Elementi di elettrotecnica

 

 

Tensione, corrente elettrica e resistenza: vediamoci più chiaro.

 

Iniziamo a parlare della differenza tra tensione e corrente elettrica approfondendo la prima definizione.

Ogni volta che si ha a che fare con l'elettronica, capita di leggere che i singoli componenti hanno delle tensioni specifiche. La tensione si misura in Volt e viene indicata con il simbolo V.

Per inquadrare meglio la situazione, facciamo un esempio. Immaginiamo due serbatoi di acqua, definiti come A e come B, collegati tra loro con un tubo.

 

In caso di differenti altezze, viene provocato un passaggio di acqua dal serbatoio con il livello più alto a quello con il livello più basso.

Perché venga concretizzato il movimento, quindi, c'è bisogno di una differenza di altezza, che possiamo definire Differenza di potenziale (ΔV).

Considerando il caso dei circuiti elettrici, è bene ricordare che al posto del serbatoio c'è il conduttore che, per esempio, può essere un cavo elettrico in rame.

 

Al posto dell'acqua, invece, c'è la corrente elettrica.

 

Ragionando sempre in ottica diversa da quella del serbatoio e dell'acqua, bisogna dire che piuttosto che parlare di differenza di altezza, è il caso di ragionare pensando alla differenza di potenziale.

Aumentando la differenza di altezza nel caso del serbatoio, l'acqua scorre con maggiore velocità.

Se, invece, si ragiona nell'ottica dei circuiti elettrici, aumentando la tensione aumenta di conseguenza anche l'intensità di corrente.

Se la differenza di altezza deve essere misurata in metri, la differenza di potenziale, come sopra ricordato, si misura in volt.

La corrente, invece, viene misurata in ampere (A). Viene indicata con la lettera I.

Come già detto, la situazione del serbatoio e dell'acqua può essere "trasferita" al mondo dell'elettronica e associata al funzionamento delle batterie.

Esattamente come il passaggio dell'acqua annulla la differenza di livello, così la batteria che si scarica vede la riduzione della differenza di potenziale tra polo positivo e polo negativo, il tutto mentre viene erogata corrente.

 

Cos'è la corrente elettrica?

La prima cosa da dire è che, quando si chiama in causa la corrente elettrica, si inquadra un flusso ordinato di cariche elettriche.

Le suddette rappresentano la diretta conseguenza dell'applicazione di una differenza di potenziale elettrico in due punti di un singolo corpo conduttore che, come già ricordato, può essere un filo di rame.

Continuando a parlare delle caratteristiche della corrente elettrica, bisogna specificare che, in ogni conduttore, sono presenti cariche elettriche libere di muoversi.

Ogni volta che iniziano a muoversi, creano all'interno del conduttore un flusso ordinato di cariche elettriche.

Questa situazione, in elettrodinamica, si definisce intensità di corrente elettrica e si indica con la lettera I.

Come già specificato, l'unità di misura della corrente elettrica è l'ampere, che viene indicato con la lettera A.

Il legame esistente tra la differenza di potenziale (ΔV) presente agli estremi di un conduttore e l'intensità di corrente elettrica è definito dalla resistenza indicata con Ω, “omega”, la cui unità di misura è  espressa in Ohm (dal nome dello scienziato che ne studiò i fenomeni).

 

Secondo la legge di Ohm, la differenza di potenziale (ΔV) = R x I.

 

da cui è possibile ricavare anche le formule inverse:  R =  ΔV/ I   e  I = ΔV/R

 

La Resistenza R è un parametro che dipende:

• dalla natura del materiale attraversato dalla corrente, se ottimo conduttore, R sarà molto basso;
• dalla lunghezza e dalla sezione del filo:

Concludiamo specificando che, nei casi in cui la differenza di potenziale è alta, se la carica elettrica è piccola non sussiste il pericolo di prendere una scossa, provocata invece dal passaggio violento di corrente elettrica nel corpo umano.

 

Potenza elettrica

 

La potenza elettrica è il “lavoro” compiuto nell’unità di tempo dalle cariche elettriche durante lo spostamento tra due punti di un conduttore a diverso potenziale.

Essa viene indicata con la lettera P e può essere paragonata alla potenza idraulica. Infatti come la potenza di una corrente di acqua è proporzionale al dislivello e alla quantità di acqua che passa nel tubo nell’unità di tempo, analogamente la potenza elettrica è proporzionale a:

-         la tensione (V);

-         l’intensità di corrente (I).

La potenza elettrica è data dal prodotto della tensione per l’intensità di corrente e quindi risulta tanto maggiore quanto maggiore è la tensione e quanto maggiore è l’intensità di corrente.

 

P = V x I       da cui   V = P/I     e   I = P/V

 

La potenza elettrica viene misurata in Watt (W), cioè:

Volt x Ampere = Watt

 

Per valori elevati di potenza, normalmente si usa il (KW), che corrisponde a 1000 W

 

La potenza può essere espressa anche in Cavallo-Vapore (CV).

Il CV ed il KW sono legati tra loro dalle seguenti formule:

kW x 1,36 = CV    CV / 1,36 = kW

 

Ad esempio: la potenza assorbita da un motore elettrico, alimentato con una tensione di 600 Volt e da una corrente di 2700 Ampère 600 V x 2700 A = 1620000 W = 1620 KW.

Questa potenza, espressa in Cavalli-Vapore risulta di:

1620 KW x 1,36 = 2200 CV

 

 

Effetto Termico (Effetto Joule)

L’effetto termico, detto anche “Effetto joule” è prodotto dalla resistenza elettrica quando è percorsa da corrente. Infatti, la resistenza elettrica quando è attraversata dalla corrente provoca sempre uno sviluppo di calore.

La potenza elettrica trasformata in calore si misura in Watt e dipende dal valore:

-         della resistenza (R);

-         dell’intensità di corrente al quadrato (I²)

 

Infatti, come si è visto, la potenza elettrica P è data da:

 

P = V x I

 

Dove V, dalla legge di Ohm, è data da:      V = R x I

 

Sostituendo V nella formula della potenza, si ha che la potenza trasformata on calore è data da:

 

P = R x I x I                  POTENZA (P) trasformata in calore =  R x I²

 

L’effetto termico, negli impianti non destinati alla produzione di calore, costituisce sempre una perdita di potenza elettrica.

Per limitare questa perdita, quando non è possibile ridurre la corrente, occorre diminuire il valore della resistenza elettrica dei conduttori, aumentandone la sezione ed impiegando materiali a bassa resistività. Naturalmente occorre tener presente le caratteristiche dell’impianto e del relativo costo.