circuito

circuito

circùito [Der. del lat. circuitus, da circuire "andare intorno", comp. di circum "intorno" e ire "andare"] [ALG] Qualunque curva i cui punti siano in corrispondenza biunivoca con i punti di una circonferenza: un c. risulta essere quindi una curva chiusa continua e non intrecciata (priva di punti multipli). ◆ [LSF] Oltre che nel precedente signif. geometrico, partic. sentito nell'elettromagnetismo e nell'elettrotecnica, di struttura lineare chiusa e non intrecciata (c. elettrico, c. magnetico: v. oltre), il termine è spesso usato in varie tecniche per indicare il percorso che una sostanza compie in un impianto (in partic., un fluido entro una macchina o anche una corrente elettrica o un flusso magnetico) oppure per indicare, astrattamente, una serie ordinata di operazioni; in questi casi si parla di c. chiusi e, non propr., di c. aperti, a seconda che gli anzidetti percorso o serie di operazioni non abbiano un termine, cioè siano continui e ripetitivi, oppure lo abbiano. ◆ [EMG] C. a costanti concentrate, distribuite: c. le cui costanti, cioè le grandezze che lo caratterizzano, sono riferibili, rispettiv., a elementi finiti (è tale, per es., un c. elettrico ordinario, costituito da bipoli e reofori) oppure a elementi infinitesimi (per es., una linea elettrica): v. reti elettriche, teoria delle: IV 827 a. ◆ [EMG] C. assolutamente aperto, relativamente aperto: v. oltre: C. elettrico. ◆ [EMG] C. attivo: c. elettrico in cui agiscano forze elettromotrici o controelettromotrici. ◆ [ELT] C. di memoria: v. circuiti logici: I 620 e. ◆ [EMG] C. elettrico (propr., c. di una corrente elettrica): (a) la regione di spazio (non necessariamente occupata per intero da mezzi conduttori) in cui si svolgono le linee del vettore densità totale di una corrente elettrica; poiché tale vettore, risultante della densità di corrente di conduzione (e correnti assimilate) e di quella della corrente di spostamento, è solenoidale (v. corrente elettrica: I 773 b), le linee anzidette sono senza inizio né fine e, di norma, chiuse, il c. nel suo insieme è una struttura chiusa e non intrecciata; sezione del c. è l'intersezione con una superficie che lo tagli; spesso si considerano, per semplicità, intersezioni con superfici ortogonali alle linee di corrente e, se si può, piane (sezioni normali); tale concetto rigoroso di c. come struttura chiusa non intrecciata (caratterizzata cioè da un'unica corrente) è spesso alterato nella tecnica dal concetto di c. come struttura materiale percorsa o in grado di essere percorsa da correnti elettriche; questa accezione nacque all'inizio per i c. passivi cosiddetti RC, RL, RCL in parallelo, che sono propr. reti elettriche (vi sono per essi da considerare tante correnti quanti sono i rami messi in parallelo fra loro) ma che sono facilmente riducibili a un c. rigoroso sostituendo a insiemi di componenti passivi l'impedenza equivalente; nella maggior parte dei casi della tecnica, ciò che si chiama c. va chiamato rete elettrica; (b) con signif. concreto, un c. è l'insieme di corpi in cui si svolge una corrente elettrica che li attraversa ordinatamente; nel caso di correnti stazionarie, che sono esclusivam. di conduzione (e, ma infrequentemente, anche di convezione); la densità della corrente è solenoidale, per cui il c. è costituito da una catena chiusa di corpi materiali conduttori (bipoli e reofori); nel caso di correnti non stazionarie, la parte di esse costituita da correnti di spostamento può propagarsi anche in un dielettrico (compreso il vuoto), che può quindi occupare una parte più o meno rilevante del c.: quest'ultimo, chiuso ai fini della corrente totale, può risultare aperto ai fini della corrente sia di conduzione, sia di spostamento (si pensi, per es., a un c. comprendente un condensatore a vuoto: v. corrente elettrica: I 773 c); di qui l'uso di parlare, anche per correnti stazionarie, di c. aperto, e ciò con evidente contraddittorietà, per indicare un c. conduttore la cui continuità di conduzione sia interrotta, per es. mediante la manovra di un interruttore; una diversa, ma sostanzialmente equivalente, definizione di c. aperto può farsi in termini di impedenza Z del c.; precisamente, si dice che un c. è assolutamente aperto se Z è grandissima per qualunque frequenza delle forze elettromotrici agenti in esso, per modo che non possa passare una corrente di intensità apprezzabile, mentre si dice che un c. è aperto relativamente a una data frequenza (in