Circuiti in serie e in parallelo

Definizione breve

In un circuito elettrico più utilizzatori (per esempio lampadine) possono essere collegati in due modi: in serie, uno di seguito all’altro sulla stessa linea in modo da essere attraversati dalla stessa corrente, oppure in parallelo, ciascuno su una linea indipendente collegata direttamente al generatore. Nei circuiti in serie tutti gli utilizzatori dipendono l’uno dall’altro; in quelli in parallelo ogni utilizzatore funziona indipendentemente dagli altri.

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Spiegazione per docenti

Fino a questo punto del percorso gli studenti hanno incontrato circuiti con un solo utilizzatore (generatore, filo conduttore, interruttore, utilizzatore). Nella realtà i circuiti contengono quasi sempre più utilizzatori, e il modo in cui vengono connessi cambia radicalmente il comportamento del circuito.

Collegamento in serie. Gli utilizzatori sono montati uno dopo l’altro, in modo da essere tutti attraversati dalla stessa corrente. La tensione del generatore si suddivide proporzionalmente su ogni utilizzatore, mentre la resistenza totale è la somma delle resistenze dei singoli componenti (Rtot = R1 + R2 + R3; Vtot = V1 + V2 + V3). Se un utilizzatore si guasta o viene rimosso, il circuito si interrompe e tutti gli altri smettono di funzionare. Un esempio classico presente nella maggior parte dei testi è quello delle vecchie luminarie natalizie: le lampadine erano in serie e bastava una fulminata per spegnere tutta la fila.

Collegamento in parallelo. Ogni utilizzatore è posto su una linea indipendente con gli estremi in comune: tutti ricevono la stessa tensione, quella del generatore (Vtot = V1 = V2 = V3), mentre l’intensità di corrente totale è la somma delle intensità nei singoli rami (Itot = I1 + I2 + I3). Il funzionamento di un utilizzatore non è influenzato dagli altri: se una lampadina si spegne le altre restano accese. Per questo il collegamento in parallelo è quello normalmente usato negli impianti elettrici domestici, che consente di accendere e spegnere ogni apparecchio in modo indipendente senza variazioni di tensione. Una conseguenza pratica, citata nei testi, è il “salto” del contatore: quando si collegano contemporaneamente troppi elettrodomestici in parallelo l’intensità totale supera il limite dell’impianto e l’interruttore automatico scatta per proteggere i cavi da surriscaldamento e incendi.

Anche i generatori (pile, accumulatori) si collegano in serie o in parallelo. Nel collegamento in serie di generatori la tensione totale è la somma delle tensioni dei singoli elementi, mentre l’intensità è quella di un solo elemento (es. tre pile da 1,5 V in serie danno 4,5 V). Nel collegamento in parallelo la tensione è quella di un solo elemento ma l’intensità disponibile (e la durata) aumenta.

L’introduzione di entrambi i tipi di collegamento è prevista dagli obiettivi del curricolo di Tecnologia per la terza classe della scuola secondaria di primo grado. La guida del testo MyTech (Brunetto/Bruno) indica tra le abilità attese: “Progettare modelli di semplici impianti e collegamenti in serie e in parallelo di utilizzatori (lampadine) e generatori (pile).”

Spiegazione per studenti

Quando in un circuito ci sono più lampadine, puoi collegarle in due modi.

In serie significa metterle in fila, una dopo l’altra, sullo stesso filo. La corrente le attraversa tutte, una di seguito all’altra. Se vuoi accendere e spegnere due lampadine insieme con un solo interruttore, le colleghi in serie. Però c’è uno svantaggio: se una si fulmina o la sviti, il filo si “spezza” e si spengono tutte. Le vecchie luci dell’albero di Natale funzionavano così — bastava una rotta per far buio su tutto l’albero.

In parallelo significa dare a ogni lampadina la sua linea, collegata direttamente alla pila. Ogni lampadina riceve la stessa “spinta” (la tensione del generatore) e funziona da sola. Se una si spegne, le altre restano accese. È così che funziona l’impianto elettrico di casa tua: puoi accendere la luce della cucina senza accendere quella della camera, e se la lampadina del bagno si fulmina le altre luci continuano a funzionare.

Versione ultra-semplice (BES/DSA)

• In serie = lampadine in fila, una dopo l’altra. Se una si rompe, si spengono tutte.
• In parallelo = ogni lampadina ha il suo filo. Se una si rompe, le altre restano accese.
• La casa funziona in parallelo: accendi una luce alla volta, le altre non cambiano.
• Le vecchie luci dell’albero di Natale erano in serie: una rotta spegneva tutto.

Parole-aiuto: serie = fila / parallelo = ognuno per sé.

Esempio concreto in classe

Porta in aula (o disegna alla lavagna) due circuiti con una pila e due lampadine.

