Resistore e reostato

Un resistore è un componente costruito per opporsi alla corrente elettrica in misura nota, trasformando in calore una parte dell'energia elettrica. Un reostato è un resistore il cui valore si può cambiare mentre la corrente passa. Georg Ohm pubblicò nel 1827 la legge che lega corrente, tensione e resistenza. Nel 1840 Moritz Jacobi e Charles Wheatstone mostrarono strumenti per regolare la resistenza di un circuito, e Wheatstone chiamò il suo reostato nel 1843.

Che cos’è

Un resistore lascia passare la corrente elettrica, ma le si oppone in misura stabilita, che si esprime in ohm. In un circuito limita la corrente che una data tensione può far scorrere, divide una tensione in parti più piccole o trasforma di proposito energia elettrica in calore. Radio, caricabatterie e computer ne contengono decine o migliaia. Il calcolatore ENIAC, presentato nel 1946, ne aveva circa 70.000.

Un resistore fisso ha un solo valore. In un resistore variabile un contatto scorre lungo la parte resistiva, così cambia la lunghezza percorsa dalla corrente e, con essa, la resistenza. Con due morsetti si chiama reostato e regola una corrente, come la velocità di un motore o la luminosità di una lampada. Con tre morsetti, uno a ciascun capo della pista e uno sul cursore, è un potenziometro e preleva la frazione voluta di una tensione, come la manopola del volume di una radio.

Come funziona

La corrente in un metallo è un moto di elettroni che lungo il percorso urtano di continuo gli atomi del materiale e cedono loro energia, e questo scalda il conduttore. Un filo di un dato materiale ha più resistenza se è più lungo e meno se è più spesso. Il rame conduce così bene che i fili di collegamento di un circuito contano appena. I resistori usano invece materiali che conducono male di proposito, come leghe di nichel o carbone mescolato a una carica isolante.

In un potenziometro un contatto solidale al perno scorre su una pista di carbone tra due morsetti di estremità.

La legge di Ohm lega le tre grandezze: la corrente in ampere è uguale alla tensione in volt divisa per la resistenza in ohm. Un resistore da 100 ohm collegato a 5 volt lascia passare 0,05 ampere. La potenza trasformata in calore è la tensione per la corrente, qui un quarto di watt. Ogni resistore ha una potenza nominale; se deve smaltire più calore del previsto si surriscalda, il suo valore cambia e può bruciare. Per questo i grandi reostati portano filo nudo a spire distanziate su un supporto di ceramica o di ardesia, dove l’aria lo raffredda, mentre i piccoli resistori dell’elettronica sono previsti per una frazione di watt.

I resistori fissi sono stati costruiti in vari modi. Un resistore a filo porta un avvolgimento di filo di lega su un nucleo isolante. Il resistore a impasto di carbone, il tipo comune all’epoca della radio, è un piccolo bastoncino stampato con polvere di carbone, una carica e un legante, con un reoforo inserito a ciascuna estremità; più carica dà un valore più alto. Un resistore a film porta uno strato sottile di carbone o di metallo su un bastoncino di ceramica. Il valore è stampato sul corpo o indicato da anelli colorati, un codice stabilito dai costruttori di radio americani negli anni Venti del Novecento.

Come si fa

Una mina di matita tra due pinze funziona da reostato: più le pinze sono lontane, più la lampadina si affievolisce.

La grafite, la «mina» della matita, conduce molto meno del rame, e un pezzo basta per fare un reostato per una lampadina piccola. Servono un portabatterie con tre pile AA, cioè 4,5 volt, una lampadina da torcia adatta più o meno a questa tensione, nel suo portalampada, tre cavetti con pinze a coccodrillo a entrambe le estremità e una mina spessa da portamine. Va bene anche una matita di legno spaccata per il lungo, con la mina scoperta da un capo all’altro.

Appoggiate la mina su una piastrella di ceramica. Collegate un polo del portabatterie alla lampadina, la lampadina a una pinza fissata a un capo della mina, e l’altro polo delle pile alla seconda pinza. Posate la seconda pinza sulla mina vicinissima alla prima: la lampadina si accende quasi come se fosse collegata direttamente alle pile. Fatela scorrere lungo la mina e la luce cala, perché ora la corrente deve attraversare un tratto di grafite più lungo. Annotate la distanza tra le pinze quando il bagliore scompare. Un pezzo di filo resistivo, venduto per gli esperimenti scolastici, dà lo stesso risultato e dura di più. Staccate la lampadina tra una prova e l’altra, così lei e le pile durano più a lungo.

La grafite è fragile e le pinze possono schiacciarla: chiudetele con delicatezza. Usate solo piccole pile a secco, mai una batteria d’auto, un pacco al litio o un alimentatore di rete. La mina e il filo si scaldano, e con sorgenti più potenti può scoccare una scintilla dove una pinza tocca la grafite. Tenete lontani dalla piastrella carta e oggetti infiammabili. Non collegate mai i due poli delle pile direttamente né solo attraverso le pinze: i fili si scaldano in fretta e le pile possono perdere liquido.

Storia ed evoluzione

Nel 1825 e nel 1826 Georg Simon Ohm fece passare corrente in fili di lunghezze, spessori e metalli diversi e la misurò con un ago magnetico posto accanto al filo. Nel 1827 pubblicò la relazione tra corrente, tensione e resistenza in un libro sul circuito galvanico, Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet.

Nel reostato a due cilindri di Wheatstone il filo avvolto sul legno aggiungeva resistenza, quello sull’ottone era cortocircuitato.

All’inizio del 1840 Moritz Jacobi presentò all’Accademia delle scienze di San Pietroburgo uno strumento per regolare la corrente di una pila. Nell’agosto dello stesso anno, a Londra, Charles Wheatstone gli mostrò strumenti propri fondati sullo stesso principio. Wheatstone li descrisse nel 1843 nella sua Bakerian Lecture alla Royal Society e li chiamò reostati. In uno di essi un filo nudo passa da un cilindro di legno a uno di ottone. Ogni spira avvolta sul legno aggiunge resistenza, mentre le spire sull’ottone sono cortocircuitate dal metallo. Il King’s College di Londra conserva un reostato a un cilindro del 1843, e il Museo Galileo di Firenze uno a due cilindri costruito a Napoli nel 1865.

Il telegrafo e i cavi sottomarini richiedevano resistenze riproducibili ovunque. Nel 1860 Werner Siemens propose un’unità basata su una colonna di mercurio lunga un metro e di un millimetro quadrato di sezione. Un comitato della British Association, con William Thomson, James Clerk Maxwell e Fleeming Jenkin, distribuì nel febbraio 1865 le sue bobine campione: filo avvolto senza stringere in scatole di rame riempite di paraffina. La loro unità prese il nome di ohm.

I reostati servirono poi la giovane industria elettrica. A Milwaukee, nel 1901, Lynde Bradley costruì un reostato a dischi di carbone per regolare la velocità dei motori elettrici, la cui resistenza cala quando i dischi vengono premuti l’uno contro l’altro; nel 1903 fondò con Stanton Allen la Compression Rheostat Company, che dal 1909 si chiamò Allen-Bradley. La radio fece dei piccoli resistori fissi un prodotto di grande serie, e Allen-Bradley mise in commercio nel 1935 resistori di carbone stampati a caldo. I resistori a film di carbone o di metallo, più stabili nel tempo, sostituirono quelli a impasto di carbone a partire dagli anni Sessanta e Settanta.