Strumenti per misure elettriche

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Introduzione

Strumenti per misure elettriche Strumenti per la misurazione di grandezze elettriche quali la corrente, la carica e la differenza di potenziale, e delle proprietà dei circuiti elettrici, quali la resistenza, la capacità e l’induttanza.

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Metodi per le misurazioni elettriche

La misurazione delle grandezze elettriche, in generale, si effettua con metodi indiretti, sfruttando gli effetti osservabili e misurabili provocati dai fenomeni elettrici. Un esempio è fornito dalla misurazione dell’intensità di corrente mediante un galvanometro: in esso, la corrente incognita percorre una bobina posta in un campo magnetico; per effetto combinato di campo e corrente, la bobina si sposta di un angolo proporzionale all’intensità della corrente; misurando tale spostamento ed effettuando un’opportuna taratura dello strumento, è possibile leggere direttamente l’intensità della corrente incognita. Altri metodi di misura sfruttano l'interazione elettromagnetica tra correnti, la forza tra cariche elettriche e il riscaldamento di resistenze elettriche in seguito al passaggio di corrente (effetto Joule).

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Unità di misura

Per assicurare la ripetibilità e l'accuratezza delle misurazioni, gli strumenti vengono tarati in base alle principali unità di misura elettriche: volt, ampere, ohm, coulomb, henry, farad, watt e joule.

Le unità di misura fondamentali come l'ohm e l'ampere sono basate su definizioni concordate a livello internazionale, ed espresse in termini di grandezze come massa, dimensione dei conduttori e tempo. L'ampere, ad esempio, è definito come l'intensità della corrente che, fluendo in due conduttori rettilinei paralleli, di lunghezza idealmente infinita e sezione trascurabile, posti a un metro l'uno dall'altro, produce tra essi una forza pari a 2 x 10^-7 N (newton) per ogni metro di lunghezza.

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Misure di corrente

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Galvanometri

I galvanometri sono gli strumenti più usati per rivelare e misurare le correnti elettriche. Il loro principio di funzionamento si fonda sul fatto che un conduttore percorso da corrente, posto in un campo magnetico, è soggetto a una forza che dipende dall'intensità e dal verso della corrente stessa. La corrente da misurare viene inviata in una bobina mobile, posta in un campo magnetico generato da un magnete permanente o da un elettromagnete interno allo strumento; per effetto del campo, la bobina subisce una rotazione il cui angolo, proporzionale all'intensità di corrente, viene riportato su una scala graduata mediante un indice solidale con la bobina.

Nel galvanometro a riflessione di D'Arsonval un piccolo specchio, connesso alla bobina mobile, riflette un fascio di luce su una scala posta a circa 1 m dallo strumento. Questo sistema, grazie all'assenza di fenomeni dissipativi quali l'attrito, vanta grande accuratezza. L'aggiunta di una scala opportunamente calibrata converte il galvanometro in amperometro, utilizzato per misurare l'intensità di corrente in ampere.

La bobina mobile del galvanometro può sopportare solo correnti relativamente deboli, per cui, quando occorre misurare correnti di elevata intensità – dell'ordine di centinaia di ampere – si ricorre all’utilizzo di uno shunt a bassa resistenza. Si tratta di un conduttore inserito fra i terminali del galvanometro, che serve ad assorbire la maggior parte della corrente in ingresso, in modo che la quantità che effettivamente attraversa lo strumento risulti grandemente ridotta. In questo modo, il galvanometro può efficacemente effettuare la misurazione, mentre il risultato, proporzionale (per un fattore che si può valutare) alla corrente totale, fornirà una misura fedele della grandezza incognita.