Corrente alternata

La corrente elettrica può essere continua o alternata.
Nella corrente continua il movimento degli elettroni è di intensità costante nel tempo mentre nella corrente alternata l'intensità varia continuamente ed è caratterizzata dal fatto che il flusso degli elettroni si inverte ciclicamente e con esso la polarità infatti la corrente alternata assume valori sia positivi che negativi.

Il più semplice generatore di corrente elettrica è la pila e in un circuito alimentato da una pila la corrente che vi fluisce è sempre diretta dal polo positivo al polo negativo della pila (Fig. 1) inoltre l'intensità della corrente è sempre costante.
Poichè ha sempre il medesimo valore viene chiamata tensione continua. La pila quindi è un generatore che fornisce una tensione continua e può far circolare una corrente continua.
Altri tipi di generatori sono in grado di fornire una corrente chiamata alternata. In un circuito alimentato da un generatore che fornisce corrente alternata quest'ultima circolerà nello stesso verso della corrente continua (Fig. 2).

Corrente continua - Corrente alternata

Nel circuito della Fig. 2 la corrente circola nello stesso verso della corrente continua, Fig. 1, solo per un tempo molto breve perchè il generatore cambierà le sue polarità (Fig. 3)

Corrente alternata

Anche in questo caso la corrente circolerà per un tempo molto breve dopodichè tornerà a circolare come nella Fig. 2 e così via.
La corrente alternata cambia ripetutamente il suo verso di circolazione per periodi molto brevi ed uguali tra loro e si differisce da quella continua anche perchè la sua intensità varia continuamente.
L'intensità della correte alternata che circola nella Fig. 2 aumenta da zero fino ad un determinato valore per diminuire nuovamente fino a zero. Nel momento in cui l'intensità della corrente è nulla il generatore scambia le sue polarità (Fig. 3).
Quando la corrente riprende a circolare nel verso indicato nella Fig. 3 la sua intensità aumenta da zero fino ad un determinato valore per diminuire nuovamente fino a zero. A questo punto il generatore effettuerà un nuovo scambio di polarità e ricomincia lo stesso processo descritto sopra che si ripeterà per tutto il tempo di funzionamento del circuito.

Quindi mentre la corrente continua circola sempre nello stesso verso e mantiene costantemente la stessa intensità, la corrente alternata inverte periodicamente il suo verso di circolazione ed ha un'intensità variabile da istante ad istante questo perchè il tipo di generatore utilizza il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.
Quando un conduttore, non collegato ad alcuna fonte di elettricità, viene immerso in un campo magnetico, nel momento in cui viene collocato, ai suoi capi si sviluppa una forza elettromotrice (F.E.M.) impulsiva cioè una tensione massima all'inizio e decrescente, fino a zero, col passare del tempo.

Il generatore comprende un circuito induttore, alimentato da corrente continua per produrre il flusso d'induzione necessario, ed un circuito indotto nel quale viene indotta la corrente alternata che si desidera ottenere.

Circuito induttore - Circuito indotto

La corrente alternata ha andamento sinusoidale (Fig. 5).

La sinusoide serve per indicare l'intensità, in ogni istante, della corrente alternata e si usa per la rappresentazione grafica delle correnti alternate (Fig. 6).

Sinusoide

Rappresentazione grafica corrente alternata

Sulla retta orizzontale sono riportati i numeri che indicano i secondi e che si trovano a 1 cm l'uno dall'altro, quindi 1 cm = 1s
La scritta t(s) indica che viene letto il tempo (t) espresso in secondi (s).
Sulla retta verticale sono riportati i valori della corrente I espressi in ampere (A) che si trovano ad una distanza di 1 cm l'uno dall'altro, quindi 1 cm = 1A
Sia i numeri della retta orizzontale che quelli della retta verticale iniziano dallo stesso punto contrassegnato con lo zero.
I numeri che si trovano sotto lo zero sono preceduti dal segno meno per indicare che la corrente circola in senso opposto a quella la cui intensità è indicata dai numeri sopra lo zero.
Le due rette, orizzontale e verticale, vengono anche chiamate assi.

La rappresentazione grafica della corrente alternata serve per indicare i valori assunti dalla corrente stessa ad ogni istante.
La sinusoide della Fig. 6 costituisce un ciclo della corrente alternata perchè in essa si succedono tutti i valori che la corrente stessa può assumere quindi la corrente alternata è costituita da cicli tutti uguali tra loro.
Terminato un ciclo ne inizia subito un secondo identico al precedente.