1. Circuito in serie: collega le lampadine una dopo l’altra. Chiudi l’interruttore — si accendono entrambe. Svita una lampadina — si spengono entrambe. Gli studenti vedono dal vivo che “tolta una, cadono tutte”.
2. Circuito in parallelo: collega ogni lampadina su una linea indipendente. Svita una — l’altra resta accesa.

Domanda-guida: “Secondo voi, come è collegato l’impianto di casa vostra? Perché?” Si arriva alla conclusione che le case funzionano in parallelo: altrimenti spegnere una luce spegnerebbe tutta la casa.

Approfondimento pratico suggerito dalla guida del testo Tecnoidea (Pinotti): “Laboratorio — Interruttori, lampade, prese, ecc.” come attività laboratoriale a partire dal collegamento in serie e in parallelo (Tecnoidea B, p. 308).

Dal concetto all’attività

Livello base

Gli studenti disegnano sul quaderno lo schema di due circuiti, uno in serie e uno in parallelo, usando i simboli normalizzati (generatore, filo conduttore, due utilizzatori, interruttore). Sotto ogni schema scrivono con parole proprie cosa succede se si svita una lampadina. Attività simile proposta da Come funziona la tecnologia (p. 205): “Disegna, nello spazio sottostante, gli schemi di un collegamento in serie e di un collegamento in parallelo.”

Livello intermedio

A coppie, gli studenti costruiscono con pila, fili, portalampade e lampadine i due tipi di circuito. Verificano sperimentalmente il comportamento (svitando una lampadina) e compilano una tabella di confronto: che succede alle altre lampadine? Quante lampadine restano accese? In quale impianto reale si usa quel collegamento?

Attività suggerita anche da Come funziona — Processi di trasformazione (p. 258–259): schematizzare due circuiti con generatore e due lampadine — nel primo ogni lampadina si accenda/spenga indipendentemente (parallelo), nel secondo entrambe si accendano/spengano simultaneamente (serie). (attività ripresa dai testi)

Livello avanzato

Con tre pile da 1,5 V e una lampadina, gli studenti verificano come varia la luminosità collegando le pile in serie (4,5 V totali) rispetto al singolo generatore. Collegano l’osservazione alla legge di Ohm: tensione più alta → corrente più intensa → lampadina più luminosa. Discussione: perché nel parallelo di utilizzatori le lampadine brillano di più rispetto alla serie? Perché in serie la tensione si divide.

(proposta progettuale) Progettare un piccolo “impianto-modello” di una stanza con due punti luce indipendenti (parallelo), motivando in forma scritta la scelta del tipo di collegamento rispetto alla serie.

Misconcezioni frequenti

• “In serie le lampadine brillano di più perché sono tutte collegate.” Falso: in serie la tensione del generatore si divide tra le lampadine, quindi ciascuna riceve meno tensione e brilla meno rispetto al parallelo.
• “Se tolgo una lampadina in parallelo si spengono le altre.” Questo accade in serie, non in parallelo. In parallelo ogni utilizzatore è indipendente.
• “La corrente si consuma passando nelle lampadine in serie.” La corrente (intensità) non si “consuma”; in serie l’intensità è la stessa in ogni punto del circuito. Ciò che si suddivide è la tensione.
• “Serie e parallelo sono la stessa cosa, cambia solo il disegno.” No: cambia il comportamento reale del circuito (dipendenza reciproca, distribuzione di tensione e corrente, applicazione pratica).
• “Il contatore di casa salta perché c’è un cortocircuito.” Non sempre: il contatore può “saltare” anche semplicemente perché troppi elettrodomestici in parallelo superano il limite di corrente dell’impianto. È una protezione normale, non necessariamente un guasto.

Collegamenti interdisciplinari

• Scienze: energia e trasformazioni energetiche; il circuito idraulico (pompa, tubo, scivolo) come analogia del circuito elettrico — analogia usata esplicitamente in Tecnologia.verde Zanichelli (p. 264–265).
• Matematica: somme nella distribuzione della tensione (Vtot = V1 + V2 + V3) e nel calcolo delle resistenze totali in serie e in parallelo.
• Educazione civica: sicurezza degli impianti domestici, uso consapevole dell’energia, risparmio energetico. (proposta progettuale)
• Storia della tecnica: evoluzione delle luminarie natalizie (in serie → in parallelo) come esempio di miglioramento tecnologico motivato da un inconveniente pratico.

