al variare della differenza di potenziale o dell'intensità di corrente

Scopo: Verifica della costanza della resistenza elettrica in un circuito al variare della differenza di potenziale o dell'intensità di corrente.

Strumenti: Gli strumenti utilizzati per l'esperimento sono: il voltmetro, uno strumento in grado di misurare i volt (ovvero la differenza di potenziale), l'amperometro, che misura l'intensità di corrente, quindi il circuito con tutti suoi elementi, quali, pila, generatore di corrente, interruttore e l'utilizzatore. Va precisato che nell'esperimento abbiamo utilizzato il rototrasformatore, che funziona come la pila perché riesce a variare la corrente, da alternata a continua.

Esperimento: Prima di iniziare l'esperimento abbiamo costruito un circuito chiuso, che è ben illustrato nel disegno:

Pila - Interruttore

+ Generatore

di corrente

Amperometro   Utilizzatore

Voltmetro

Dobbiamo precisare che l'Amperometro, nel circuito, si trova in serie, mentre il voltmetro in parallelo. Spieghiamo: i conduttori sono collegati in serie quando sono disposti in successione e ognuno di essi è attraversato dalla stessa corrente, sono collegati in parallelo, invece, quando hanno le prime e le seconde estremità in comune tra loro. Un esempio di quest'ultimo caso lo sono gli elettrodomestici di ogni abitazione; ai loro capi comuni è collegata la rete elettrica da cui viene prelevata la corrente. Iniziamo, poi, ad introdurre corrente nel circuito, la quale grazie al rototrasformatore diviene continua, perché questo mantiene agli estremi una differenza di potenziale costante (altrimenti sarebbe alternata e ci renderebbe impossibile l'esperimento).  Il verso della corrente è quello delle cariche positive, cioè da punti ad alto potenziale verso altri con minore.

Nel corso dell'esperimento iniziamo a modificare il voltaggio (tensione), grazie ad una manopola graduata posta sul rototrasformatore, e di conseguenza varierà anche l'intensità di corrente (il motivo lo spiegheremo successivamente con la I Legge di Ohm).

Iniziamo, poi, ad annotare i nostri valori significativi su una tabella. Introduciamo, così una nuova grandezza, la Resistenza. Si tratta di una grandezza scalare che nel sistema Internazionale si misura in Ohm (W) ed esprime la difficoltà che incontra la corrente nel fluire all'interno del conduttore. Infatti, un conduttore che segue la prima legge di Ohm, cioè quando i (intensità di corrente) è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale ( i=LV/R), ha una resistenza pari a 1 W se, quando si pone ai suoi capi una differenza di potenziale di 1 V, è attraversato da una corrente di intensità di 1 A.

R= V/ i     I Legge di Ohm

Ma ora analizziamo attentamente i valori ricavati di queste tre grandezza, Volt, Ampere e Resistenza, e ci accorgeremo di un fenomeno interessante:

Notiamo subito che pur variando i valori delle prime due colonne, la Resistenza rimane costante. Possiamo quindi affermare che: la Resistenza Elettrica è una costante all'interno del circuito, è una sua caratteristica.

Considerazioni:  Nell'esperimento dobbiamo precisare diversi particolari molto importanti che possiamo così riassumere brevemente:

Dobbiamo ricordare che il passaggio della corrente elettrica è accomnato da scambi di energia che si verificano all'interno dei conduttori e tra essi e l'ambiente esterno. Nel nostro caso, quindi, i nostri conduttori si sono surriscaldati e avranno emesso energia nell'ambiente mediante un passaggio di calore.

La Resistenza elettrica è costante, ma dipende dall'utilizzatore che abbiamo usato, non bisogna superare la sua portata, altrimenti la resistenza sarà talmente alta da far bruciare il nostro strumento.

Abbiamo detto che il verso della corrente va da punti a potenziale maggiore a minore. In realtà sono gli elettroni, le cariche negative, a muoversi e lo farebbero in senso inverso: da potenziale minore a maggiore. La convenzione è si errata, ma non produce alcun errore dal punto di vista fisico.

Durante l'esperimento il conduttore deve essere tenuto in condizioni stabili di temperatura, di pressione e di ogni altra grandezza che può modificarne il comportamento elettrico.

Nel disegno abbiamo indicato il polo negativo con l'asticella minore. Si tratta in realtà di pura convenzione per non invertire i poli.

Nelle nostre misure in tabella dobbiamo tenere conto dell'errore sperimentale.

Per quanto riguarda la colonna dell'Ampere abbiamo dovuto moltiplicare ogni misura per 1000, perché si trattava di milliampere. Questo per una nostra convenienza, dato che W e dato da Volt su Ampere.

Nelle nostre misure abbiamo scelto una scala di misura opportuna. In genere su queste conviene tenere in considerazione solo l'ultimo terzo di scala, perché è presente un errore minore.