Volt, Ampere, Watt: cosa sono e come calcolarli

Quando leggi le etichette sugli alimentatori o su altri apparati sei confuso e non capisci il significato delle specifiche? Non sai come destreggiarti tra Volt, Ampere e Watt? Questo articolo ti spiega in modo semplice queste grandezze elettriche e ti aiuterà a uscirne vivo!

Sì, perché, contrariamente a quanto pensano molte persone, Volt, Ampere e Watt non sono modi diversi di chiamare 'a corente (con una "r" sola per marcare l'accento romano ) ma sono le unità di misura di tre grandezze elettriche differenti e legate tra loro da una "formula magica", detta Legge di Ohm, dal nome del suo scopritore, il fisico tedesco Georg Ohm.

Ovviamente l'argomento è un po' più complicato di come lo descriverò e spero che i più esperti non se la prenderanno se cercherò di semplificare evitando di scendere troppo nel tecnico, anche se in alcuni punti sarà indispensabile.

Ecco le sezioni contenute in questo articolo:

• La Legge di Ohm
• Potenza ed energia
• I prefissi nelle unità di misura
• Come si leggono le etichette degli alimentatori
• Come misurare Volt, Ampere, Watt e Ohm
• Conclusioni

La Legge di Ohm

Non spaventarti, la Legge di Ohm è semplicissima e mette in relazione tre grandezze elettriche: la corrente (I), la tensione (V) e la resistenza (R). Infatti, esse sono "legate" tra loro in questo modo:

I = V/R

Cioè, la corrente è uguale alla tensione diviso la resistenza.

Ne derivano la definizione di Resistenza:

R = V/I

e di Tensione:

V = R×I

Ma, per comprendere meglio queste semplici formule, bisogna dare una definizione comprensibile delle grandezze in gioco e, per essere più chiaro, adotterò un'analogia con l'idraulica, spesso utilizzata negli esempi sull'elettricità:

Tensione (V): è la differenza di potenziale tra un certo punto di un circuito e un altro punto. Nell'analogia con l'idraulica, immagina un serbatoio d'acqua sospeso a una certa altezza. A causa della forza di gravità, l'acqua nel serbatoio è dotata di energia potenziale che, se liberata (aprendo il rubinetto), si trasformerà in energia cinetica spingendo l'acqua verso terra, generando un flusso (corrente).
L'unità di misura della tensione è il Volt, il cui simbolo è V.

Corrente (I): è la quantità di cariche che scorrono in un conduttore nell'unità di tempo. Sempre pensando all'idraulica, la corrente è rappresentata dalla quantità di molecole d'acqua che scorrono nel tubo in un certo intervallo di tempo.
L'unità di misura della Corrente è l'Ampere, il cui simbolo è A.

Resistenza (R): è, appunto, la resistenza che un circuito oppone al passaggio della corrente. Nel caso del serbatoio qui sopra, potrebbe essere rappresentata dal diametro del tubo che esce dal serbatoio e/o da eventuali "strozzature" in questo tubo come, per esempio, quella generata dal rubinetto per regolare il flusso d'acqua. Più il tubo è grande e minore è la resistenza che esso oppone allo scorrimento dell'acqua.
L'unità di misura della Resistenza è l'Ohm, il cui simbolo è Ω (omega) oppure semplicemente Ohm.

Potenza ed energia

Rimangono, infine, la potenza (P), cioè la potenza istantanea assorbita (o erogata) da un apparato, misurata in Watt con il simbolo W e l'energia (E) che, nella "vita pratica", rappresenta l'energia consumata, quella che ti viene addebitata in bolletta, per capirci e che possiamo definire come la potenza assorbita in un certo intervallo di tempo e che, nel caso della tua bolletta, viene espressa in kiloWattOra, il cui simbolo è kWh o kW/h.

Facendo un'analogia sportiva, la tua potenza muscolare magari ti permette di correre a più di 20km/h... ma per quanto tempo? Un secondo? Un minuto? Un'ora? Dipende dall'energia di cui disponi grazie a quello che hai mangiato... e che hai pagato, come la bolletta della luce.

Oltre ai Watt esistono anche i VoltAmpere che, col simbolo VA, sono l'unità di misura della potenza apparente, grandezza elettrica molto simile alla potenza reale, espressa in Watt.
Il concetto di potenza apparente si applica ai carichi non puramente resistivi in regime di corrente alternata. Ma non è il caso di affrontare un argomento così complesso in questo articolo.

