SPROLOQUIO N. 3 da www.arisesto.netChe cosa è la corrente alternata ?
L' elettricità trattata nello SPROLOQUIO N. 2 è di tipo continuo, ossia il flusso degli elettroni è solo in un senso. Tale tipo di
corrente elettrica è chiamata corrente continua ed è indicata con le sole iniziali c.c., ma esiste anche la corrente alternata (c.a.)
cosi chiamata perchè il flusso di elettroni inverte ciclicamente il proprio senso. Esaminiamo prima il diagramma 1.
DIAGRAMMA 1
Prima di proseguire poche parole sui diagrammi. Molti eventi, formule, leggi fisiche e altro sono, o vengono, rappresentate in
forma grafica tramite un sistema di coordinate cartesiane. Tale sistema, che prende il nome dal matematico Descartes, permette
di definire la posizione di un punto nel piano dando la sua distanza da due linee perpendicolari tra loro, dette assi. L' asse verticale
è chiamato asse Y, quello orizzontale asse X. La misura indicata sull'asse Y è detta ordinata, quella indicata sull'asse X ascissa.
Tale sistema di coordinate è utilizzato da tutti e in tutti i campi, dai giochi (es. battaglia navale, scacchi ecc.) alla diagnostica
(es. elettrocardiogrammi) dai sismografi alla topografia, dalla meteorologia alle analisi di mercato, in fisica, in chimica e anche nel
campo di nostro interesse.
Ritorniamo al diagramma 1. Sulla ordinata (asse Y) è indicata una tensione c.c. di 1,5 V, sulla ascissa (asse X ) è indicato un
tempo ( T ), preso arbitrariamente, di 5 sec. Appare evidente come la tensione rimanga sempre positiva al valore di 1,5 V. nel
tempo di 5 sec. Tale tempo poteva essere di 5 ore, o più, non sarebbe cambiato nulla. Questo perchè il flusso di elettroni è
costante come quantità e come direzione. Per meglio evidenziare quanto detto riporto lo schema 6 e il disegno 5 bis già apparsi
nel precedente SPROLOQUIO.
Esaminiamo ora il diagramma 2 e cerchiamo di analizzare la corrente alternata ( c.a.) che ci porterà, sia pure a tappe, a capire
ciò che ci interessa maggiormente, la radio frequenza ( R F ) e sistemi per generarla.
DIAGRAMMA 2
La prima cosa da osservare è che la tensione parte da zero e sale al valore positivo di 1,5 V con un andamento curvilineo. Questo
perché l' aumento di tensione non è a velocità costante, ma rallenta gradualmente sino a fermarsi al valore massimo, dopo di che,
con andamento uguale ma opposto, ritorna a zero. I tempi, di salita e di ritorno a zero, sono uguali. Superato lo zero la polarità
si inverte ( la tensione diventa negativa ) e con lo stesso andamento curvilineo raggiunge il massimo valore negativo ( - 1,5 V ) per
poi ritornare a zero con andamento uguale ma opposto. Anche i tempi da zero al massimo negativo e ritorno a zero sono uguali
tra loro e uguali ai tempi del semiciclo positivo.
L' analogia con il pendolo suggerisce di esaminarne il comportamento.