partic. frequenza nulla, cioè forze elettromotrici continue) se Z è grandissima per quella frequenza, potendo peraltro risultare finita e, eventualmente, anche piccola per altre frequenze. Un c. elettrico è caratterizzato sempre da resistenza, capacità e induttanza (i cui valori, eventualmente combinati nelle reattanze capacitiva e induttiva e nell'impedenza, sono detti costanti, o parametri, circuitali). Sempre relativ. a una data frequenza delle forze elettromotrici impresse, si parla di c. resistivo oppure di c. reattivo a seconda che la resistenza complessiva prevalga sulla reattanza, oppure viceversa; in quest'ultimo caso si parla di c. induttivo oppure di c. capacitivo a seconda che la reattanza induttiva prevalga su quella capacitiva, oppure viceversa. In ogni caso, in un c. è in gioco una sola corrente (a differenza di una rete, ove sono in gioco tante correnti quanti sono i rami della rete), e quindi una sola intensità di corrente; quest'ultima ha lo stesso valore in tutto il c. (cioè in una qualunque sezione del c.) se la corrente è stazionaria o quasi stazionaria (in quest'ultimo caso, ci si riferisce al valore istantaneo dell'intensità: v. corrente elettrica: I 773 e), mentre può variare da sezione a sezione, oltre che da istante a istante, se la corrente non è stazionaria o quasi stazionaria. Il valore dell'intensità della corrente si calcola, una volta che siano note le forze elettromotrici agenti e le costanti circuitali, mediante la legge di Ohm dei c. elettrici (per le correnti continue, v. corrente elettrica stazionaria: I 787 c; per le correnti alternate, v. corrente alternata: I 776 d). ◆ [EMG] C. elettrico completo: lo stesso che c. RLC: v. oltre. ◆ [EMG] C. elettrico equivalente: c. schematico (ma spesso si tratta di una rete), costituito da bipoli ideali, di opportune costanti e opportunamente interconnessi, il cui comportamento è identico, per correnti di assegnata frequenza, a quello di un c. reale e al quale si ricorre vantaggiosamente per rappresentare e studiare quest'ultimo. ◆ [ELT] C. elettronico: c. elettrico (ma spesso si tratta di una rete elettrica) di cui facciano parte integrante dispositivi elettronici attivi: in passato tubi elettronici e oggi soprattutto dispositivi a semiconduttori. ◆ [ELT] C. elettronico integrato: la forma attuale della stragrande parte dei c. elettronici, caratterizzati da dimensioni minime e alta densità di dispositivi elettronici attivi a stato solido, componenti passivi e reofori di collegamento, che sono contestualmente realizzati, con tecniche di drogaggio e di metallizzazione, su un'unica lastrina di materiale semiconduttore: v. circuiti elettronici integrati. ◆ [EMG] C. lineare: c. elettrico o magnetico in cui la relazione fra intensità di corrente e forza elettromotrice complessiva o, rispettiv., fra induzione magnetica e intensità magnetica (negli elettromagneti, alternativamente, intensità della corrente magnetizzante) è di semplice proporzionalità; sono tali, per es., c. elettrici realizzati interamente con conduttori metallici tenuti a temperatura costante e c. magnetici in aria o in materiali non ferri- o ferromagnetici (anche in tali materiali, ma utilizzati nel tratto lineare della curva di magnetizzazione: v. magnetostatica nella materia: III 589 a). ◆ [ELT] C. logico: c. elettronico per effettuare operazioni logiche: v. circuiti logici. ◆ [MCF] C. logico fluidico: c. che svolge funzioni logiche simili a quelle dei c. logici elettronici mediante dispositivi fluidici (→ fluidico). ◆ [EMG] C. magnetico: la regione di spazio in cui si svolgono le linee d'induzione di un campo magnetico; si tratta di una configurazione intrinsecamente chiusa, in quanto l'induzione magnetica è un campo vettoriale solenoidale, e quindi, di norma, a linee chiuse. Poiché la maggior parte dei campi magnetici d'interesse della fisica e della tecnica sono generati da elettromagneti, cioè mediante correnti elettriche, e l'induzione magnetica è, a parità di ogni altra condizione e a parità di intensità di corrente, proporzionale alla permeabilità magnetica relativa del mezzo in cui si svolge il campo, v'è una generale convenienza a realizzare c. magnetici con mezzi ferromagnetici e ferrimagnetici (permeabilità magnetiche relative fra qualche centinaio e qualche migliaio), opportunamente foggiati a costituire i cosiddetti nuclei ferromagnetici, su cui s'avvolgono i conduttori elettrici percorsi dalle correnti eccitatrici, con i quali