Finora abbiamo visto alcuni elementi di programmazione di base per la nostra scheda Arduino, elementi che costituiscono i primi mattoncini su cui costruiremo e collauderemo prototipi funzionanti, con i quali fare “agire” in qualche modo Arduino. Tuttavia, senza avere un minimo di conoscenze di elettronica, non riusciremo ad andare molto lontano. Il presente articolo, senza avere la pretesa di essere esaustivo in materia, si prefigge di introdurre in maniera semplice i primi rudimenti di elettronica. Grazie ad essi, potrete spingervi molto lontano nel vostro percorso di apprendisti maker.
Circuiti
Dando un sguardo ravvicinato ad Arduino, si potrà notare una serie di componenti (cristalli, condensatori, resistenze, connettori ecc.), collegati da un certo numeri di piste di rame a formare quelli che vengono definiti circuiti elettrici. Per capire meglio di cosa si tratta, solitamente si procede alla similitudine con i circuiti idraulici, collegati da tubi in cui scorre acqua con una certa pressione. Questa similitudine renderà più intuitivi i concetti di tensione, corrente e resistenza che stiamo per introdurre.
Tensione
Nei cavi (o nelle piste) dei circuiti elettrici scorrono elettroni esattamente come nei tubi idraulici scorre acqua. La pressione provoca il passaggio di acqua, mentre la tensione provoca il passaggio di corrente elettrica; più grande sarà la tensione, più grande sarà la velocità con cui gli elettroni scorrono nei circuiti. La tensione si misura in Volt (V) ed esprime il potenziale di flusso di elettroni fra il punto di origine e il punto di arresto del flusso. Esattamente come un oggetto precipita in modo più intenso quanto più in alto si trova il punto da cui viene lasciato cadere, anche in un circuito elettrico è possibile misurare quanto potenziale occorre per spostare gli elettroni da un punto ad un altro.
Corrente
Per misurare la quantità del flusso di acqua che scorre all’interno dei tubi di un circuito idraulico, si procede a misurare i litri al minuto; in maniera analoga, per misurare l’energia che scorre in una linea elettrica si utilizzano gli Ampere (A), unità con cui si indica la quantità di carica elettrica al minuto. Dire che in un circuito la corrente è di 1 A, vuol dire che 6,24 x 1018 elettroni al secondo scorrono nel cavo elettrico. In generale la corrente si esprime in milliampere (mA).
Resistenza
Tornando a guardare la nostra scheda Arduino, si noterà che ogni componente è fatto da materiali diversi (e diversi sono ance spessore e temperature). Ognuno di essi oppone una certa resistenza al passaggio di corrente, caratteristica molto importante per limitarne il passaggio in alcuni punti del circuito, ad esempio per evitare che un led si bruci per sovraccarico. La resistenza si misura in Ohm (Ω). L’opposizione al flusso di elettroni genera attrito, che a sua volta genera calore (prima o poi capiterà di scottarsi toccando una resistenza!).
Legge di Ohm
Esiste una relazione tra corrente, tensione e resistenza, esprimibile mediante l’equazione:
corrente (I) = tensione (V) / resistenza (R)meglio nota come Legge di Ohm.
Cambiando l’incognita dell’equazione, è possibile ottenere le due formule seguenti, con cui si calcolano resistenza e tensione:
resistenza (R) = tensione (V) / corrente (I)
tensione (V) = resistenza (R) x corrente (I)Nelle tre formule sopra ho mantenuto la convenzione di abbreviare la corrente in “I”, che in passato indicava l’induttanza.
Vedremo un uso tipico della legge di Ohm nel progetto di accensione del led.
Conclusione
Abbiamo introdotto alcune pillole di elettronica che ci saranno necessarie per collaudare i nostri primi prototipi con i più diffusi componenti elettronici (led, led infrarossi ed rgb, buzzer, relè ecc.). Anche se inizialmente potremmo non avere bisogno subito di calcolare tensione e corrente di un circuito, tuttavia una volta assunte queste pillole, saremo in grado di comprendere meglio cosa stiamo facendo. Ciò ci servirà in futuro quando la creatività ci spingerà verso progetti più complessi in cui utilizzare componenti diverse da quelle che ci sono note e di conseguenza, con tensioni e correnti di lavoro alle quali adattare i circuiti di nostra costruzione.