PENDOLO
Le oscillazioni del pendolo hanno un tempo costante, ma velocità variabile e più precisamente; velocità gradualmente decrescente
man mano che si avvicina a uno dei due punti, qui indicati con + e -, dove per un tempo molto breve si ferma e inverte il proprio
movimento, velocità crescente nel suo ritorno verso lo zero, punto di massima velocità, che decresce nuovamente all' approssimarsi
del punto opposto di inversione del moto. Anche qui il tempo da zero verso un estremo ( es.+ ) è uguale al tempo di ritorno a zero
e questi due tempi sono uguali ai tempi verso e dal punto opposto. Sono evidenti le analogie con la corrente alternata, al punto che
riportando i vari punti del moto di un pendolo su coordinate cartesiane, nell' ipotesi di una oscillazione al secondo, darebbero la
stessa sinusoide raffigurata sul diagramma 2, si dovrebbe cambiare solo l'unità di misura presente sull' ordinata ( gradi angolari
anziché V ). In pratica un conduttore percorso da c.a. è un conduttore che viene ciclicamente arricchito e poi impoverito di elettroni
per cui la polarità si inverte ciclicamente, in altri termini gli elettroni vengono "pompati" prima in un senso poi nell' altro, o meglio
ancora si dice che una corrente è alternata quando il valore della sua intensità varia con legge ciclica, partendo da zero sino ad un
valore massimo positivo, decrescendo poi sino allo zero assumendo quindi la stessa successione di valori ma di segno opposto al
precedente e per lo stesso tempo. Questa successione di valori e di tempi si chiama periodo o ciclo, il numero di tali periodi o cicli
in un secondo è la frequenza che si esprime in hertz (Hz) o cicli (c/s) e relativi multipli, KHz, MHz, GHz oppure Kc/s, Mc/s, Gc/s.
Nell' esempio indicato con il diagramma 2 la f. (frequenza) è di 1 Hz o 1 c/s. La frequenza della tensione presente nelle nostre
abitazioni ( ENEL ) è di 50 Hz o 50 c/s, quindi sul diagramma 2, nel tempo di un secondo indicato in ascissa, dovremmo
rappresentare 50 sinusoidi.
La c.a. è generata da una macchina chiamata alternatore e tutti, o quasi, ne abbiamo posseduta una. La dinamo ( definizione
errata ) della bicicletta, quella che entra in funzione quando viene appoggiata sulla spalla del pneumatico. Tale alternatore
è costituito da un magnete (calamita) che ruota all' interno di un avvolgimento di filo di rame. Il campo magnetico del magnete
induce nell' avvolgimento un campo elettrico, ma essendo il magnete in rotazione tale campo inverte la polarità ogni 180° di
rotazione. Il disegno di un alternatore elementare aiuterà a comprendere.
DISEGNO DI ALTERNATORE ELEMENTARE
A destra si vede l' alternatore frontalmente con il magnete in posizione orizzontale. Ogni volta che il magnete, ruotando, passa
per questa posizione (ogni 180° ) la sinusoide passa per lo zero (vedi diagramma 2) e la tensione sta per invertire la sua polarità,
quando il magnete si trova con i poli magnetici all' interno dell' avvolgimento (quindi ruotato di 90° rispetto al disegno, vedi a sinistra)
la tensione sarà ad un massimo negativo o positivo, dipende dal senso del campo magnetico (NS o SN) e dal senso
dell' avvolgimento di filo di rame, mentre la frequenza dipende dal numero di giri al secondo del magnete. Dal numero di giri del
magnete dipende anche la tensione, ma dato che quest' ultima è legata anche all' intensità del campo magnetico e al numero di
spire dell' avvolgimento non approfondiremo perché bisognerebbe trattare in altro modo il magnetismo, l' induzione elettromagnetica
e altro ancora.
Avviamoci alla conclusione di questo III° SPROLOQUIO parlando appunto di tensione e di corrente alternata. Osservando il
diagramma 2 sembra che sia sufficiente misurare il valore massimo di un semiciclo (Vm), ma tale misura è di uso non comune
perché solo in alcuni casi ha una rispondenza diretta con i fenomeni connessi con la c.a. Di uso comune è il valore efficace (Veff).
Tale valore si può determinare confrontando l' effetto termico della c.a. con quello di una c.c. La definizione comune è: il valore
efficace è pari a quel valore continuo che percorrendo lo stesso circuito della c.a. sviluppa la stessa temperatura in un tempo
uguale. Es., una c.a. avrà una Ieff di 1A quando in pari tempo sviluppa la stessa temperatura di una c.c. di 1A che attraversa la
stessa resistenza della c.a. Empirismo? No, perché Veff, e/o Ieff, si ottengono anche elevando a quadrato i valori istantanei di un
ciclo, calcolandone la media e estraendone la radice quadrata, in altri termini il Veff. (o la Ieff.) è la radice quadrata della media
dei quadrati dei valori istantanei in un ciclo o periodo.