I prefissi nelle unità di misura

Il prefisso kilo (k) o chilo, che utilizzi quotidianamente come abbreviazione di kilogrammo (dove grammo è l'unità di misura) quando esprimi un peso, è un semplice moltiplicatore ×1'000, utilizzato nel Sistema Internazionale delle unità di misura, insieme ad altri di cui riporto brevemente i più comuni:

• Kilo (k): moltiplica per 1'000 (mille, 10³)
• Mega (M): moltiplica per 1'000'000 (un milione, 10⁶)
• Giga (G): moltiplica per 1'000'000'000 (un miliardo, 10⁹)
• Tera (T): moltiplica per 1'000'000'000'000 (un milione di milioni, 10¹²)

e, tra i divisori:

• Milli (m): divide per 1'000 (un millesimo, 10^-3)
• Micro (µ): divide per 1'000'000 (un milionesimo, 10^-6)
• Nano (n): divide per 1'000'000'000 (un miliardesimo, 10^-9)
• Pico (p): divide per 1'000'000'000'000 (un milionesimo di milionesimo, 10^-12)

Per fare qualche esempio:

• 3 kW (tre kiloWatt) = 3'000 W (tremila Watt)
• 15 mA (quindici milliAmpere) = 0,015 A (quindici millesimi di Ampere)
• 4 MΩ (quattro MegaOhm) = 4'000'000 Ω (quattro milioni di Ohm) oppure 4'000 kΩ (quattromila kiloOhm)

Quindi, quando sulla bolletta leggi che, in un bimestre, hai consumato 300 kWh, vuol dire che hai consumato 300'000 WattOra di energia cioè, essendoci in due mesi (60 giorni) circa 1'440 ore (60 × 24), è come se avessi tenuto acceso per 24 ore al giorno un apparato che consuma circa 208 Watt (300'000 / 1'440).

Facendo di nuovo riferimento al sistema idraulico nell'immagine di esempio, l'energia è paragonabile alla quantità totale di acqua che passa attraverso il tubo in un certo periodo di tempo (per esempio i due mesi di una bolletta ) mentre la potenza è il prodotto tra il flusso dell'acqua (litri al secondo) e la pressione con cui quest'acqua viene spinta, proporzionale all'altezza da terra del serbatoio, che equivale a dire «Ti ho fornito N litri di acqua al secondo a una pressione di 3 bar per due mesi.» cioè, ritornando alla bolletta elettrica, «Ti ho fornito N Ampere all'ora a una tensione di 220 V per due mesi.».

Infatti, la potenza si calcola come il prodotto tra tensione e corrente, cioè:

P = V×I

In pratica, sia tensione che corrente contribuiscono al valore della potenza e quest'ultima, moltiplicata per il tempo, ci dice quanta energia abbiamo consumato (che poi è quella che paghiamo).

Come si leggono le etichette degli alimentatori

Dopo tutta questa teoria, cerchiamone l'applicazione nel quotidiano imparando come si legge l'etichetta di un alimentatore per apparati elettronici (es. computer portatili, modem, telefoni cordless, ecc...):

L'etichetta nell'immagine di esempio, nella prima riga riporta il modello dell'alimentatore ed è importante solo se ne stai cercando uno identico (stessa marca, stesso modello) per sostituirlo.

La seconda riga, quella relativa all'INPUT (ingresso) indica che l'alimentatore è in grado di operare tra 100 e 240 V, in corrente alternata (il simbolo ~), a una frequenza di 50 o 60 Hz e che assorbe al massimo 0,5 A.

La riga successiva si riferisce all'OUTPUT (uscita) e ci dice che è a una tensione di 12 V, in corrente continua (simbolo ⎓), che al massimo è in grado di erogare 1 A e che il positivo è al centro del connettore.

Nel caso tu debba sostituire l'alimentatore, ammesso che tu non riesca a trovare l'originale, dovrai assicurarti almeno che:

• il nuovo abbia la stessa tensione di uscita del vecchio;
• che la corrente massima in uscita del nuovo sia uguale o superiore a quella del vecchio;
• che il tipo di corrente, cioè continua o alternata siano uguali (alcuni alimentatori hanno l'uscita in corrente alternata);
• che il connettore e la polarità (positivo al centro, nell'esempio) siano uguali (questo vale solo per la corrente continua);
• che la tensione e la frequenza d'ingresso siano compatibili con la tensione e la frequenza di rete della presa dove devi collegarlo (220/240 V, 50 Hz in Italia).

