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corrènte (elettrotecnica)

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Descrizione generale

Movimento ordinato di cariche elettriche positive o negative che si genera quando si è in presenza di un campo elettrico nello spazio in cui avviene tale movimento; "Per la corrente elettrica continua vedi diagrammi al lemma del 6° volume." le traiettorie percorse dalle cariche nel loro moto sono dette linee di corrente e coincidono con le linee di forza del campo elettrico. L'insieme delle linee di corrente costituisce un circuito; questo viene generalmente materializzato da un sistema di corpi conduttori opportunamente collegati. Alla corrente si assegna per convenzione un senso coincidente con il verso del moto delle cariche positive, cioè quello che va dai punti a potenziale maggiore a quelli a potenziale minore; una corrente dovuta a cariche negative ha quindi verso opposto a quello del moto delle cariche. Il fenomeno del passaggio di corrente elettrica viene caratterizzato quantitativamente dalla grandezza scalare i, detta intensità di corrente, definita come la quantità di carica che attraversa una sezione S del circuito nell'unità di tempo: se dq è la quantità di carica che attraversa S nel tempo dt, risulta perciò i=dq/dt. L'unità di misura di i è, nel Sistema Internazionale (SI), l'ampere. Una corrente la cui intensità sia costante nel tempo è detta continua "I diagrammi relativi alla corrente elettrica continua sono a pag. 300 del 7° volume." , altrimenti e detta variabile. Tra le correnti variabili hanno particolare importanza quelle alternate, che sono correnti periodiche aventi valore medio nullo in un periodo. L'intensità delle correnti alternate più comuni varia nel tempo con legge sinusoidale del tipo i=IMsin 2πft, dove IM è il valore massimo della corrente e f la frequenza. Un altro tipo di corrente variabile di notevole interesse è quello delle correnti pulsanti, che sono correnti periodiche ma unidirezionali: esse vengono ottenute, per esempio, mediante raddrizzamento delle correnti alternate. Il passaggio di corrente in un circuito è legato alla presenza di un campo elettrico: ciò significa che, affinché una carica si muova lungo una linea di corrente (in particolare lungo un conduttore) da un punto A a un punto B, è necessario che esista tra A e B una differenza di potenziale v. Il legame tra tale differenza di potenziale e l'intensità di corrente nel conduttore è dato dalla legge di Ohm. Per i conduttori metallici percorsi da corrente continua il legame tra v e i è lineare e la legge di Ohm si scrive nella forma v=Ri, dove la costante di proporzionalità R è detta resistenza del conduttore; per conduttori di altro tipo (per esempio semiconduttori, gas ionizzati, ecc.) il legame tra differenza di potenziale e intensità di corrente non è espresso da una relazione di proporzionalità: la legge di Ohm può ancora essere scritta nella forma precedente, ma R è in generale una funzione di i. Se, anziché un tratto di linea di corrente, si considera un intero circuito, bisogna tener conto delle forze elettromotrici agenti su esso. Le relazioni tra correnti e forze elettromotrici sono date dai principi di Kirchhoff (vedi circuito). Nel caso di circuiti percorsi da correnti variabili è necessario tener conto della presenza di induttori e condensatori. Gli induttori danno luogo a forze elettromotrici di autoinduzione pari a –Ldi/dt (vedi induzione) e i condensatori provocano cadute di tensione pari a (1/Cidt: infatti per la definizione di intensità di corrente e di capacità di un condensatore si ha i=dq/dt=d(Cv)/dt=Cdv/dt quindi risulta v=(1/Cidt. Ogni circuito percorso da corrente variabile può essere ridotto a un circuito equivalente costituito da un resistore, un induttore e un condensatore in serie: in generale quindi la differenza di potenziale occorrente per far circolare una corrente variabile i in un tratto generico di un circuito può essere espressa dalla relazione integro-differenziale

L'integrazione di tale equazione non è agevole per correnti variabili in modo qualsiasi; nel caso, di maggior interesse pratico, di corrente alternata sinusoidale, il problema può essere studiato con i metodi del calcolo simbolico. In questo modo si tiene conto dei fenomeni legati alla presenza di induttori e di condensatori attraverso le cadute di tensione nella reattanza induttiva XL=2πfL e nella reattanza capacitiva XC=1/2πfC; la legge di Ohm viene così generalizzata nella relazione tra valori efficaci V=ZI, dove è una grandezza, omogenea con una resistenza, detta impedenza del circuito. Un circuito percorso da corrente assorbe una potenza elettricaP espressa, per correnti continue, dal prodotto dei valori della differenza di potenziale applicata agli estremi del circuito e dell'intensità di corrente; per correnti alternate sinusoidali la potenza istantanea ha valore medio P=VIcosφ, dove V e I sono i valori efficaci della differenza di potenziale e dell'intensità di corrente e φ il loro sfasamento.