Periodo corrente alternata

Se analizziamo le figure 6 e 7 noteremo che nella Fig. 6 la corrente compie un ciclo in un tempo di 8 secondi mentre nella Fig. 7 la corrente compie un ciclo in un tempo di 1 secondo. Da ciò si comprende che affinchè due correnti alternate siano uguali oltre ad avere gli stessi valori devono anche compiere i rispettivi cicli nello stesso tempo. La corrente alternata oltre che dal suo valore è contrassegnata anche dal tempo che impiega a compiere un ciclo. Questo tempo prende il nome di periodo.

Il periodo di una corrente alternata è il tempo che questa corrente impiega a compiere un ciclo.

Una corrente alternata, oltre che dal periodo, può anche essere contraddistinta indicando il numero dei cicli che essa compie in un secondo.

Cicli corrente alternata

Nella Fig. 7 la corrente alternata ha un periodo di 1 secondo quindi compie un ciclo in un secondo mentre nella Fig. 7 la corrente alternata ha un periodo di 0,5 secondi quindi compie due cicli in un secondo.
E' evidente che dimezzando il periodo raddoppia il numero dei cicli compiuti in un secondo pertanto il periodo e il numero dei cicli al secondo sono legati tra di loro.
Il numero dei cicli compiuti in un secondo da una corrente alternata si dice frequenza (f).
La frequenza f si misura in cicli al secondo. A questa unità è stato dato il nome di Hertz (Hz) nome del fisico tedesco Enrico Rodolfo Hertz che scoprì le onde elettromagnetiche.
Nella Fig. 7 la corrente che compie un solo ciclo al secondo ha la frequenza di 1 Hz mentre nella Fig. 8 la corrente ha la frequenza di 2 Hz poichè compie 2 cicli in un secondo.
La relazione che lega la frequenza f al periodo T è la seguente:

f = 1 / T

T = 1 / f

Da questa relazione si può vedere che il periodo T e la frequenza f sono inversamente proporzionali cioè quando uno aumenta l'altro diminuisce proporzionalmente e viceversa.

Il periodo di una corrente alternata si trova dividendo il numero 1 per la frequenza.

La frequenza della corrente alternata che utilizziamo nelle nostre case è di 50Hz, cioè compie 50 cicli ogni secondo, e se vogliamo conoscere il periodo T si applica la seguente formula:

T = 1 / f = 1 / 50 Hz = 0,02s = 20ms

Vediamo quindi che la corrente alternata di rete impiega 20ms per compiere un ciclo completo.
Viceversa, se conosciamo il periodo T possiamo calcolare la frequenza con questa formula:

f= 1 / T

Simboli, unità di misura e relazioni tra le grandezze

Corrente alternata: simboli, unità di misura e relazioni tra le grandezze

Per caratterizzare una corrente alternata occorre indicare sia la frequenza sia il valore dell'ampiezza della sinusoide che la rappresenta. Questo valore varia continuamente e nella Fig. 10 tale valore si ha una prima volta a metà semiperiodo positivo (Imax) e una seconda volta a metà semiperiodo negativo (-Imax) ed è chiamato valore massimo della corrente alternata.
Nella Fig. 10 la corrente ha un valore massimo di 3A ed ha un periodo di 0,2 secondi quindi la sua frequenza è di 5Hz

f = 1 / T = 1 / 0,2s = 5Hz

Valore massimo della corrente alternata

Possiamo quindi dire che la corrente della Fig. 10 ha una frequenza di 5Hz e un valore massimo di 3A

Poichè l'andamento della corrente è i tipo sinusoidale tutti i valori assunti nel tempo possono essere ricavati dalla relazione:

i = Imax sen 360t/T

Dove i rappresenta il valore istantaneo della corrente (valore assunto all'istante t), Imax rappresenta il valore massimo raggiunto dalla corrente, T il periodo, t il tempo misurato a partire dall'istante in cui la corrente è uguale a zero, 360 sono i gradi di un giro completo, sen (funzione seno) è la funzione che da i valori di una sinusoide.
La forma d'onda sinusoidale rispecchia l'andamento che in trigonometria presenta il seno di un angolo che varia da 0 a 360°, che vale 0 a 0°, 1 a 90°, di nuovo 0 a 180°, -1 a 270° e infine di nuovo 0 a 360°
Nella Fig. 10 all'inizio del ciclo quando il tempo vale 0 anche il prodotto 360t/T vale 0 e il seno dell'angolo ha il valore 0.
Dopo un tempo di 0,05 secondi il prodotto 360t/T vale 90° e il seno dell'angolo ha valore +1
Dopo un tempo di 0,1 secondi il prodotto 360t/T vale 180° e il seno dell'angolo è 0
Dopo un tempo di 0,15 secondi il prodotto 360t/T vale 270° e il seno dell'angolo ha il valore -1
Dopo un tempo di 0,2 secondi, periodo completo, il prodotto 360t/T vale 360° e il seno dell'angolo è uguale a 0

 

 


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