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Circuiti elettrici in corrente alternata



Grandezze alternate



Circuiti in corrente continua (DC)


Sono circuiti in cui l'intensità di corrente (e di conseguenza anche la tensione) è costante nel tempo. Le pile o gli accumulatori, per esempio, sono generatori di tensione continua.


Circuiti in corrente alternata (AC)


Sono circuiti in cui la corrente (e di conseguenza la tensione) non ha un verso costante e determinato come le correnti continue ma si inverte continuamente a intervalli costanti di tempo variando in ciascun intervallo con valori uguali e verso opposto. La tensione fornita dalla rete nazionale per uso domestico, per esempio, è di tipo alternato.


Varie forme di tensione alternata per circuiti di prova possono essere generate mediante il generatore di funzioni ed osservate attraverso l'ausilio di un oscilloscopio in grado di mostrare un grafico della tensione (asse y) in funzione del tempo (asse x).


Il generatore di funzioni e l'oscilloscopio



Di seguito sarà limitata ad una tensione sinusoidale. La tensione in questo caso, varia secondo una curva sinusoidale. Specifica il valore massimo o l'ampiezza e la frequenza.



Generatore di tensione sinusoidale



Vi sono diverse forme di corrente alternata ma noi considereremo solamente le correnti alternate sinusoidali che sono universalmente impiegate nelle applicazioni industriali.


I generatori di tensione alternata convertono l'energia meccanica prodotta da una sorgente particolare (gas, acqua, combustibile) in energia elettrica.


Immaginiamo una bobina formata da n spire libera di ruotare in un campo magnetico uniforme, come mostrato in figura.



Generatore di tensione alternata




Per quanto visto nella teoria dei campi magnetici possiamo scrivere




A causa della variazione del flusso magnetico concatenato, secondo la legge di Faraday nella bobina si genera una tensione indotta di valore




L'equazione della tensione alternata sinusoidale assume quindi la forma




dove il valore rappresenta l'ampiezza massima della sinusoide nonchè il valore di tensione massimo assunto dall'onda nel tempo.





Andamento della tensione alternata sinusoidale nel tempo




Potenza media



Un resistore di resistenza R ai cui capi sia disposta una tensione alternata sinusoidale V assorbe comunque potenza elettrica. Richiamando la teoria abbiamo:





Dall'espressione appena dedotta si capisce che anche la potenza elettrica varia nel tempo, da un minimo di 0 ad un massimo di .



Potenza elettrica nel caso AC



Si può dimostrare che il valore medio della potenza in un periodo (ossia in un intervallo temporale di ) risulta essere pari a





Valore efficace



Se si considera il calore prodotto per effetto Joule da una corrente alternata sinusoidale che attraversa una determinata resistenza elettrica in un dato intervallo di tempo, è chiaro che trattandosi di una corrente la quale varia da zero ad un massimo e da questo a zero continuamente nei due versi, l'effetto medio risultante potrà essere equiparato a quello di una corrente costante che abbia un opportuno valore compreso tra lo zero e il massimo: questo valore che definisce l'equivalenza termica fra una corrente alternata e una corrente continua viene detto valore efficace della corrente alternata.


Partiamo dalla potenza media assorbita nel periodo di tempo dal resistore




In conclusione


Sia V una tensione alternata sinusoidale di valore massimo .

Il valore efficace di tensione è quel valore di tensione continua tale per cui si abbia la medesima dissipazione di potenza elettrica attraverso un resistore del caso in AC e si ha che




D'ora in poi quando indicheremo un valore di tensione alternata sinusoidale intenderemo il suo valore efficace e non il valore di picco massimo della sinusoide: attraverso il valore efficace di una grandezza di corrente/tensione, infatti, è possibile calcolare direttamente la potenza elettrica senza bisogno di conversioni.


Le grandezze di tensione/corrente verranno indicate, invece, senza pedice (semplicemente V o I) e allo stesso modo la potenza media verrà indicata senza barra (semplicemente P).


redattore del materiale didattico: marco pezzini