DIAGRAMMA 1
Prima di proseguire poche parole sui diagrammi. Molti eventi, formule, leggi fisiche e altro sono, o vengono, rappresentate in
forma grafica tramite un sistema di coordinate cartesiane. Tale sistema, che prende il nome dal matematico Descartes, permette
di definire la posizione di un punto nel piano dando la sua distanza da due linee perpendicolari tra loro, dette assi. L' asse verticale
è chiamato asse Y, quello orizzontale asse X. La misura indicata sull'asse Y è detta ordinata, quella indicata sull'asse X ascissa.
Tale sistema di coordinate è utilizzato da tutti e in tutti i campi, dai giochi (es. battaglia navale, scacchi ecc.) alla diagnostica
(es. elettrocardiogrammi) dai sismografi alla topografia, dalla meteorologia alle analisi di mercato, in fisica, in chimica e anche nel
campo di nostro interesse.
Ritorniamo al diagramma 1. Sulla ordinata (asse Y) è indicata una tensione c.c. di 1,5 V, sulla ascissa (asse X ) è indicato un
tempo ( T ), preso arbitrariamente, di 5 sec. Appare evidente come la tensione rimanga sempre positiva al valore di 1,5 V. nel
tempo di 5 sec. Tale tempo poteva essere di 5 ore, o più, non sarebbe cambiato nulla. Questo perchè il flusso di elettroni è
costante come quantità e come direzione. Per meglio evidenziare quanto detto riporto lo schema 6 e il disegno 5 bis già apparsi
nel precedente SPROLOQUIO.
Esaminiamo ora il diagramma 2 e cerchiamo di analizzare la corrente alternata ( c.a.) che ci porterà, sia pure a tappe, a capire
ciò che ci interessa maggiormente, la radio frequenza ( R F ) e sistemi per generarla.
DIAGRAMMA 2
La prima cosa da osservare è che la tensione parte da zero e sale al valore positivo di 1,5 V con un andamento curvilineo. Questo
perché l' aumento di tensione non è a velocità costante, ma rallenta gradualmente sino a fermarsi al valore massimo, dopo di che,
con andamento uguale ma opposto, ritorna a zero. I tempi, di salita e di ritorno a zero, sono uguali. Superato lo zero la polarità
si inverte ( la tensione diventa negativa ) e con lo stesso andamento curvilineo raggiunge il massimo valore negativo ( - 1,5 V ) per
poi ritornare a zero con andamento uguale ma opposto. Anche i tempi da zero al massimo negativo e ritorno a zero sono uguali
tra loro e uguali ai tempi del semiciclo positivo.
L' analogia con il pendolo suggerisce di esaminarne il comportamento.
PENDOLO
Le oscillazioni del pendolo hanno un tempo costante, ma velocità variabile e più precisamente; velocità gradualmente decrescente
man mano che si avvicina a uno dei due punti, qui indicati con + e -, dove per un tempo molto breve si ferma e inverte il proprio
movimento, velocità crescente nel suo ritorno verso lo zero, punto di massima velocità, che decresce nuovamente all' approssimarsi
del punto opposto di inversione del moto. Anche qui il tempo da zero verso un estremo ( es.+ ) è uguale al tempo di ritorno a zero
e questi due tempi sono uguali ai tempi verso e dal punto opposto. Sono evidenti le analogie con la corrente alternata, al punto che
riportando i vari punti del moto di un pendolo su coordinate cartesiane, nell' ipotesi di una oscillazione al secondo, darebbero la
stessa sinusoide raffigurata sul diagramma 2, si dovrebbe cambiare solo l'unità di misura presente sull' ordinata ( gradi angolari
anziché V ). In pratica un conduttore percorso da c.a. è un conduttore che viene ciclicamente arricchito e poi impoverito di elettroni
per cui la polarità si inverte ciclicamente, in altri termini gli elettroni vengono "pompati" prima in un senso poi nell' altro, o meglio
ancora si dice che una corrente è alternata quando il valore della sua intensità varia con legge ciclica, partendo da zero sino ad un
valore massimo positivo, decrescendo poi sino allo zero assumendo quindi la stessa successione di valori ma di segno opposto al
precedente e per lo stesso tempo. Questa successione di valori e di tempi si chiama periodo o ciclo, il numero di tali periodi o cicli
in un secondo è la frequenza che si esprime in hertz (Hz) o cicli (c/s) e relativi multipli, KHz, MHz, GHz oppure Kc/s, Mc/s, Gc/s.
