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Carichi resistivi e carichi induttivi
Carichi resistivi e carichi induttivi. I vari utilizzatori che funzionano con la corrente elettrica possono differenziarsi, oltre che per la tensione e per la potenza richiesta, anche per il loro comportamento nei confronti della corrente stessa. Ci sono infatti utilizzatori, detti appunto carichi resistivi , che sono costituiti unicamente da una resistenza, cioè un filo realizzato con materiale di resistività elevata che, come abbiamo visto, viene percorso da corrente e si riscalda; utilizzatori di questo tipo sono, ad esempio, il forno di casa, la stufetta e le sempre presenti lampadine: in effetti delle lampadine a noi interesserebbe di più la luce, ma il calore, purtroppo, è sempre presente, e non è neppure poco.
Ci sono però altri utilizzatori (anche fra i comuni elettrodomestici) che non sono delle resistenze; un ventilatore, per esempio, o un frullatore, fanno uso di un motore che è prevalentemente costituito da avvolgimenti (come i trasformatori), ed abbiamo visto che un avvolgimento produce campi magnetici. E' proprio l'effetto di questi campi magnetici che permette al motore di girare e produrre energia meccanica. In questi casi si parla di carichi induttivi . La principale caratteristica di un carico induttivo è quella di opporsi alle variazioni rapide della corrente: se si applica tensione a un induttore, la corrente non inizia a passare subito, ma dopo un certo tempo ed aumentando gradualmente. Analogamente, nel momento in cui si toglie tensione, la corrente in un induttore non può cessare di colpo, ma tende ad estinguersi con ritardo. Questo è il motivo per cui, quando si stacca alimentazione ad un'apparecchiatura di tipo induttivo, si vede scoccare una scintilla fra i contatti dell'interruttore: è la corrente che stava circolando fino ad un attimo prima e che, non potendo cessare istantaneamente, cerca di continuare a scorrere attraversando anche lo spazio d'aria fra i contatti dell'interruttore aperto. La scintilla si verifica poichè l'interruzione improvvisa di un circuito induttivo determina anche la nascita di una sovratensione, cioè di una tensione più elevata di quella di normale funzionamento, che permette alla corrente di vincere anche la resistenza dell'aria.
Mentre gli utilizzatori di tipo resistivo possono funzionare indifferentemente sia con una tensione alternata che con una continua, purchè dello stesso valore, gli utilizzatori di tipo induttivo devono assolutamente funzionare col tipo di tensione per cui sono stati progettati; e tale tensione deve avere non solo il giusto valore in volt, ma anche la giusta frequenza. Un trasformatore progettato ad esempio per funzionare con una tensione di 220V a 60Hz, può surriscaldarsi (ed anche andare incontro ad avaria) se viene fatto funzionare con una tensione di 220V ma a 50Hz.
Collegamenti in parallelo e in serie. Volendo collegare alla rete diverse lampadine,
è possibile collegarle come si vede nella prima delle figure a lato; in tal modo ognuna delle lampade risulta collegata a 220 volt ed assorbe la corrente che il suo filamento lascia passare. Un simile collegamento si chiama collegamento in parallelo .
Sarebbe poi possibile fare una cosa più originale: collegare le lampade non una di fianco all'altra, ma una in fila all'altra, in modo che l'uscita di una sia collegata all'entrata di quella che segue, così come si vede nella seconda figura. Cosa succede in questo caso? La corrente che esce dalla presa attraversa una dopo l'altra tutte le lampadine; si tratta dell'unica corrente che circola, essendo solo uno il circuito possibile.
Quanta corrente passa? La tensione di 220 volt della presa risulta applicata a tutta la fila di lampadine, quindi per far passare corrente deve vincere la resistenza non di una sola, ma di tutte le lampadine, una dopo l'altra; la resistenza che incontra è equivalente quindi alla somma di tutte le resistenze. La tensione di 220 volt si suddividerà allora tra le varie lampadine, e su ogni lampadina sarà presente la tensione che occorre perchè la corrente in circuito possa superare la resistenza di quella lampadina. Se supponiamo di collegare in fila 10 lampadine identiche, troveremo che su ogni lampada sarà presente una tensione di 22 volt. Un simile collegamento si chiama collegamento in serie .