nuclei il c. viene in pratica a identificarsi. Se questo è il caso normale, non va peraltro dimenticato che esistono anche c. magnetici in aria, cioè senza nucleo ferromagnetico. In ogni caso, sezione del c. è l'intersezione con una qualunque superficie che lo tagli; in genere si considerano superfici ortogonali alle linee d'induzione e, se si può, piane (sezioni normali). Flusso d'induzione magnetica, o, brevem., flusso magnetico, in una sezione di un c. è quello calcolato nella sezione considerata. Si parla di c. magnetici stazionari oppure non stazionari a seconda che il flusso magnetico non vari oppure vari nel tempo; se a generare il campo magnetico sono correnti elettriche, per la stazionarietà occorre che le correnti siano stazionarie e che tutto (c. elettrici e mezzi magnetici) sia in quiete; in un c. magnetico stazionario il flusso è lo stesso, qualunque sia la sezione considerata. Per c. magnetici stazionari e lineari, cioè utilizzanti mezzi la cui permeabilità non dipende dall'induzione, fondamentale è la legge di Hopkinson, perciò detta anche legge dei c. magnetici, secondo la quale la somma algebrica delle forze magnetomotrici è uguale al prodotto del flusso d'induzione per la riluttanza complessiva: v. magnetostatica nella materia: III 595 b. In casi non stazionari, si può parlare, analogamente a quanto si fa per i c. elettrici, di c. magnetici quasi stazionari se il valore del flusso d'induzione, pur variando da istante a istante, è, a ogni istante, il medesimo lungo l'intero c.; ciò accade se la lunghezza del c. è molto minore della minore delle lunghezze d'onda caratterizzanti la propagazione della corrente che eccita il circuito. Se tale condizione non è soddisfatta, cioè in casi effettivamente non stazionari, si è in presenza non più di un campo magnetico, ma di un campo elettromagnetico che si propaga lungo il circuito: v. magnetostatica nella materia: III 594 c. ◆ [ELT] C. molecolari: v. elettronica molecolare. ◆ [EMG] C. non lineare: c. elettrico o magnetico nel quale non vi sia proporzionalità fra le grandezze caratterizzanti: v. sopra: C. lineare. Per i c. non lineari elettrici: v. circuiti non lineari. ◆ [EMG] C. oscillante passivo: c. RLC le cui costanti, e in partic. la relativ. piccola resistenza R, sono tali da determinare, a seguito di un'opportuna eccitazione, un regime di corrente sinusoidale smorzata: v. oltre: C. RLC. ◆ [OTT] C. ottico: (a) relativ. a una radiazione elettromagnetica, la regione di spazio, non necessariamente chiusa, occupata dalle linee del vettore di Poynting che caratterizza la propagazione della radiazione medesima; (b) con signif. concreto, il dispositivo o, più comunem., la serie di dispositivi mediante i quali un fascio di luce (o di altra radiazione) viene prodotto, focalizzato e guidato secondo un prefissato percorso e un determinato scopo; un tale c. può essere realizzato, sorgente a parte, mediante componenti discreti (diaframmi, lenti, specchi, prismi, ecc.) oppure mediante una o più fibre ottiche. ◆ [EMG] C. RC: denomin. corrente di un c. elettrico resistivo-capacitivo, in cui cioè la reattanza induttiva è, per qualunque frequenza della corrente, trascurabile rispetto a quella capacitiva e alla resistenza, e che pertanto è schematizzabile con un c. equivalente costituito da una resistenza R, una capacità C e, se il c. è attivo, da un generatore ideale di forza elettromotrice f, in serie oppure in parallelo fra loro (ma in quest'ultimo caso si ha, propr., non un c. ma una rete). Limitandoci alla trattazione del c. in serie (quella della rete equivalente in parallelo è duale di essa), per il c. si ha l'equazione integrale f-∫(i/C)dt=Ri, essendo i l'intensità della corrente; se il c. è lineare e normale (R e C indipendenti da i e dal tempo t), si ha l'equazione differenziale ordinaria df/dt=R(di/dt)+(1/C)i, che, risolta, fornisce la funzione i(t). Due soluzioni significative sono le seguenti: (a) applicazione di una forza elettromotrice continua all'istante t=0 (cosiddetto c. di carica di un condensatore: v. fig.): i(t)=(f/R) exp[-t/(RC)], cioè si ha un impulso di corrente che decade esponenzialmente a zero, con costante di tempo RC, dal valore iniziale f/R; la carica nella capacità vale q(t)=fC{ 1-exp[t/(RC)]} , cioè cresce esponenzialmente, con costante di tempo RC, da zero al valore finale fC; le espressioni della tensione ai capi della resistenza e della capacità s'ottengono senza difficoltà dalle precedenti: VR(t)=R