Legge di Ohm, potenza ed energia elettrica
Collega tensione, corrente, resistenza, potenza ed energia; converti le unità e verifica i risultati con esempi di circuiti in continua.
Redazione e revisione tecnica:Team di ingegneria ElectroDesignForge
Consulta il processo editorialeConcetto chiave: in un circuito resistivo in corrente continua, la legge di Ohm lega la tensione V, la corrente I e la resistenza R. La potenza P indica la velocità di trasferimento dell'energia; l'energia E dipende anche dal tempo.
Riferimento rapido
| Grandezza | Simbolo | Unità SI | Significato |
|---|---|---|---|
| Tensione | V | volt (V) | Differenza di potenziale tra due punti |
| Corrente | I | ampere (A) | Flusso di carica elettrica nell'unità di tempo |
| Resistenza | R | ohm (Ω) | Opposizione al passaggio della corrente |
| Potenza | P | watt (W) | Energia trasferita o convertita ogni secondo |
| Energia | E | joule (J) | Energia totale trasferita o consumata |
Le equazioni seguenti presuppongono un carico resistivo in corrente continua oppure valori efficaci in corrente alternata. I carichi reattivi, i convertitori a commutazione e i segnali non sinusoidali richiedono di considerare anche il fattore di potenza e la forma d'onda.
Legge di Ohm: relazioni tra V, I e R
V = I × R
I = V / R
R = V / I
| Valori noti | Calcolare | Equazione |
|---|---|---|
| corrente e resistenza | tensione | V = I × R |
| tensione e resistenza | corrente | I = V / R |
| tensione e corrente | resistenza | R = V / I |
A resistenza costante, una tensione maggiore produce più corrente. A tensione costante, una resistenza maggiore limita la corrente.
Potenza elettrica: relazioni tra P, V, I e R
La potenza indica quanto rapidamente un carico riceve o dissipa energia.
P = V × I
P = I² × R
P = V² / R
| Valori noti | Potenza |
|---|---|
| tensione e corrente | P = V × I |
| corrente e resistenza | P = I² × R |
| tensione e resistenza | P = V² / R |
Quando scegli un resistore, confronta la sua potenza nominale con la dissipazione calcolata. Un margine iniziale pratico è almeno ×2; verifica poi la curva di declassamento termico del produttore.
Energia elettrica: P, E e tempo
La sola potenza non indica quanta energia viene usata: occorre moltiplicarla per la durata.
E = P × t
P = E / t
t = E / P
Nelle unità SI, 1 W = 1 J/s; quindi E (J) = P (W) × t (s).
Per le batterie e i consumi elettrici è più comodo usare i wattora:
E (Wh) = P (W) × t (h)
1 Wh = 3,600 J
1 kWh = 1,000 Wh = 3.6 MJ
Conversioni utili
| Prefisso | Simbolo | Fattore | Esempio |
|---|---|---|---|
| micro | µ | 10⁻⁶ | 250 µA = 0.000250 A |
| milli | m | 10⁻³ | 470 mW = 0.470 W |
| chilo | k | 10³ | 4.7 kΩ = 4,700 Ω |
| mega | M | 10⁶ | 2 MΩ = 2,000,000 Ω |
| Conversione | Risultato |
|---|---|
| 12 V × 2 A | 24 W |
| 24 W per 30 min | 12 Wh |
| 12 Wh | 43,200 J |
| 2.5 A per 4 h | 10 Ah |
Gli ampereora (Ah) misurano la carica. Per confrontare batterie con tensioni diverse, confronta i wattora: Wh ≈ V nominale × Ah.
Esempi svolti
1. Resistore alimentato a 12 V
Un resistore da 120 Ω è alimentato a 12 V.
I = V / R = 12 / 120 = 0.1 A = 100 mA
P = V × I = 12 × 0.1 = 1.2 W
Il resistore dissipa 1.2 W. Un resistore da 1 W non è adeguato: scegli una potenza nominale maggiore, per esempio 3 W in condizioni termiche ordinarie, dopo aver controllato la curva di declassamento.
2. LED con resistore in serie
Un LED ha una tensione diretta di 2 V e richiede 20 mA da un'alimentazione di 5 V.
V_R = 5 − 2 = 3 V
R = V_R / I = 3 / 0.02 = 150 Ω
P_R = V_R × I = 3 × 0.02 = 0.06 W = 60 mW
Un resistore da 150 Ω e 0.125 W soddisfa il requisito di potenza; uno da 0.25 W offre più margine. Verifica sempre la tolleranza dell'alimentazione e l'intervallo della tensione diretta del LED.
3. Energia consumata da un dispositivo
Un dispositivo assorbe 18 W per 8 h.
E = P × t = 18 × 8 = 144 Wh = 0.144 kWh
Questa è l'energia addebitata o fornita dalla batteria prima delle perdite del convertitore e del margine di autonomia.
Procedura di verifica
- Usa le unità di base: V, A, Ω, W e s oppure h.
- Scegli due grandezze indipendenti per la legge di Ohm; la terza ne consegue.
- Calcola la potenza in ogni componente che può riscaldarsi.
- Moltiplica la potenza per il tempo per trovare l'energia.
- Verifica che l'ordine di grandezza sia plausibile e rispetta i limiti di tensione, corrente e temperatura di ogni componente.
Limiti e sicurezza
- La sola legge di Ohm non descrive diodi, transistor, lampade a filamento o convertitori: la loro resistenza effettiva può variare con tensione, corrente o temperatura.
P = V × Ivale in corrente continua. In corrente alternata, la potenza attiva dipende anche dal fattore di potenza:P = V_RMS × I_RMS × cos φper una sinusoide.- Una potenza calcolata bassa non rende sicuro un circuito. La tensione di rete o una batteria capace di erogare molta corrente richiedono protezioni e procedure adeguate.
Strumento correlato
Apri il calcolatore della legge di Ohm per ricavare V, I, R e P da due valori, con indicazioni sulla potenza del resistore e sulla portata del fusibile.
Fonti
- IEC 80000-6 — Quantities and units: electromagnetism.
- BIPM — The International System of Units (SI Brochure).
- IEC 60364-1 — Low-voltage electrical installations: fundamental principles and safety.