Ciao, cerco di darti una visione, semplificata, che però potrebbe essere "spacciata" ai tuoi studenti almeno in prima battuta.
La legge di ohm è corretta e non ha eccezioni strane, se nella pratica rilevi risultati differenti dalla teoria è perchè interviene qualche altro fattore.
Il fatto che i pin di Arduino erogano al massimo 40mA non significa che non ne possono erogare di più, ma che quello è il limite fisico da non superare perchè altrimenti si rischia di danneggiare Arduino. Se dimensioni la tua resistenza per fargli erogare 50mA, avrai 50mA, ma potresti averli per poco tempo, cioè fino a che il microprocessore non avrà raggiunto temperature tali da fondere qualcosa.
"Nel caso di resistenza pari a zero"... non puoi mai avere resistenza pari a zero, perchè ogni corpo, che sia conduttore o meno, ha una certa resistenza, anche i superconduttori, piccolissima, ma ce l'hanno.
Quindi la divisione per zero, nella pratica non esiste.
Quello che esiste è la possibilità che con una resistenza piccolissima, la corrente sia estremamente elevata.
La resistenza converte l'energia in calore per l'effetto joule.
Quindi più energia dissipa e più scalda fino a raggiungere il suo limite fisico e anche lei si rompe.
Tutti i cavi elettrici, in base alla loro sezione, possono sostenere una certa intensità di corrente, oltre la quale si danneggiano proprio a causa del calore, sezioni piccole, con picchi di corrente elevate, vaporizzano proprio, lasciando solo un po' di nero.
In teoria si, ma come ti hanno già spiegato, può dipendere dalla circuiteria interna.
Nei circuiti digitali, quando si parla di segnali, si fornisce sempre un range di tensioni corrispondenti ai valori 1 e 0 e non dei valori precisi, appunto per tenere conto di queste diferenze.
Ad es. quando si usa un transistor o un mosfet come interruttore per portare alta o bassa l'uscita, si ha sempre una piccola caduta di tenzione su questo componente, in genere qualche decimo di V ma c'è. Se poi nel mezzo c'è anche una resistenza, la cosa diventa anche proporzionale alla corrente.
Comunque, il concetto è che in elettronica digitale non si ragiona mai su valori precisi ma su soglie.
Ad es. i livelli logici TTL sono:
Lo hai sperimentato su tinkercat e va bene, ma se lo fai nella pratica, con le pile potresti avere qualche piccola sorpresa, infatti, se gli fai erogare più corrente di quella che riesce fisicamente ad erogare, lei abbassa la tensione ai suoi capi, appunto per continuare a rispettare la legge di ohm erogando la corrente che riesce.
Resistenza NO, tensione, in prima approssimazione potremmo anche dire di si, poi nella pratica è soggetta a variazioni che dipendono da vari fattori che sono descritti nei vari datasheet dei vari produttori di led, ma in genere, quando si lavora con i led, si assumono, per semplicità, valori fissi che tipicamente dipendono dal colore del led e in base a quelli si dimensiona il circuito.
C'è sempre una dipendenza dalla corrente, ma in genere la si può tendenzialmente trascurare, nelle applicazioni tipiche, perchè poco influente.
Qui, un link a caso che descrive la cosa e mostra la curva che relazione tensione e corrente oltre ai valori tipici per "colore".
Come vedi dalla prima curva, se non metti una resistenza ma alimenti con una tensione più elevata di quella tipica, potresti avere correnti molto elevate, per questo serve sempre una resistenza in serie ai led.
Per darti un'idea, ai tempi della scuola, anni '90, con i led rossi dell'epoca, se li alimentavi con una normale batteria da 9V senza la resistenza che ne limitava la corrente, letteralmente esplodevano facendo partire la sommità curva dell'involucro, come se fossero dei proiettili.
Se abbassavi un po' la tensione, semplicemente si bruciavano senza dare segni così evidenti.
Spero di averti dato degli spunti utili.
Ovviamente sono tutte delle approssimazioni da prendere con le pinze, ma per una spiegazione rapida iniziale potrebbero andar bene.
Maurizio