L’energia elettrica è una forma di energia, questa viene ricavata attraversa altre forme di energia, si ha quindi una trasformazione ad esempio da energia termica ad energia elettrica (centrali termoelettriche), oppure si può sfruttare l’energia idraulica per trasformarla in energia elettrica, dando vita a energia idroelettrica.
L’energia elettrica può essere usata per avere diversi effetti, effetti luminosi, meccanici (azionamento di diverse macchine ), calore ( attraverso stufe).
Non tutti i corpi si lasciano attraversare facilmente dall’energia elettrica, i corpi che si lasciano attraversare facilmente sono detti conduttori, altri che si oppongono al suo passaggio sono detti isolanti.
Sono conduttori, tutti i metalli in varia misura, il carbone, il corpo umano, sono invece isolanti il vetro,la plastica, la porcellana, la gomma, l’aria e gli olii.
Gli isolanti sono in genere utilizzati per impedire che l’elettricità abbandoni il corpo su cui è stata convogliata ( rivestimento plastico dei fini metallici ).
Si definisce corrente elettrica il movimento dell’elettricità nei conduttori, la quantità di elettricità che attraversa il conduttore nell’unità di tempo è detta intensità di corrente, che ha come unità di misura l’ampere, indicato con il simbolo A, l’intensità di corrente si misura con un apparecchio detto amperometro, per distinguere l’amperometro da altri strumenti elettrici, questi sono contrassegnati dalla lettera A o da Amp.
L’amperometro misura esclusivamente la quantità di corrente dal quale viene attraversato, deve quindi essere inserito all’interno del circuito elettrico su cui vogliamo effettuare la misura.
Questo si ottiene tagliando il conduttore nel punto dove vogliamo effettuare la misura e collegando gli estremi tagliati agli estremi dell’apparecchio.
Definita l’intensità di corrente, e la corrente bisogna descrivere cosa ci causa il movimento della corrente, come per i fluidi il moto da un recipiente ad un altro può essere causato da un dislivello, per i gas attraverso una differenza di pressione, per l’energia elettrica abbiamo che il flusso della corrente è generato dalla tensione elettrica.
La tensione elettrica è quindi l’elemento che ci produce il movimento dell’elettricità all’interno dei conduttori, quindi in un conduttore tanto maggiore sarà la tensione tra i suoi estremi e tanto più grande sarà l’intensità di corrente elettrica, unità di misura della corrente è il Volt comunemente indicato con la lettera V.
Per misurare la tensione ci serviamo di un apparecchio che viene detto Voltmetro, che ha la stessa forma degli amperometri da cui si distinguono dalla presenza della lettera V.
A differenza dell’amperometro il voltmetro non deve essere attraversato da nessun flusso di corrente, si monta quindi in derivazione agli estremi di cui vogliamo conoscere la tensione.
In realtà non ci interessano le tensioni assolute ma noi andiamo a misurare la differenza di tensione tra i due estremi su cui abbiamo installato il voltmetro.
Il lavoro che può essere sviluppato o assorbito da una macchina è chiamato potenza, in elettrotecnica l’unità di misura della potenza è il Watt, simbolo W, i Watt sviluppati da un generatore o assorbiti da una macchina elettrica possono essere calcolati moltiplicando il valore della tensione per l’intensità della corrente, per misurare grandi potenze si è soliti usare come unità di misura i KW, un KW corrisponde a 1000 W.
Una macchina di determinata potenza consumerà una quantità di energia proporzionale al tempo di funzionamento.
Dicesi chilowattora (KWh) la quantità di energia elettrica consumata in un ora da una macchina che assorbe la potenza di un chilowatt. Per sapere quanti chilowatt ora consuma una certa macchina in un determinato tempo si moltiplica la potenza assorbita dalla macchina in KW per il tempo del suo funzionamento valutato in ore: KW x ora = KWh
Tutti i materiali per quanto siano conduttori presentano sempre un certo valore di resistenza, questa varia a seconda del materiale e a seconda delle dimensioni del conduttore. Per conduttori dello stesso materiale la
resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza del conduttore ed in maniera inversamente proporzionale alla sua sezione.