Per esercizio, calcoliamo la potenza massima assorbita da questo alimentatore, che abbiamo detto essere uguale a V×I, cioè 240 V × 0,5 A = 120 W. Semplice no?

Allo stesso modo calcoliamo la potenza massima erogabile in uscita: 12 V × 1 A = 12 W.

Ora vediamo come leggere l'etichetta di un alimentatore interno per PC, che è un po' più complessa della precedente, soprattutto a causa del fatto che questi alimentatori hanno molte uscite, cioè sono in grado di generare contemporaneamente diverse tensioni con diverse possibilità di carico:

La prima sezione, quella evidenziata dalla cornice rossa nell'immagine, è la parte che riguarda l'ingresso (AC INPUT, cioè Alternate Current INPUT - ingresso a corrente alternata) e ci dice che quest'alimentatore può essere alimentato con una tensione tra 200 e 240 V alternati, che assorbe un massimo di 5 A e che accetta frequenze tra 50 e 60 Hz.

La seconda sezione, relativa all'uscita (DC OUTPUT, cioè Direct Current OUTPUT - uscita a corrente continua) ed evidenziata in verde, ci mostra le diverse tensioni fornite (+12V, +3.3V, +5V, -12V e +5VSB) e i relativi carichi massimi in Ampere.

Per chi non lo sapesse, la scritta +5VSB indica la fornitura di +5V in modalità Stand By, cioè quando il computer è spento ma il cavo di alimentazione è collegato. Questa linea fornisce alimentazione ad alcuni circuiti che continuano a funzionare anche a computer spento come, per esempio, alcune prese USB, i circuiti che "ascoltano" gli eventi che possono accendere il PC (tastiera, LAN, ecc...) e l'area della RAM CMOS, per allungare la vita alla batteria di backup.

La terza sezione (TOTAL POWER, potenza totale), quella in blu, indica i massimi carichi per ogni canale e il massimo carico totale (700W, in questo caso).

Per completezza, gli avvisi sulla destra, contenuti nell'area evidenziata in giallo, ci forniscono degli avvertimenti preziosi per la sicurezza e la garanzia:

• AS SEALED STICK WAS REMOVED, LOST OR DAMAGED, IT SHALL BE OUT OF WARRANTY VALIDITY! = LA RIMOZIONE, LA PERDITA O IL DANNEGGIAMENTO DEL SIGILLO COMPORTANO LA PERDITA DELLA GARANZIA!
• HAZARDOUS VOLTAGE INSIDE! = TENSIONI PERICOLOSE ALL'INTERNO!
• DO NOT OPEN POWER SUPPLY COVER! = NON RIMUOVERE IL COPERCHIO DELL'ALIMENTATORE!
• SELECT THE RIGHT INPUT VOLTAGE! = SELEZIONARE LA TENSIONE D'INGRESSO CORRETTA!

Come misurare Volt, Ampere, Watt e Ohm

Se vuoi misurare Volt, Ampere, Watt e Ohm, sapendo che per effettuare misure elettriche devi essere consapevole di quello che fai e dei rischi che comporta e che l'elettricità è pericolosa per le persone e per le cose (!!!), puoi acquistare un semplice tester o multimetro.

Oggi ce ne sono per tutte le tasche, a partire da modelli economicissimi come questo, che però non ha la "pinza amperometrica" per la misura della corrente senza interruzione del circuito (solo misura con collegamento in serie):

Oppure puoi scegliere un modello con la pinza amperometrica (comunque economico) che permette di misurare la corrente tramite un "clamp" magnetico, senza bisogno di scollegare o tagliare il cavo per fare la misura in Ampere, come questo:

Ma esistono molti altri modelli e puoi vederli cliccando qui.

In ogni caso, un tester è qualcosa che non dovrebbe mai mancare in casa di un tecnico... o aspirante tecnico!

Conclusioni

Spero di essere riuscito a spiegare, nel modo più chiaro possibile, cosa sono i Volt, gli Ampere, i Watt, e gli Ohm.

Purtroppo, in questa come in tante altre materie, per comprendere anche solo "il minimo indispensabile per la sopravvivenza", è necessario avere almeno delle conoscenze elementari di Fisica e Matematica.
Spero di essere comunque riuscito a spiegare almeno i concetti fondamentali (anche se molto semplificati), che sono alla base dell'Elettronica.

Ma, se sei arrivato a leggere queste righe, forse sono riuscito a non essere troppo noioso...

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Grazie per avermi letto fin qui!

Fabio Donna