L’energia elettrica può essere prodotta in diverse forme. Quelle più utilizzate sono cosiddette a corrente continua ed a corrente alternata. Tuttavia, tutti i produttori di energia elettrica del mondo utilizzano la corrente alternata, nonostante questa possa apparire più sofisticata, meno intuitiva e più complicata da un punto di vista teorico. In questo articolo spiegheremo in maniera chiara e semplice le ragioni di questa scelta parlando contestualmente della legge di Joule. Introdurremo inoltre la definizione di corrente alternata spiegandone il significato.

Indice:

Il perché della corrente alternata

Il principale motivo per cui l’energia elettrica viene prodotta sotto forma di corrente alternata risiede nel fatto che questa può essere trasformata facilmente innalzandone o riducendone il livello di tensione, a seconda delle necessità. Questo risultato è ottenuto attraverso l’utilizzo del trasformatore, una macchina elettrica particolarmente semplice ad alto rendimento. Il motivo di innalzare il livello della tensione nasce dall’esigenza di minimizzare le perdite di energia per effetto Joule che inevitabilmente si hanno lungo le linee elettriche utilizzate per la distribuzione.

Perdite di energia per effetto Joule

I conduttori che costituiscono le linee elettriche presentano una certa resistenza elettrica. Di conseguenza, quando vengono attraversati da corrente, a causa dell’effetto Joule, una porzione dell’energia verrà dissipata sotto forma di calore. In particolare, la legge di Joule stabilisce che la potenza dissipata dipende dal quadrato della corrente stessa:

Potenza Dissipata = R * I2

Dall’osservazione di questa formula è possibile concludere che le perdite per effetto Joule possono essere ridotte in due diversi modi:

  1. Abbassando la resistenza elettrica dei conduttori;
  2. Riducendo la corrente che attraversa i conduttori.

La prima soluzione si può adottare solo entro certi limiti. Infatti, immaginando di trasportare energia elettrica a bassa tensione (220V/380V), per le linee di distribuzione dove transitano potenze straordinariamente elevate, per ridurre le perdite a livelli ragionevoli sarebbe necessario utilizzare cavi con sezioni di svariati metri quadri. Evidentemente tale approccio non è possibile per questioni pratiche ed economiche.

La seconda soluzione può essere applicata a patto di non ridurre la potenza trasmessa anche a seguito della riduzione di corrente. E’ proprio a tale scopo che torna utile l’utilizzo del trasformatore per innalzare il livello di tensione. Cerchiamo di capire meglio questo concetto.

La potenza trasmessa lungo una linea elettrica è data in prima approssimazione dal prodotto tra la tensione e la corrente:

Potenza Trasmessa = V * I

Ne consegue che, a parità di potenza trasmessa, al crescere della tensione si riduce la corrente. Da questa osservazione e da quanto detto prima, appare ovvio che al crescere della tensione, a parità di resistenza elettrica e potenza trasmessa, è possibile ridurre le perdite di linea.

Definizione di corrente alternata

Una grandezza si dice periodica se è rappresentata da una funzione che soddisfa seguente condizione:

f(t+T) = f(t)

dove T rappresenta il periodo della funzione.

La figura di seguito rappresenta un esempio di funzione periodica. In questo caso si tratta di un’onda quadra:

Una grandezza si dice invece alternativa se:

f(t ± T/2) = – f(t)

In altri termini, preso qualunque istante di tempo t, la grandezza assume valore uguale ed opposto dopo un certo tempo T/2. La condizione di alternatività implica la condizione di periodicità, vale a dire la classe di grandezze alternative è una sottoclasse delle grandezze periodiche.

La grandezza alternativa più comune è quella sinusoidale rappresentata nella successiva figura:

la funzione rappresentativa di questo tipo di grandezza è la seguente:

A = AM * sen(wt)

dove AM è l’ampiezza e rappresenta il valore massimo, w è la pulsazione espressa in termini di frequenza anche come 2Πf. La frequenza è legata a sua volta al periodo dalla relazione f = 1/T.

Nella forma di energia elettrica a corrente alternata, sia la tensione che la corrente sono funzioni alternative di tipo sinusoidale.

Pubblicheremo ulteriori approfondimenti per spiegare secondo quali meccanismi sia possibile trasferire potenza, e quindi energia, con tensione e corrente che cambiano periodicamente segno nel tempo ed il cui valore medio è nullo.


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