I conduttori devono essere di metallo assai puro perché anche piccole percentuali di impurità aumentano notevolmente la resistenza elettrica del materiale, di conseguenza le leghe in generale hanno una resistenza più alta rispetto al materiale che ne costituisce la matrice. Il rame è l’elemento, di utilizzo industriale, che presenta una maggiore conducibilità elettrica, ad esempio a parità di lunghezza un conduttore di acciaio per avere la stessa conducibilità di un conduttore di rame deve avere una sezione 8,5 volte maggiore. Il risparmio nell’acquisto dell’acciaio rispetto al rame sarebbe quindi superato dalla maggiore spesa per la sistemazione dell’impianto (in quanto servono strutture più resistenti). L’unità di misura della resistenza è l’ohm che viene comunemente indicato con il simbolo W.
Dicesi circuito elettrico un percorso chiuso in cui la corrente elettrica dopo aver attraversato un certo numero di conduttori ed apparecchi utilizzatori ritorna alla stessa macchina che l’ha generata, il circuito può essere chiuso o aperto. Aprendo il circuito sul quale siano inserite macchine o apparecchi elettrici si interrompe il loro funzionamento e volendolo ripristinare occorre richiudere il circuito, l’apertura e chiusura del circuito viene fatta mediante speciali apparecchi detti interruttori.
La legge di Ohm è la legge fondamentale dei circuiti elettrici. Essa definisce il valore della intensità della corrente circolante in un circuito in
funzione della tensione creata dal generatore ed in funzione della resistenza elettrica del tratto considerato e della corrente che lo percorre:
I = V/R
Ad esempio, un circuito avente una resistenza di 10 ohm al quale è stata applicata una tensione di 80V sarà percorso da una corrente:I=80V/10 ohm.
Per effetto joule si intende la proprietà per cui un conduttore percorso da una corrente si riscalda ed il suo riscaldamento è tanto maggiore quanto più grande è la sua resistenza e quanto più elevato è il valore della intensità di corrente che lo attraversa. Viene quindi creato calore a spese di energia elettrica. La corrente elettrica può essere continua o alternata. Se la corrente percorrerà il conduttore secondo un’unica direzione avremo corrente continua, se invece la tensione di cui disponiamo varia ripetutamente ad intervalli regolari di tempo invertendo il senso della corrente nel conduttore avremo corrente alternata. Per convenzione si chiama polo positivo il capo del conduttore dove la corrente entra e lo si indica col segno + ; polo negativo il capo del conduttore dal quale la corrente esce e lo si indica col segno - .
Nella corrente alternata si ha che le polarità si scambiano continuamente quindi non si potrà più parlare di polo positivo e polo negativo.
L’intervallo che intercorre nel cambio da polo positivo a polo negativo si chiama periodo, a volte essendo questo molto piccolo ( nell’ordine di millesimi di secondo) si preferisce parlare di frequenza cioè quante volte si ripete il ciclo in un secondo.
La frequenza con cui viene distribuita la corrente in Italia è fissata dall’ente distributore, ed è fissa.
Solitamente la corrente viene distribuita e convogliata alle varie utenze in maniera trifase, cioè tre differenti correnti alternate convogliate alla macchina utilizzatrice mediante tre conduttori differenti, i circuiti utilizzati per convogliare l’energia elettrica sono quindi 3.
Si dicono generatori di corrente speciali macchine capaci di creare delle differenze di tensione in punti determinati detti morsetti, in modo che collegando questi con dei conduttori si genera passaggio di corrente.
Un esempio di generatori di corrente continua possono essere le dinamo, di corrente alternata gli alternatori, questi sono tutti trifase.
Sia le dinamo che gli alternatori sono delle macchine rotanti, hanno quindi bisogno di un elemento motrice che produca la rotazione, si ha quindi la trasformazione di energia meccanica in energia elettrica.
La forza motrice solitamente per le piccole produzioni di corrente ci vengono date da motori diesel, abbiamo quindi la formazione di gruppi elettrogeni.
Quando stiamo utilizzando delle macchine trifasi i problemi sono relativi in quanto possiamo collegare direttamente la macchina alle linee trifasi.
Maggiori problemi ci sono quando dobbiamo collegare macchine monofasi, che hanno cioè un solo circuito elettrico, o quando abbiamo macchine che funzionano a corrente continua, in questo caso avremo quindi bisogno di trasformatori in grado di darci il tipo di corrente che meglio si adatta alle nostre caratteristiche, a volte risulta anche necessaria la trasformazione da alta tensione a bassa tensione o viceversa.
Solitamente i voltaggi più utilizzati sono 220 V e 280V.