Corrente di spostamento

Il passaggio di una corrente variabile nei condensatori non può essere giustificato attraverso un movimento di cariche entro il dielettrico (che in particolare può essere il vuoto, nel quale non sono presenti cariche); d'altra parte, al variare della differenza di potenziale applicata alle armature del condensatore, varia la quantità di carica che si localizza su di esse, quindi l'intensità di corrente i=dq/dt ha valore non nullo. Poiché la carica su un elemento di armatura di superficie dS è pari al flusso del vettore induzione dielettrica (o spostamento elettrico) D attraverso tale elemento, si può porre , dove Dn è la componente del vettore D normale a dS. Nel caso particolarmente semplice di condensatore ad armature piane e parallele risulta i=S∂D/∂t. Alla corrente così definita J. C. Maxwell diede il nome di corrente di spostamento.

Corrente di Foucault (o parassita)

Sono dette correnti di Foucault o correnti parassite quelle che si generano per induzione elettromagnetica in seno a masse metalliche immerse in un campo magnetico variabile o mobili in un campo magnetico non uniforme. Tali correnti vengono sfruttate per esempio nei forni a induzione, in relazione al riscaldamento del materiale metallico provocato dal loro passaggio; nei circuiti magnetici delle macchine elettriche a corrente alternata la presenza delle correnti di Foucault provoca notevoli perdite di potenza ed è quindi necessario limitarle per quanto possibile: per questo motivo tali circuiti magnetici non sono massicci, ma vengono realizzati con lamierini disposti parallelamente alle linee di induzione del campo magnetico.

Altri tipi di corrente

Correnti vaganti. Le correnti che circolano nel terreno a causa delle dispersioni che avvengono negli impianti elettrici, specialmente quando il terreno venga usato come conduttore di ritorno. La presenza di correnti vaganti si ha in particolare in prossimità degli impianti di trazione nei quali il conduttore di ritorno è costituito dalle rotaie: infatti esse tendono a staccarsi dalle rotaie, che non sono isolate dal terreno, per esempio in corrispondenza dei giunti, dove la resistenza elettrica è notevole. Tali correnti tendono a percorrere nel terreno la via di minore resistenza e possono così essere convogliate da tubazioni metalliche o dall'involucro di cavi elettrici provocando dannosi fenomeni di corrosione. § Corrente diretta. In un elemento elettronico non simmetrico, quale un tubo elettronico, o un semiconduttore, è quella che circola nel verso preferenziale; la corrente che circola nell'altro è detta corrente inversa. ❏ Corrente debole. Termine generico per indicare correnti di bassa intensità. Più comunemente tale espressione indica le correnti oggetto dell'elettronica e delle telecomunicazioni; in contrapposizione si parla di correnti forti per indicare quelle di cui si occupa l'elettrotecnica, che costituisce appunto il campo delle correnti forti. § Corrente fonica. Corrente variabile portante un segnale acustico che applicata, per esempio, a un altoparlante dà luogo a onde sonore. § Corrente codificata. Nella tecnica ferroviaria, si definisce tale una corrente intermittente di opportuna frequenza utilizzata nei sistemi di blocco automatico per l'alimentazione dei circuiti di binario. Le più comuni correnti codificate hanno la frequenza di 75, 120 e 180 periodi al minuto primo. L'uso delle correnti codificate presenta tre vantaggi principali: in assenza di treni sul binario la condizione di via libera non è data dalla semplice condizione di eccitazione del relè ricevitore, ma dalla regolare pulsazione della corrente di eccitazione, il che è molto più sicuro; a via libera i codici permettono di trasmettere un maggior numero di informazioni; le correnti codificate permettono di attivare il segnalamento continuo in locomotiva. § Corrente di linea o di alimentazione microfonica. In telefonia, la corrente inviata nel doppino della linea di utente per permettere l'alimentazione del microfono da parte dei dispositivi della centrale telefonica.

Bibliografia

E. Amaldi, Fisica sperimentale, parte II, Roma, 1958; E. Bottani, R. Sartori, Appunti di elettrotecnica, Milano, 1968; S. Basile, Elettrotecnica, vol. III, Bologna, 1969; D. Halliday, R. Resnick, Fisica generale, vol. II, Milano, 1970; L. Olivieri, E. Ravelli, Elettrotecnica, vol. I, Padova, 1972; G. Biasutti, Elettrotecnica generale, Milano, 1989.