i(t), VC(t)=(1/C) q(t). Equazioni analoghe si hanno per la scarica della capacità C, preventivamente caricata, sulla resistenza R (occorre porre f=0 e si ricava allora che i, q e le tensioni decadono tutte esponenzialmente con costante di tempo RC); (b) applicazione di una forza elettromotrice alternata, per la quale si rinvia a corrente elettrica alternata: I 777 d sgg. ◆ [EMG] C. resistivo: ogni c. elettrico in cui, per qualunque frequenza della corrente, la resistenza risulti molto maggiore della reattanza. Se f è la forza elettromotrice impressa, l'equazione del c. è f(t)=R i(t), per cui se il c. è lineare e normale (f e R indipendenti da i e dal tempo t), l'andamento dell'intensità della corrente riproduce sempre esattamente quello della forza elettromotrice. ◆ [EMG] C. RL: denomin. corrente di ogni c. elettrico resistivo-induttivo, in cui cioè la reattanza capacitiva sia, per qualunque frequenza della corrente, molto minore di quella induttiva e della resistenza, e quindi schematizzabile con un c. equivalente costituito da una resistenza R, un'induttanza L e, se il c. è attivo, un generatore ideale di forza elettromotrice f, in serie oppure in parallelo fra loro (ma in quest'ultimo caso si ha, propr., non un c. ma una rete). Limitandoci alla trattazione del c. in serie (la trattazione della rete in parallelo è duale di essa), per esso si ha l'equazione differenziale: f-d(Li)/dt=Ri, essendo i l'intensità della corrente; se il c. è lineare e normale (L e R indipendenti da i e dal tempo t), si ha f-L(di/dt)=Ri, che, integrata, fornisce la funzione i(t). Due soluzioni significative sono le seguenti: (a) applicazione di una forza elettromotrice continua all'istante t=0 (energizzazione di un induttore): i(t)=(f/R){ 1-exp[-(R/L)t]} , cioè i cresce esponenzialmente, con costante di tempo L/R, da zero al valore finale f/R (v. fig.); le tensioni ai capi della resistenza e dell'induttanza s'ottengono dalle relazioni VR=R i(t), VL=-L(di/dt), e risulta un impulso esponenziale, crescente da -f a zero (extratensione di chiusura del c.), con la stessa costante di tempo L/R; relazioni analoghe, con un'analoga extratensione d'apertura (decrescente, con la medesima costante di tempo, da f a zero) si hanno a partire dall'istante di apertura del c.; (b) applicazione di una forza elettromotrice alternata, per la quale si rinvia a corrente elettrica alternata: I 778 b. ◆ [EMG] C. RLC: denomin. corrente di ogni c. elettrico completo, nel quale cioè non si possa trascurare nessuna delle grandezze circuitali (resistenza, induttanza, capacità), e che quindi va schematizzato con una resistenza R, un'induttanza L, una capacità C e, se il c. è attivo, un generatore ideale di forza elettromotrice f, in serie oppure in parallelo fra loro (ma nel collegamento in parallelo si ha, propr., non un c. ma una rete). Limitandoci, per semplicità, a un c. in serie (la trattazione della rete in parallelo è duale), si ha l'equazione integro-differenziale: f-d(Li)/dt-∫(i/C)dt=Ri, essendo i l'intensità della corrente. Se il c. è lineare e normale (R, L e C indipendenti da i e dal tempo t), s'ottiene, derivando rispetto a t, l'equazione differenziale ordinaria: df/dt=L(di2/dt2)+R(di/dt)+ (1/C)i; questa, integrata, fornisce la funzione i(t). Due soluzioni significative sono le seguenti: (a) applicazione di una forza elettromotrice costante; se R2≪4L/C (condizione d'oscillazione), si ha un impulso di corrente pseudoperiodica oscillatoria smorzata (a nella fig.), di intensità i(t)=A exp[(-2L/R)t] sin(ω₀t +φ), essendo A (ampiezza massima di i) e φ (fase iniziale di i) due costanti dipendenti dalle condizioni iniziali e ω₀²(LC)-1/2 la (pseudo)pulsazione della corrente (pulsazione propria, o naturale, del c. oscillante); se non vale la predetta condizione di oscillazione, si ha un impulso di corrente con un fronte di salita e un fronte di discesa entrambi esponenziali (b nella fig.): v. circuiti oscillanti passivi; (b) applicazione di una forza elettromotrice alternata: la corrente è costituita dalla precedente corrente impulsiva transitoria con la pulsazione ω₀ del c., cui si sovrappone una corrente di regime con la medesima pulsazione ω della forza elettromotrice impressa; se ω coincide con ω₀, si ha risonanza (← e v. corrente elettrica alternata: I 778 d). ◆ [ELT] C. stampato: v. circuiti elettronici integrati: I 612 f. ◆ [ELT] C. virtuale: → virtuale. ◆ [ELT] Analisi e sintesi dei c.: v. reti elettriche, teoria delle: IV 829 a.