Esempio caratteristico di collegamento in serie sono le lampadine dell'albero di natale. Una serie è costituita da 10 o più lampadine colorate, tutte aventi le stesse caratteristiche elettriche. Se una di esse venisse collegata da sola alla rete a 220 volt, scoppierebbe immediatamente; insieme alle altre invece essa sopporta solo una piccola parte della tensione di rete e può funzionare senza bruciarsi. Potenza ed energia. Vorrei spendere qualche parola su due concetti che spesso sono oggetto di confusione: quelli di potenza e di energia. Per essere più chiaro, farò un esempio pratico: abbiamo un carico di materiali che pesano 400 kg e che noi vogliamo portare su un solaio che si trova all'altezza di 20 metri. Supponiamo di sollevare questo peso con un paranco elettrico, e che il paranco, girando lentamente, impieghi 50 secondi per portare il carico a 20 metri. Se facciamo due conti, vediamo che il paranco ha compiuto un lavoro pari a 8000 kgm (chilogrammetri). Per compiere questo lavoro ho consumato una certa quantità di energia elettrica. Supponiamo ora di rifare lo stesso lavoro, usando un paranco di potenza doppia; questo mi solleverà il peso in 25 secondi, ma avrà compiuto lo stesso lavoro dell'altro e consumato la stessa quantità di energia: si tratta dell'energia che corrisponde a quel determinato lavoro, e non ha niente a che fare col tempo impiegato a compierlo. Il paranco dotato di motore più potente è in grado di sollevare il peso più velocemente; rimane attaccato alla corrente per meno tempo ma in quel tempo assorbe una corrente più alta. Il paranco meno potente solleva il peso lentamente, e assorbe una corrente più bassa per un tempo più lungo: la quantità di energia è la stessa. E infatti l'energia si misura in kwh (chilowattora), una unità di misura che corrisponde al prodotto di una potenza per un tempo!
Ci sono però altri utilizzatori (anche fra i comuni elettrodomestici) che non sono delle resistenze; un ventilatore, per esempio, o un frullatore, fanno uso di un motore che è prevalentemente costituito da avvolgimenti (come i trasformatori), ed abbiamo visto che un avvolgimento produce campi magnetici. E' proprio l'effetto di questi campi magnetici che permette al motore di girare e produrre energia meccanica. In questi casi si parla di carichi induttivi . La principale caratteristica di un carico induttivo è quella di opporsi alle variazioni rapide della corrente: se si applica tensione a un induttore, la corrente non inizia a passare subito, ma dopo un certo tempo ed aumentando gradualmente. Analogamente, nel momento in cui si toglie tensione, la corrente in un induttore non può cessare di colpo, ma tende ad estinguersi con ritardo. Questo è il motivo per cui, quando si stacca alimentazione ad un'apparecchiatura di tipo induttivo, si vede scoccare una scintilla fra i contatti dell'interruttore: è la corrente che stava circolando fino ad un attimo prima e che, non potendo cessare istantaneamente, cerca di continuare a scorrere attraversando anche lo spazio d'aria fra i contatti dell'interruttore aperto. La scintilla si verifica poichè l'interruzione improvvisa di un circuito induttivo determina anche la nascita di una sovratensione, cioè di una tensione più elevata di quella di normale funzionamento, che permette alla corrente di vincere anche la resistenza dell'aria.
Mentre gli utilizzatori di tipo resistivo possono funzionare indifferentemente sia con una tensione alternata che con una continua, purchè dello stesso valore, gli utilizzatori di tipo induttivo devono assolutamente funzionare col tipo di tensione per cui sono stati progettati; e tale tensione deve avere non solo il giusto valore in volt, ma anche la giusta frequenza. Un trasformatore progettato ad esempio per funzionare con una tensione di 220V a 60Hz, può surriscaldarsi (ed anche andare incontro ad avaria) se viene fatto funzionare con una tensione di 220V ma a 50Hz.
