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Corso di Elettrotecnica Capitolo V

Corrente alternata: generalità

di Gennaro Bottiglieri

CORRENTE ALTERNATA

Trasformazione del lavoro meccanico in energia elettrica.

La trasformazione del lavoro meccanico in energia elettrica si ha durante la generazione della forza elettromotrice e quindi della corrente.

Infatti, spostando un conduttore in un campo magnetico, in modo da tagliare le linee di forza, si genera in esso una f.e.m.(tensione) che è tanto maggiore quanto maggiore è il numero delle linee di forza tagliate e quanto maggiore è la velocità con cui il conduttore si sposta nel campo magnetico.

La forza elettro motrice, quando il conduttore è collegato ad un circuito chiuso provoca un passaggio di corrente indotta, che crea attorno al conduttore un campo magnetico che è tanto più intenso quanto più intensa è la corrente. In questo caso le linee di forza del campo magnetico principale si contrastano con quelle create dal conduttore, opponendosi al suo movimento.

Pertanto, per spostare il conduttore occorre compiere un lavoro meccanico, che sarà tanto maggiore, a parità della f.e.m. generata, quanto maggiore è la corrente che attraversa il conduttore ed il circuito esterno.

Nota: Spostando il conduttore da destra a sinistra e viceversa, non si genera in esso alcuna f.e.m., perché il conduttore non taglia le linee di forza.

Mentre se il conduttore viene spostato verso l’alto e quindi verso il basso, le f.e.m. cambierà senso e genererà nel conduttore una f.e.m. di senso alterno.

Sostituendo al conduttore una spira e facendola ruotare nel campo magnetico, si ha che i tratti di spire AB e CD tagliano contemporaneamente, ma in senso inverso le linee di forza.

Infatti, durante la rotazione della spira, un tratto di essa taglia le linee di forza magnetica dall’alto verso il basso; l’altro, contemporaneamente le taglia dal basso verso l’alto, per cui nei due tratti di spira si generano due forze elettromotrici di senso opposto che si sommano.

Collegando le estremità della spira ad un circuito chiuso, la corrente uscirà dalle estremità A della spira, attraverserà il circuito per ritornare nella spira dalle estremità B.

Sostituendo alla spira, una bobina formata da più spire, si ha che le linee di forza vengono tagliate da un numero maggiore di tratti di spira e quindi la f.e.m. totale sarà maggiore, in quanto è data dalla somma delle forze elettromotrici che si generano nei singoli tratti.

Pertanto, la f.e.m. generata, sarà tanto maggiore quanto maggiore è:

• L’induzione del campo magnetico

• La velocità di rotazione

• Il numero delle spire.

Corrente alternata

La corrente alternata è un tipo di corrente che circola prima in un senso e poi nel senso opposto.

Essa si genera nella spira, collegata ad un circuito chiuso, che ruota in un campo magnetico. Il valore della corrente alternata non è costante, ma varia a seconda della posizione che la spira assume durante la rotazione.

Infatti: Nella posizione 1 i tratti AB e CD della spira non tagliano le linee di forza, per cui non si genera in essa alcuna f.e.m. e quindi alcuna corrente.

Nella posizione 2 i tratti della spira tagliano il massimo numero di linee di forza, per cui nella spira si genera la massima f.e.m. e quindi la massima corrente.

Il tratto AB taglia le linee di forza dall’alto verso il basso, mentre nel tratto CD le taglia dal basso verso l’alto. Pertanto la corrente uscirà dall’estremità A e rientrerà nella spira dall’estremità B.

Nella posizione 3 i tratti CD ed AB della spira non tagliano le linee di forza, per cui non si genera in essa alcuna f.e.m. e quindi alcuna corrente.

Nella posizione 4 i tratti di spira tagliano il massimo numero di linee di forza, per cui nella spira si genera nuovamente la massima f.e.m. e quindi la massima corrente. Però, il tratto AB taglia le linee di forza dal basso verso l’alto, mentre il tratto CD le taglia dall’alto verso il basso. Pertanto la corrente cambia senso; cioè uscirà dall’estremità B e rientrerà dall’estremità A.

L’aumento della corrente da zero al valore massimo ed il suo ritorno a zero in un senso, ed il successivo aumento al valore massimo e la sua diminuzione a zero in senso opposto, viene detto< ciclo della corrente alternata>

Rappresentazione della tensione e della corrente alternata

La rappresentazione della tensione e della corrente alternata può essere effettuata graficamente, come indicato nella sottostante figura, esse hanno un andamento definito <sinusoidale >

Sull’asse orizzontale sono riportati, sia le variazioni di tempo, sia il valore degli angoli, espressi in gradi, compiuti dalla spira durante la rotazione del campo magnetico.

Il tempo riportato in figura è quello richiesto per compiere un intero ciclo a cui corrispone un angolo di 360°

Si ha pertanto che, ¼ di ciclo corrisponde a 90°, ½ ciclo a 180° e ¾ di ciclo a 270°.

La parte curva al di sopra della linea zero si assume, per convenzione con il segno positivo.

Mentre la parte curva al di sotto dello zero, si assume negativa.

Dalla figura, si nota che la grandezza alternata inizia da zero ed aumenta gradatamente nella direzione positiva, fino a raggiungere il valore massimo o valore di picco a 90°, cioè a ¼ del percorso corrispondente ad un ciclo.

Quindi, la grandezza alternata diminuisce ed in corrispondenza della metà del ciclo, cioè 180° assume il valore zero, la polarità si inverte ed il valore della grandezza aumenta in direzione opposta.

A 270° assume il valore massimo negativo o di picco, per poi ritornare a zero a cui arriva a 360°, cioè alla fine del ciclo.

Caratteristiche della corrente alternata

Le caratteristiche della corrente alternata sono:

• Il periodo

• Il valore dell’ampiezza massima o valore di picco.

Il periodo di una corrente alternata è il tempo impiegato da essa a descrivere un ciclo.

Il numero di cicli compiuti in un secondo, viene detto < frequenza > e la sua unità di misura è l’Hertz (Hz).

La frequenza viene misurata mediante strumenti detti< Frequenziometri>

La frequenza della corrente alternata generata in Italia e, normalmente di 50 Hz

Il valore dell’ampiezze massima o valore di picco di una corrente alternata, detto comunemente < valore massimo >, è il massimo valore che essa assume in un ciclo.