Introduzione
Nei precedenti articoli abbiamo studiato i principali componenti di un circuito elettrico: il generatore, la tensione, la corrente, la resistenza e la legge di Ohm. Abbiamo imparato a comprenderne il funzionamento e il ruolo che svolgono all’interno di un circuito elettrico.
Ora è il momento di cambiare punto di vista.
Anziché osservare i singoli componenti, inizieremo a considerare il circuito nel suo insieme. Per descriverne la struttura, gli elettricisti, i tecnici e gli ingegneri utilizzano tre concetti fondamentali: nodo, ramo e maglia.
Questi tre elementi costituiscono il linguaggio di base dell’analisi dei circuiti. Saperli riconoscere significa imparare a leggere uno schema elettrico e interpretare correttamente la struttura di un circuito elettrico.
Nei prossimi articoli questi concetti diventeranno indispensabili per comprendere il funzionamento dei circuiti elettrici e affrontarne l’analisi in modo sempre più approfondito.
Un circuito può essere rappresentato in due modi: attraverso i componenti reali oppure mediante uno schema elettrico.
In questo corso utilizzeremo principalmente gli schemi elettrici, perché permettono di rappresentare i circuiti in modo semplice, chiaro e universale, facilitandone lo studio e l’analisi.
Che cos’è un nodo?
Osservando uno schema elettrico, è possibile individuare alcuni punti nei quali i conduttori si uniscono tra loro. Questi punti prendono il nome di nodi.
Un nodo è l’insieme dei punti di un circuito collegati tra loro mediante conduttori ideali, senza componenti interposti. Tutti i punti appartenenti allo stesso nodo si trovano quindi allo stesso potenziale elettrico.
Negli schemi elettrici un punto nero indica generalmente una connessione elettrica tra conduttori. Tutti i tratti di filo ideale collegati direttamente tra loro, senza componenti interposti, appartengono allo stesso nodo, anche se nello schema il nodo si estende attraverso più segmenti di conduttore.
Quando in un nodo confluiscono tre o più rami, si parla di nodo principale. In corrispondenza di un nodo principale la corrente può suddividersi tra più rami oppure più correnti possono ricongiungersi.
Il nodo principale è il punto della rete in cui diventano particolarmente importanti le correnti dei diversi rami. Questo concetto sarà fondamentale per comprendere la legge dei nodi di Kirchhoff.
Riconoscere i nodi è il primo passo per comprendere come sono collegati i diversi elementi di un circuito elettrico.
Che cos’è un ramo?
In un circuito elettrico, i nodi non sono isolati, ma sono collegati tra loro mediante conduttori e componenti elettrici.
Un ramo è una porzione di circuito compresa tra due nodi, attraversata dalla stessa corrente in tutti i suoi elementi.
Un ramo può contenere uno o più componenti collegati in serie, come generatori, resistenze o altri dispositivi elettrici. Finché lungo il percorso non si incontra una diramazione della corrente, gli elementi appartengono allo stesso ramo.
Individuare correttamente i rami permette di comprendere come sono collegati i diversi elementi del circuito e rappresenta un passaggio fondamentale per l’analisi delle reti elettriche.
Che cos’è una maglia?
In analisi dei circuiti, una maglia è un percorso chiuso formato da più rami, che parte da un nodo e ritorna allo stesso nodo senza attraversare due volte lo stesso nodo lungo il percorso.
Le maglie permettono di individuare i percorsi chiusi presenti nel circuito e saranno fondamentali per applicare le leggi di Kirchhoff nell’analisi delle reti elettriche.
Nodo, ramo e maglia nello stesso circuito
Finora abbiamo esaminato separatamente i concetti di nodo, ramo e maglia. Nella pratica, però, questi elementi convivono all’interno dello stesso circuito elettrico.
Osservando uno schema elettrico è possibile individuare contemporaneamente i nodi, cioè insiemi di punti collegati direttamente da conduttori ideali e quindi allo stesso potenziale, i rami, cioè porzioni di circuito comprese tra due nodi e attraversate dalla stessa corrente, e le maglie, cioè percorsi chiusi formati da più rami che ritornano al nodo di partenza senza attraversare due volte lo stesso nodo.
Una volta acquisiti questi concetti, leggere e interpretare uno schema elettrico diventerà molto più semplice.
Osserviamo il circuito
Analizziamo ora il circuito rappresentato nella figura precedente.
I quattro punti evidenziati in verde rappresentano i nodi, cioè i punti nei quali i conduttori si collegano tra loro.
Il tratto evidenziato in blu rappresenta un ramo, ossia il percorso compreso tra due nodi consecutivi.
Il percorso evidenziato in arancione rappresenta invece una maglia, cioè un percorso chiuso formato da uno o più rami.
Imparare a riconoscere questi elementi è il primo passo per comprendere la struttura di qualsiasi circuito elettrico.
Da non confondere
Quando si inizia a studiare l’analisi dei circuiti è facile confondere alcuni concetti fondamentali. Ricorda che:
- un nodo è un punto di collegamento tra due o più conduttori; due fili che si incrociano senza un punto di giunzione non appartengono allo stesso nodo;
- un ramo non coincide necessariamente con un singolo componente: è il tratto di circuito compreso tra due nodi consecutivi e può contenere uno o più componenti;
- una maglia è un percorso chiuso formato da uno o più rami. Nei circuiti complessi possono essere presenti più maglie.
✅ Autovalutazione
Verifica se hai compreso come riconoscere la struttura di un circuito elettrico.
- Che cos’è un nodo e quale proprietà hanno tutti i punti appartenenti allo stesso nodo?
- Che differenza c’è tra un punto di connessione rappresentato nello schema e il nodo elettrico nel suo insieme?
- Quando un nodo viene definito nodo principale e che cosa può accadere alle correnti in corrispondenza di esso?
- Che cos’è un ramo e quale grandezza elettrica assume lo stesso valore in tutti gli elementi appartenenti allo stesso ramo?
- Un ramo può contenere più componenti? In quale condizione?
- Che cos’è una maglia?
- Perché riconoscere correttamente nodi, rami e maglie è necessario prima di applicare le leggi di Kirchhoff?
Se sai individuare in uno schema elettrico nodi, nodi principali, rami e maglie e sai spiegare che tutti i punti di uno stesso nodo hanno lo stesso potenziale mentre gli elementi di uno stesso ramo sono attraversati dalla stessa corrente, sei pronto per affrontare le leggi di Kirchhoff.
Da ricordare
- Nodo: insieme dei punti del circuito collegati direttamente mediante conduttori ideali e quindi allo stesso potenziale elettrico.
- Nodo principale: nodo nel quale confluiscono tre o più rami.
- Ramo: porzione di circuito compresa tra due nodi, attraversata dalla stessa corrente in tutti i suoi elementi.
- Maglia: percorso chiuso formato da più rami, che ritorna al nodo di partenza senza attraversare due volte lo stesso nodo.
Il prossimo passo
Ora che hai imparato a riconoscere nodi, rami e maglie, puoi affrontare un nuovo argomento fondamentale: come si determina la corrente che circola in una maglia.
Nel prossimo articolo applicheremo la legge di Ohm all’intero circuito e scopriremo perché la corrente assume proprio quel valore.
