Corrente, Tensione e Circuito Elettrico

Immagina l’elettricità come un “traffico” di minuscole particelle cariche, gli elettroni, che possono muoversi dentro certi materiali. Quando questo movimento è organizzato e continuo parliamo di corrente elettrica. In altri termini, la corrente elettrica è la quantità di carica (elettroni) che passa in un circuito nell’unità di tempo.
L’unità di misura è l’ampere (A) e corrisponde a un coulomb al secondo.
### Relazione tra corrente e carica

La corrente elettrica ( I ) è definita come la variazione della carica ( Q ) nel tempo:

Per far muovere quelle cariche serve una spinta. Quella spinta si chiama tensione o differenza di potenziale ed è l’energia disponibile per ogni unità di carica affinché compia un percorso. Si misura in volt (V) e puoi pensarla come la pressione che mette in moto l’acqua. Se la tensione è alta, gli elettroni hanno più energia per attraversare un componente; se è bassa, la spinta è modesta. In termini fisici, 1 V = 1 J/C: un volt è un joule di energia per coulomb di carica.

Non è diverso dall’idea di una portata d’acqua in un tubo: più elettroni scorrono in un secondo, maggiore è la corrente.

Analogia con il flusso di acqua in un tubo.
![circuito](images/acquaepressione.png

Tra la spinta e il flusso c’è di mezzo la “strada” che le cariche devono percorrere. I materiali non sono tutti uguali: alcuni lasciano passare gli elettroni con facilità (conduttori), altri oppongono resistenza (isolanti o, più spesso, resistenze controllate). La relazione più celebre che lega questi elementi è la legge di Ohm: V = I · R. A parità di tensione, una resistenza grande lascia passare poca corrente; a parità di resistenza, più volt significano più ampere. Da qui discende anche la potenza elettrica, P = V · I: è il ritmo con cui l’energia viene trasformata, ad esempio in luce o calore.

Un circuito elettrico è il percorso chiuso che permette alla corrente di andare dal polo positivo a quello negativo di una sorgente e tornare indietro. “Chiuso” è la parola chiave: senza un anello completo, le cariche non possono fluire in modo continuo. La sorgente (una batteria, un alimentatore) stabilisce la differenza di potenziale; i conduttori offrono il cammino; i componenti lungo la strada — lampadine, resistenze, sensori, motori — trasformano l’energia elettrica in altre forme utili. Se apri l’anello con un interruttore, interrompi il flusso; se lo richiudi, la corrente riprende immediatamente a scorrere. In quest’ottica, un corto circuito è un percorso troppo facile e quasi senza resistenza tra i poli: la corrente diventa enorme e la potenza si scarica dove non dovrebbe, con rischi di surriscaldamento e danni.

Nella pratica quotidiana incontriamo due modi diversi di “erogare” la tensione. La corrente continua (DC), tipica delle batterie e dei microcontrollori come l’ESP32, mantiene costanti polarità e valore, al netto di piccole ondulazioni. La corrente alternata (AC), tipica della rete domestica, fa oscillare periodicamente la tensione e, di conseguenza, la direzione del flusso medio della corrente. È lo stesso concetto di spinta e flusso, ma con un profilo temporale diverso; i circuiti si progettano tenendo conto di quale forma di energia elettrica useranno.

Capire corrente e tensione come flusso e spinta, e il circuito come anello chiuso che permette all’energia di compiere un “lavoro”, rende naturale anche il modo in cui misuriamo e colleghiamo gli strumenti. L’amperometro si mette in serie perché deve “sentire” quanta carica passa lì dentro; il voltmetro si mette in parallelo perché confronta l’energia per carica tra due punti. E quando i componenti si collegano, valgono due regole intuitive: ciò che entra in un nodo deve uscire (conservazione della carica), e lungo un giro completo la somma delle salite e discese di tensione si bilancia (l’energia “guadagnata” dalla sorgente è “spesa” nei carichi).

In fondo, tutta l’elettronica — dai LED accesi in laboratorio fino ai computer — è un gioco di pressioni e flussi organizzati in percorsi chiusi. La tensione decide quanta energia è a disposizione, la corrente racconta quanto “traffico” c’è, la resistenza stabilisce quanto è agevole la strada, e il circuito è la mappa che fa funzionare tutto in armonia.

Esperimenti

1 - Output su un GPIO

Si scriva un programma in modo da alternare uno zero (LOW) e un uno (HIGH) su un pin GPIO (ad esempio GPIO4). Si metta una pausa di almento un paio di secondi tra una alternanza e l'altra. Si verifichi quindi con il multimetro, messo in modalità di lettura della tensione continua, che il valore letto dallo strumento sia 0.0 e 3.3Volt a seconda di quello che scrivere su GPIO4.
I due puntali (rosso e nero) devo essere collegati sul pin di massa (GND) e GPIO4 del ESP32.

In figura con il simbolo V si intende il multimentro messo in modalità voltometro.

2 - collegamento di una resistenza

Si esegua il circuito come indicato in figura:

Ora il multimetro è usato in modalità Amperometro (lettura di corrente che scorre nel conduttore). Con lo stesso programma di prima dovresto vedere corrente 0 ampere (A) quando sul pin GPIO4 pilotate uno 0, e un valore con GPIO4 a 1. Con la resistenza da 220ohm, verificate che la corrente letta dallo strumento sia uguale a quella ricavata dalla formula.

ripetere la stessa misura con R=1kohm e R=10kohm.
Controllare sempre con la formula V=R*I.