Nell' esempio indicato con il diagramma 2 la f. (frequenza) è di 1 Hz o 1 c/s. La frequenza della tensione presente nelle nostre
abitazioni ( ENEL ) è di 50 Hz o 50 c/s, quindi sul diagramma 2, nel tempo di un secondo indicato in ascissa, dovremmo
rappresentare 50 sinusoidi.
La c.a. è generata da una macchina chiamata alternatore e tutti, o quasi, ne abbiamo posseduta una. La dinamo ( definizione
errata ) della bicicletta, quella che entra in funzione quando viene appoggiata sulla spalla del pneumatico. Tale alternatore
è costituito da un magnete (calamita) che ruota all' interno di un avvolgimento di filo di rame. Il campo magnetico del magnete
induce nell' avvolgimento un campo elettrico, ma essendo il magnete in rotazione tale campo inverte la polarità ogni 180° di
rotazione. Il disegno di un alternatore elementare aiuterà a comprendere.
DISEGNO DI ALTERNATORE ELEMENTARE
A destra si vede l' alternatore frontalmente con il magnete in posizione orizzontale. Ogni volta che il magnete, ruotando, passa
per questa posizione (ogni 180° ) la sinusoide passa per lo zero (vedi diagramma 2) e la tensione sta per invertire la sua polarità,
quando il magnete si trova con i poli magnetici all' interno dell' avvolgimento (quindi ruotato di 90° rispetto al disegno, vedi a sinistra)
la tensione sarà ad un massimo negativo o positivo, dipende dal senso del campo magnetico (NS o SN) e dal senso
dell' avvolgimento di filo di rame, mentre la frequenza dipende dal numero di giri al secondo del magnete. Dal numero di giri del
magnete dipende anche la tensione, ma dato che quest' ultima è legata anche all' intensità del campo magnetico e al numero di
spire dell' avvolgimento non approfondiremo perché bisognerebbe trattare in altro modo il magnetismo, l' induzione elettromagnetica
e altro ancora.
Avviamoci alla conclusione di questo III° SPROLOQUIO parlando appunto di tensione e di corrente alternata. Osservando il
diagramma 2 sembra che sia sufficiente misurare il valore massimo di un semiciclo (Vm), ma tale misura è di uso non comune
perché solo in alcuni casi ha una rispondenza diretta con i fenomeni connessi con la c.a. Di uso comune è il valore efficace (Veff).
Tale valore si può determinare confrontando l' effetto termico della c.a. con quello di una c.c. La definizione comune è: il valore
efficace è pari a quel valore continuo che percorrendo lo stesso circuito della c.a. sviluppa la stessa temperatura in un tempo
uguale. Es., una c.a. avrà una Ieff di 1A quando in pari tempo sviluppa la stessa temperatura di una c.c. di 1A che attraversa la
stessa resistenza della c.a. Empirismo? No, perché Veff, e/o Ieff, si ottengono anche elevando a quadrato i valori istantanei di un
ciclo, calcolandone la media e estraendone la radice quadrata, in altri termini il Veff. (o la Ieff.) è la radice quadrata della media
dei quadrati dei valori istantanei in un ciclo o periodo.