elettrotecnica in spiccioli: ETS
ETS è acronimo di ElettroTecnica in Spiccioli.
Sotto questa categoria sono raccolte delle brevi spiegazioni del funzionamento dei circuiti elettrici e delle loro parti con argomentazioni semplificate, più "alla mano" anziché teoricamente ineccepibili.
Negli articoli vengono spesso preferiti termini così come sono usati da persone non competenti che, in quanto tali, hanno una percezione intuitiva della fenomenologia elettrica.
L'intento è quello di favorire migliori conoscenze nel settore facendo riferimento alle competenze acquisite con la scuola media.
Tuttavia vengono evitate spiegazioni e nozioni concettualmente sbagliate per cui non sono usati l'uso scorretto di termini e l'uso di unità di misura non appropriate.
Di solito ci sono link di approfondimento con rinvii a pagine più precise e corrette.
Ci sono componenti in un circuito elettrico che hanno la proprietà di immagazzinare energia senza dissiparla e quindi di poterla restituire.
Extracorrente di apertura.
Gli avvolgimenti, come le bobine dei relè o dei trasformatori o dei motori, hanno la proprietà di immagazzinare energia quando c'è corrente.
Questa proprietà si chiama induttanza e l'energia immagazzinata è data da
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L'isteresi di un relè è stata simulata nel progetto di scratch descritto in un articolo dedicato all'argomento.
Con un altro progetto realizzato con Scratch viene ricostruito il comportamento di un avvolgimento su materaile ferromagnetico sottoposto ad un regime di tensione sinusoidale disegnandone il relativo ciclo di isteresi.
In assenza di ferro la corrente magnetizzante ha forma sinusoidale ed è sfasata in ritardo di 90 gradi rispetto alla tensione.
Non ci sono perdite di potenza attiva.
In presenza di ferro la corrente magnetizzante assorbita non è sinusoidale assumendo una forma che risente sia della saturazione del ferro sia dell'isteresi magnetica.
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In corrente alternata ci si imbatte spesso in sistemi di alimentazione monofase (a casa) e trifase (in officina).
La ragione di questa doppia disponibilità ha motivazioni essenzialmente economiche.
Caratteristiche dell'alimentazione monofase:
- richiede impianti con solo due conduttori;
- molte apparecchiature elettriche ammettono/prediligono alimentazione monofase: lampade, forni, apparecchi elettronici …
- va bene per i motori a spazzole (nota 1) (trapani, asciugacapelli, macinacaffè, frullatori);
- i motori a induzione (lavatrice) si possono fare funzionare con trucchi circuitali inserendo un condensatore in serie ad un scondo avvolgimento senza pregiudicarne le caratteristiche e la funzionalità (nota 2).
Caratteristiche dell'alimentazione trifase (wikipedia):
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{jcomments on}Potenza Media
Il calcolo della potenza viene effettuato utilizzando i valori efficaci della tensione e della corrente ed un numero che si chiama "fattore di potenza" così:
Pmed = VRMS * IRMS * fattore_di_potenza
Questa è l'espressione del valore medio (si indica con P o Pmed o Pav) perchè in alternata la potenza è variabile, vedi anche ETT: la potenza elettrica.
La potenza elettrica si misura in W (watt) e viene anche chiamata potenza utile o potenza reale.
In regime sinusoidale, come è quello di casa, il fattore di potenza è uguale al coseno dell'angolo di sfasamento fra tensione e corrente per cui
Pmed = VRMS * IRMS * cosφ
nella figura lo sfasamento consiste in un ritardo della corrente rispetto alla tensione pari a 30°.
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{jcomments on}La tensione e la corrente alternata.
La distribuzione dell'energia elettrica in Italia avviene per mezzo di linee elettriche a tensione alternata, di forma sinusoidale ed alla frequenza di 50Hz (nota 1).
I produttori di energia elettrica ed i distributori operano in modo da mantenere a casa nostra una tensione di 230V ad una frequenza costante.
Cosa vuol dire "tensione alternata"?
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Un circuito elettrico di solito comprende un interruttore per dare la possibilità ad una persona di decidere se fare funzionare l'apparecchiatura oppure no: si usa dire che serve per accendere e spegnere.
L'interruttore è costruito con due contatti che possono essere tenuti lontani così che la corrente non può circolare oppure essere premuti uno contro l'altro in modo da toccarsi e consentire il passaggio della corrente.
Sono possibili due casi in modo da:
- permettere il passaggio della corrente (i contatti si toccano)
e si dice che l'Interruttore è chiuso
oppure in modo da
- impedire il passaggio della corrente (i contatti non si toccano)
e si dice che l'Interruttore è aperto
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Definizione
La potenza elettrica in corrente continua è il prodotto della tensione per la corrente (nota 1):
P=V*I
con P misurato in W (watt)
V misurato in V (volt)
I misurato in A (ampère)
Se si conosce la potenza, valgono le relazioni inverse: I=P/V e V=P/I
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La corrente elettrica è il movimento di cariche elettriche verso una direzione prevalente (nota 1).
Nota: la corrente elettrica può essere dovuta al movimento di elettroni oppure al movimento di ioni, che possono essere positivi o negativi, od al movimento di protoni, mesoni, nuclei atomici... qualunque oggetto che abbia carica elettrica!