Collegamenti in parallelo e in serie. Volendo collegare alla rete diverse lampadine,
 Figura 1 - Collegamento in parallelo: la tensione è la stessa per tutti gli utilizzatori; ogni utilizzatore assorbe la sua corrente |
è possibile collegarle come si vede nella prima delle figure a lato; in tal modo ognuna delle lampade risulta collegata a 220 volt ed assorbe la corrente che il suo filamento lascia passare. Un simile collegamento si chiama collegamento in parallelo .
Sarebbe poi possibile fare una cosa più originale: collegare le lampade non una di fianco all'altra, ma una in fila all'altra, in modo che l'uscita di una sia collegata all'entrata di quella che segue, così come si vede nella seconda figura. Cosa succede in questo caso? La corrente che esce dalla presa attraversa una dopo l'altra tutte le lampadine; si tratta dell'unica corrente che circola, essendo solo uno il circuito possibile.
 Figura 2 - Collegamento in serie: tutti gli utilizzatori sono attraversati dalla stessa corrente; la tensione si ripartisce sui vari utilizzatori |
Quanta corrente passa? La tensione di 220 volt della presa risulta applicata a tutta la fila di lampadine, quindi per far passare corrente deve vincere la resistenza non di una sola, ma di tutte le lampadine, una dopo l'altra; la resistenza che incontra è equivalente quindi alla somma di tutte le resistenze. La tensione di 220 volt si suddividerà allora tra le varie lampadine, e su ogni lampadina sarà presente la tensione che occorre perchè la corrente in circuito possa superare la resistenza di quella lampadina. Se supponiamo di collegare in fila 10 lampadine identiche, troveremo che su ogni lampada sarà presente una tensione di 22 volt. Un simile collegamento si chiama collegamento in serie .
Esempio caratteristico di collegamento in serie sono le lampadine dell'albero di natale. Una serie è costituita da 10 o più lampadine colorate, tutte aventi le stesse caratteristiche elettriche. Se una di esse venisse collegata da sola alla rete a 220 volt, scoppierebbe immediatamente; insieme alle altre invece essa sopporta solo una piccola parte della tensione di rete e può funzionare senza bruciarsi. Potenza ed energia. Vorrei spendere qualche parola su due concetti che spesso sono oggetto di confusione: quelli di potenza e di energia. Per essere più chiaro, farò un esempio pratico: abbiamo un carico di materiali che pesano 400 kg e che noi vogliamo portare su un solaio che si trova all'altezza di 20 metri. Supponiamo di sollevare questo peso con un paranco elettrico, e che il paranco, girando lentamente, impieghi 50 secondi per portare il carico a 20 metri. Se facciamo due conti, vediamo che il paranco ha compiuto un lavoro pari a 8000 kgm (chilogrammetri). Per compiere questo lavoro ho consumato una certa quantità di energia elettrica. Supponiamo ora di rifare lo stesso lavoro, usando un paranco di potenza doppia; questo mi solleverà il peso in 25 secondi, ma avrà compiuto lo stesso lavoro dell'altro e consumato la stessa quantità di energia: si tratta dell'energia che corrisponde a quel determinato lavoro, e non ha niente a che fare col tempo impiegato a compierlo. Il paranco dotato di motore più potente è in grado di sollevare il peso più velocemente; rimane attaccato alla corrente per meno tempo ma in quel tempo assorbe una corrente più alta. Il paranco meno potente solleva il peso lentamente, e assorbe una corrente più bassa per un tempo più lungo: la quantità di energia è la stessa. E infatti l'energia si misura in kwh (chilowattora), una unità di misura che corrisponde al prodotto di una potenza per un tempo!
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