Corrente alternata: onde sinusoidali

La corrente alternata (AC) è un tipo di corrente elettrica in cui il flusso di elettroni inverte la propria direzione periodicamente nel tempo.

Riportando in grafico il tempo in ascissa e la corrente o la tensione in ordinata si ottiene un andamento sinusoidale

L’intervallo di tempo che intercorre tra il raggiungimento di un determinato valore in due cicli successivi è detto periodo. Il numero di cicli o periodi al secondo è la frequenza misurata in Hertz.

Altre forme comuni di AC includono l’onda quadra e l’onda triangolare. Le onde quadre sono spesso utilizzate nell’elettronica digitale e di commutazione per testarne il funzionamento.

Le onde triangolari si trovano nella sintesi del suono e sono utili per testare l’elettronica lineare come gli amplificatori.

Nelle origini industriali dell’uso dell’elettricità, il sistema elettrico utilizzato nel diciannovesimo secolo era a corrente continua . Tuttavia, con l’arrivo della corrente alternata da parte dello scienziato Nikola Tesla il mondo fu nuovamente rivoluzionato.

Nel 1887, Nikola Tesla riuscì a costruire il primo prototipo di motore a induzione. Funzionava grazie a un particolare tipo di corrente elettrica , in cui gli elettroni cambiano direzione secondo alternanze ricorrenti. Tesla si rese conto che i generatori di corrente alternata emettevano un flusso elettrico che cambiava polarità più volte nell’arco di un determinato periodo di tempo

Onde sinusoidali

Si può descrivere un’onda sinusoidale come la funzione matematica:
V (t) = V_p  sen (2πft + φ)

Dove:
V(t) è la tensione in funzione del tempo
V_p  è l’ampiezza che descrive la tensione massima che l’onda può raggiungere e che è compresa tra – V_p  e + V_p
2π è una costante che converte la frequenza da cicli (in hertz) a frequenza angolare (radianti al secondo)
f descrive la frequenza dell’onda sinusoidale
t è il tempo che è la variabile indipendente
φ descrive la fase dell’onda sinusoidale ovvero la misura dello spostamento della forma dell’onda rispetto al tempo

Generazione della corrente alternata

L’AC può essere prodotta utilizzando un dispositivo chiamato alternatore. Questo dispositivo è un tipo speciale di generatore elettrico progettato per produrre corrente alternata.

Un anello di filo è fatto girare all’interno di un campo magnetico, che induce una corrente lungo il filo. La rotazione del filo può provenire, ad esempio, da una turbina eolica, una turbina a vapore o un flusso d’acqua. Poiché il filo ruota ed entra periodicamente in una diversa polarità magnetica, la tensione e la corrente si alternano sul filo.

Se si costruisce una macchina per far ruotare un campo magnetico attorno a un insieme di bobine di filo fisse mediante la rotazione di un albero, si produrrà una tensione alternata attraverso le bobine di filo mentre l’albero ruota, in conformità con la legge di Faraday sull’induzione elettromagnetica .

Si noti come la polarità della tensione attraverso le bobine di filo si inverta quando passano i poli opposti del magnete rotante.

Collegata a un carico, questa polarità di tensione inversa creerà una direzione di corrente inversa nel circuito. Più velocemente viene girato l’albero dell’alternatore, più velocemente girerà il magnete, con conseguente tensione e corrente alternate che cambiano direzione più spesso in un dato lasso di tempo.

Sebbene i generatori a corrente continua funzionino secondo lo stesso principio generale dell’induzione elettromagnetica, la loro costruzione non è semplice come quella dei loro omologhi a corrente alternata.

Vantaggi

Uno dei principali vantaggi della corrente alternata è che la sua tensione può essere modificata in modo semplice utilizzando un trasformatore che consente di trasmettere energia con tensioni molto elevate prima di essere ridotta a tensioni più basse per uso commerciale e residenziale. I trasformatori riducono al minimo la perdita di potenza nella trasmissione elettrica. Pertanto la corrente alternata, rispetto a quella continua, consente un minor consumo di energia

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