Il tipo di carica che si sposta dipende dal tipo di conduttore ... nel vuoto si può spostare qualunque cosa che, se è carica, genera corrente elettrica per il solo fatto che si muove. Nai metalli si muovono gli elettroni. Nei semiconduttori si muovono elettroni o lacune (che sono mancanze di elettroni e quindi sono, di fatto, cariche positive). Nelle soluzioni si muovono ioni che sono atomi diventati positivi se hanno elettroni in meno e negativi se hanno elettroni in più rispetto al numero dei protoni del nucleo. Non ha senso chiedersi quale tipo di cariche si stia muovendo ed in quale direzione si spostino: si usa la convenzione che la corrente elettrica sia dovuta al movimento ordinato di cariche positive qualunque sia il materiale considerato.
Non tutti i materialli consentono il movimento delle cariche elettriche; i materiali che consentono tale movimento si chiamano conduttori elettrici, i materiali che non consento il movimento delle cariche elettriche si chiamano isolanti elettrici.
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La tensione elettrica è la causa del movimento delle cariche elettriche.
Si sa che cariche elettriche di segno opposto si attraggono. In un atomo le cariche elettriche positive, i protoni del nucleo, e le cariche elettriche negative, gli elettroni, sono in pari numero per cui le loro cariche elettriche si annullano a vicenda così che l'atomo non ha carica elettrica risultante: si dice che è neutro. (nota 1)
Se qualche fenomeno fisico separa le cariche elettriche allora si produce una forza di attrazione reciproca che tenta di ricongiungere le cariche; questa forza, o propensione al ricongiungimento, si chiama tensione elettrica.
Se una delle due cariche potrà spostarsi allora si ricongiungeranno generando quel movimento in una direzione prevalente che si chiama corrente elettrica.
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Un generatore elettrico fornisce energia elettrica al circuito.
Pile, accumulatori, dinamo, alternatori, celle fotovoltaiche sono tutti generatori elettrici.
Sono essenzialmente di due tipi: a corrente continua ed a corrente alternata (vedi qui).
E' il generatore elettrico che fornisce l'energia necessaria alle cariche elettriche per circolare nel circuito e per alimentare gli utilizzatori U inseriti nel circuito (lampadine, televisori, ferri per stirare, frigoriferi, computer, motori elettrici, sono tutti utilizzatori elettrici).
Un generatore elettrico non crea energia ma trasforma un tipo di energia (chimica, meccanica, elettromagnetica) in energia elettrica con un processo interno che è capace di produrre una forza elettromotrice che produce la tensione VG tra i suoi morsetti: vedi "il circuito elettrico elementare".
Le caratteristiche di un generatore elettrico sono illustrate in questa pagina.
Per approfondire vai a questa pagina.
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Un generatore elettrico fornisce energia elettrica al circuito.
Pile, accumulatori, dinamo, alternatori, celle fotovoltaiche sono tutti generatori di tensione (nota 1).
E' il generatore elettrico che fornisce l'energia necessaria alle cariche elettriche per circolare nel circuito e per alimentare gli utilizzatori U inseriti nel circuito (lampadine, televisori, ferri per stirare, frigoriferi, computer, motori elettrici, sono tutti utilizzatori elettrici).
Un generatore elettrico non crea energia ma trasforma un tipo di energia (chimica, meccanica, elettromagnetica) in energia elettrica con un processo interno che è capace di produrre una forza elettromotrice che produce la tensione VG tra i suoi morsetti.
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Cosa significano i termini "corrente continua" e "corrente alternata" e quale è il loro impiego.
In quali circuiti sono disponibili la corrente continua ed in quali la corrente alternata.
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Read more: ETS: circuiti a corrente continua e a corrente alternata
Quando si paga la "bolletta dell'elettricità" (ENEL, IREN, Edison, Surgenia, ...) si paga qualcosa che dipende da quanto viene misurato dal contatore: l'energia elettrica.
L'energia elettrica consumata viene misurata in kilowattora (kWh); il fornitore applica su ogni kilowattore consumato una tariffa che corrisponde, grosso modo, al costo di produzione e trasporto di quella quantità di energia. Il fornitore di energia elettrica deve usare altre fonti di energia per produrla: da qualche altra parte viene usata energia di altro tipo per essere trasformata in energia elettrica. Il contatore di casa serve proprio a misurare l'energia elettrica consumata dall'utente.
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In spiccioli:
tutti i fili elettrici oppongono resistenza al passaggio della corrente elettrica per cui la corrente, per attraversare il filo, deve avere un po' di energia da poter consumare.
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ETS: circuiti elettrici Conteggio articoli: 6
Circuiti elettrici
Il collegamento degli apparecchi elettrici avviene connettendo fra di loro i morsetti di cui sono dotati.
Il circuito elettrico allora viene ad essere interessato da tensioni e correnti e da trasformazioni di energia che è possibile calcolare utilizzando le leggi che lo governano:
- principi di conservazione della materia e dell'energia
- principi di Kirchhoff
- legge di Ohm
- legge di Joule
- ......
- A parte vengono considerati i circuiti elettrici in corrente alternata (sinusoidale) come caso particolare.
- Altri casi particolari sono i circuiti elettrici funzionanti a intermittenza (ad onda quadra o ad impulsi)