Re: Problema con legge di Ohm ed effetto Joule

From: Omega <omega_at_NOyahoo.it>
Date: Tue, 18 Feb 2014 21:27:29 +0100

dvader543_at_gmail.com
> Buongiorno.
>
> Ho cercato sul gruppo e su altre fonti internet la risposta ad un
> dubbio che ho, ma non ho trovato delle risposte convincenti, quindi
> vi giro il quesito sperando che riusciate a chiarirmi le idee...

Spero di riuscirci, ma l'impressione, leggendoti, è che non ti siano
stati dati i rudimenti della teoria delle reti elettriche/elettroniche.

Allora partiamo da uno di questi rudimenti, per ora considerando come
ideali gli elementi di rete di cui parleremo, e per ulteriore
semplificazione ragioniamo in regime continuo (tensione costante), e per
ancora ulteriore semplificazione parliamo solo di generatori di
tensione. (Il regime variabile, incluso quello alternato, è più
complesso, ma non evade mai da questi rudimenti di rete.)

Con le premesse poste qui sopra, una rete elettr(on)ica è sempre e solo
composta da due elementi:
- generatori
- utilizzatori

I due termini spiegano da soli il loro significato: i generatori sono
elementi attivi, che cioè generano potenza/energia, e sono
caratterizzati da una tensione costante e basta (siamo nel caso ideale,
ricorda). Potenza ed energia non sono determinate da loro ma dal carico,
ossia dagli utilizzatori. La potenza che possono generare a tensione
costante, in quanto ideali, è infinita.

Utilizzatori sono elementi passivi, ossia quelli che ricevono una
tensione e grazie alla legge di Ohm si vedono percorsi da una corrente
determinata dal valore della resistenza (supponendola per ora costante).

Insomma la legge di Ohm, nelle condizioni che ho premesso, si applica
solo agli utilizzatori, e i generatori si limitano a erogare quella
corrente che è determinata unicamente dal carico, cioè dagli
utilizzatori. Per i generatori, quindi, in quanto ideali però, tale
legge non ha neppure senso.

Ma proviamo a uscire un po' dall'idealità - idealità che però è
indispensabile per capire questa teoria e applicarla correttamente.

Gli utilizzatori resistivi non ideali hanno un solo problema: il valore
della resistenza può variare con la temperatura, e siccome un resistore
è per definizione un elemento dissipativo, allora sicuramente si scalda.
Ma questo è un problema minore.

Per i generatori non ideali invece vanno dette alcune cose più importanti:
- intanto sono composti di materiale conduttore, quindi dotato di
resistenza, perciò quando sono percorsi da corrente a causa del carico,
hanno cadute di tensione interne; cioè per questo aspetto anche loro si
comportano da utilizzatori;
- ma hanno altri problemi che si traducono in dissipazione e quindi
possono essere modellizzati a loro volta come resistenze interne:
-- per i generatori rotanti ci sono, oltre alle perdite nel rame di cui
ho detto, perdite nel ferro per isteresi, perdite meccaniche e perdite
per ventilazione, e altre cose che dipendono dalla costituzione della
macchina (es. spazzole);
-- per i generatori statici (batterie) il comportamento elettrochimico
interno si legge/interpreta all'esterno a sua volta come una resistenza
interna.

Tutte queste caratteristiche interne si traducono in potenza persa ai
fini della generazione di tensione e dell'erogazione di corrente, oltre
a causare riscaldamento, e quindi sono il limite reale di capacità di
generare potenza.

Credo che debba bastare questo per chiarire i tuoi dubbi sulla legge di Ohm.

Riguardo alla scelta delle alte tensioni, e per di più in regime
alternato, è chiaro che se la tensione è alta, a pari potenza trasmessa
le correnti trasportate sono basse, quindi i conduttori sono di sezione
relativamente modesta.
Nota che essendo i conduttori in leghe di rame, il loro peso è notevole
per lunghe campate, tanto che questi conduttori devono avere un'anima
d'acciaio.
Inoltre, a ridurre la capacità di trasporto di corrente di simili
conduttori interviene anche il cosiddetto effetto pelle, che determina
la profondità a cui la corrente può circolare nel conduttore (non oltre
1 cm a 50 Hz), quindi portare forti correnti su lunghe linee è
assolutamente non conveniente. Là dove si deve farlo, nelle sottoreti a
media tensione, si usano sbarre a sezione piatta in modo da ovviare
almeno al problema dell'effetto pelle, ma in quei casi usare grandi
sezioni di rame non è un problema grazie alla brevità delle linee a
media tensione.

Per le alte tensioni non si usano le continue (benché ne esistano degli
esempi più che altro sperimentali a quanto ne so), per diverse ragioni:
- una è che è molto difficile, anzi critico, progettare degli apparati
efficaci per interrompere carichi in continua (sezionatori) e di
interruzione di corticircuiti in continua (interruttori); gli archi in
continua, siccome tensione e corrente non passano mai per lo zero, sono
bruttissime bestie da gestire;
- ma il peggio è che per l'alternata passare dall'alta tensione alla
media alla bassa non è un problema, grazie ai trasformatori, mentre
niente di simile esiste o può esistere per la continua, quindi la
distribuzione sarebbe più che problematica.

Saluti
Received on Tue Feb 18 2014 - 21:27:29 CET