Strumenti digitali utili

• Simulatori di circuiti online (es. Tinkercad Circuits, PhET Circuit Construction Kit) per costruire e provare circuiti in serie e in parallelo senza materiale fisico, utili anche per BES/DSA e per chi non dispone di kit da laboratorio. (proposta progettuale)
• Schede di disegno digitale o app di disegno tecnico per realizzare schemi con i simboli normalizzati. (proposta progettuale)
• Foglio di calcolo per calcolare e visualizzare la distribuzione di tensione e la resistenza totale nelle due configurazioni. (proposta progettuale)
• Arduino / Visualino (citato nella guida MyTech): per chi ha già dimestichezza con il kit, è possibile controllare LED in serie o in parallelo tramite codice a blocchi, collegando il concetto fisico alla programmazione. (proposta progettuale)

Valutazione e rubriche

Criterio	Iniziale	Base	Intermedio	Avanzato
Distinguere serie e parallelo	Confonde i due collegamenti	Riconosce i due collegamenti su schemi dati	Spiega le differenze con esempi concreti	Spiega le differenze e le motiva con tensione, corrente e resistenza
Schema del circuito	Disegna con errori i simboli o non completa lo schema	Disegna uno schema corretto guidato	Disegna entrambi gli schemi in autonomia con i simboli corretti	Disegna schemi corretti, li annota con i valori e indica i flussi di corrente
Comportamento del circuito	Non prevede cosa succede togliendo una lampadina	Prevede correttamente il caso serie (si spengono tutte)	Prevede correttamente sia serie sia parallelo	Prevede, spiega il perché e lo collega all’impianto domestico o alla legge di Ohm
Lessico tecnico	Usa parole generiche senza termini specifici	Usa alcuni termini corretti (serie, parallelo, utilizzatore)	Usa il lessico in modo appropriato e coerente	Usa il lessico con precisione e lo collega ad altri concetti (tensione, resistenza, corrente)

Inclusione e adattamenti

• Fornire schemi già disegnati con i due circuiti affiancati, da completare con etichette (generatore, interruttore, lampadina, filo).
• Usare colori diversi per evidenziare il percorso della corrente nel circuito in serie (una linea unica) e nel circuito in parallelo (linee separate).
• Privilegiare l’esperienza pratica (montare e smontare lampadine su kit da laboratorio) rispetto alla formalizzazione numerica per gli studenti BES/DSA: vedere il comportamento prima di formalizzarlo.
• Mappa visiva con due icone-promemoria: “fila → se una si rompe si spengono tutte” / “ognuno il suo filo → gli altri restano accesi”.
• Consentire risposte orali o tramite schema invece del testo scritto.
• Il volume Didattica inclusiva di Techno logics (Furci, Pozzi, Monti) propone una definizione sintetica con schema visivo affiancato che riassume: “in serie, se due o più lampadine sono collegate una dopo l’altra per essere attraversate dalla stessa corrente; in parallelo, se due o più lampadine sono collegate a una stessa linea di alimentazione, ma ciascuna è indipendente dalle altre.”

Fonti

• Come funziona la tecnologia — Raffaello Scuola (p. 204–206): circuiti in serie e in parallelo con lampadine, simboli del circuito, esempi albero di Natale e impianto domestico
• Tecnologia.verde — Zanichelli (9788808720153_Tecnologia, p. 266–267): connessione in serie e in parallelo, esempi di lampadine, interruttori separati per stanze diverse
• Technologica — DeA Scuola (9788851128050_Volume-A, p. 265–266): dipendenza degli utilizzatori in serie, parallelo negli impianti domestici, “salto” del contatore
• Think-Tech — La Scuola SEI (9788805079292_Volume-unico, p. 257–258): formule di tensione, corrente e resistenza per serie e parallelo di utilizzatori e generatori; attività “Impara facendo”
• Technologica — Raffaello Scuola (9788847241206_Tecnologia, reperibile anche in 9788800360043_Tecnologia, p. 283): circuiti in serie e parallelo con lampadine, impianto domestico in parallelo
• Techno logics — Didattica inclusiva, Raffaello Scuola (9788847241268_Volume Didattica inclusiva, p. 155): definizione semplificata per BES/DSA con schema visivo affiancato
• Guida docente MyTech — Brunetto/Bruno: obiettivi di abilità “Progettare modelli di semplici impianti e collegamenti in serie e in parallelo di utilizzatori e generatori”
• Guida docente Tecnoidea — Pinotti: piano di lavoro “Elettricità ed elettronica” con indicazione del laboratorio su interruttori e lampade

Le sezioni “Strumenti digitali utili”, alcune attività del livello avanzato e i collegamenti disciplinari secondari non supportati da un testo specifico sono marcati come (proposta progettuale).

Pagine collegate

• grandezze-elettriche-e-circuito — i componenti base del circuito su cui si costruiscono serie e parallelo
• legge-di-ohm — tensione, corrente e resistenza che si distribuiscono diversamente nei due collegamenti
• generatori-e-pile — anche i generatori si collegano in serie o in parallelo
• impianto-elettrico-domestico — l’impianto di casa è cablato in parallelo
• effetti-della-corrente-elettrica — cosa fa la corrente negli utilizzatori del circuito
• esperimenti-con-i-circuiti-elettrici — attività pratica per costruire i due tipi di circuito