Bipoli e convenzioni: resistore, generatori, condensatore e induttore
Tensione, corrente e bipoli, convenzioni degli utilizzatori e dei generatori, potenza, legge di Ohm, generatori ideali, condensatore e induttore, componenti reali.
L’elettrotecnica studia i circuiti come reti di componenti ideali, descritti solo dalla relazione tra tensione e corrente ai loro morsetti. È un’astrazione potente: non importa come è fatto dentro un resistore o una pila, conta solo come si comporta visto da fuori. In questa lezione introduciamo le grandezze, le convenzioni di segno (fonte di molti errori), i bipoli ideali fondamentali e la potenza.
Tensione, corrente e bipoli
Un bipolo è un componente con due morsetti. Il suo stato è descritto da due grandezze:
- la corrente
che lo attraversa (in ampere), con un verso scelto e indicato da una freccia; - la tensione
tra i suoi morsetti (in volt), con un morsetto indicato con + come riferimento.
I versi sono convenzionali: si scelgono all’inizio, e se alla fine una grandezza risulta negativa vuol dire solo che il verso reale è opposto a quello scelto. L’importante è sceglierli prima e rispettarli fino in fondo.
Le convenzioni dei segni e la potenza
- Convenzione degli utilizzatori: la corrente entra dal morsetto +. Il prodotto
è la potenza assorbita dal bipolo. - Convenzione dei generatori: la corrente esce dal morsetto +. Il prodotto è la potenza erogata.
Con la convenzione degli utilizzatori, una potenza negativa vuol dire che il bipolo sta in realtà erogando energia: una batteria che alimenta un circuito assorbe una potenza negativa. In un circuito isolato la somma delle potenze assorbite da tutti i bipoli è zero (teorema di Tellegen): l’energia erogata dai generatori è uguale a quella assorbita dagli altri componenti.
Il resistore
Con la convenzione degli utilizzatori il resistore ideale segue la legge di Ohm:
![\[ v = R\,i,\qquad i = G\,v,\qquad G = \frac1R \]](https://www.electronics-engineering.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-be6f5b80337f7d5886f2be284106068b_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
è la resistenza in ohm, 
la conduttanza in siemens. La potenza assorbita è 
, sempre positiva: il resistore dissipa sempre energia, in calore. I casi limite sono il cortocircuito (
, tensione nulla per qualsiasi corrente) e il circuito aperto (
, corrente nulla per qualsiasi tensione).
Nei resistori reali conta anche la potenza nominale: un resistore da 1/4 W con 10 V ai capi e 100 Ω dissiperebbe 1 W e brucerebbe.
I generatori ideali
- Generatore ideale di tensione: mantiene ai capi la tensione
qualunque sia la corrente che lo attraversa. Non si può cortocircuitare (la corrente sarebbe infinita). - Generatore ideale di corrente: fa circolare la corrente
qualunque sia la tensione ai suoi capi. Non si può lasciare a circuito aperto (la tensione sarebbe infinita).
Un generatore reale di tensione si modella come un generatore ideale in serie con una resistenza interna 
: ai morsetti si misura 
. La tensione cala quando la corrente aumenta: è la “caduta” che si nota avviando un’auto con la batteria vecchia. Lo stesso generatore si può vedere come un generatore di corrente 
in parallelo a : i due modelli sono equivalenti, ed è un’anticipazione dei teoremi di Thevenin e Norton.
I componenti con memoria: condensatore e induttore
Il condensatore e l’induttore ideali legano la tensione e la corrente attraverso una derivata (Fisica 2):
![\[ i = C\,\frac{dv}{dt},\qquad v = L\,\frac{di}{dt} \]](https://www.electronics-engineering.com/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-69adf76b6818dee393cad83e2fad08b2_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Non dissipano energia ma la immagazzinano: 
nel campo elettrico, 
nel campo magnetico. Due conseguenze pratiche:
- la tensione su un condensatore non può cambiare di colpo (servirebbe una corrente infinita): è continua nel tempo;
- la corrente in un induttore non può cambiare di colpo: è continua anche lei.
In continua, a regime, nulla cambia: il condensatore si comporta come un circuito aperto, l’induttore come un cortocircuito. Sono le regole che useremo per i transitori.
I componenti reali
Ogni componente reale si discosta un po’ da quello ideale: un resistore ha una piccola induttanza, un condensatore una resistenza serie (ESR), un induttore la resistenza del filo. A bassa frequenza i modelli ideali bastano; ad alta frequenza i componenti “parassiti” diventano importanti, e un condensatore da 100 nF, sopra qualche decina di megahertz, si comporta già come un induttore. Il valore dei componenti si legge con i codici stampati sul corpo, come quelli dei condensatori spiegati nell’approfondimento collegato a questa materia.
