Alcuni piloni vicino a una centrale elettrica all'alba. Più tensione in un sistema elettrico fa fluire più corrente. tassello/immagini Getty Gran parte della nostra vita quotidiana funziona con l'elettricità, eppure la maggior parte di noi non conosce la differenza tra una lampadina da 60 watt e una da 75 watt, o come la tensione della presa a muro fornisce abbastanza energia per far funzionare sia una piccola lampada da tavolo che un potente forno a microonde.
Le tre unità di base dell'elettricità sono la tensione ( V ), attuale ( io , "i" maiuscola) e resistenza ( R ). La tensione è misurata in volt , la corrente è misurata in amplificatori e la resistenza si misura in ohm .
Un'analogia chiara per aiutare a capire questi termini è un sistema di tubi idraulici. La tensione è equivalente alla pressione dell'acqua, la corrente è equivalente alla portata, e la resistenza è come la dimensione del tubo.
C'è un'equazione di base nell'ingegneria elettrica che afferma come i tre termini si relazionano. Dice che la corrente è uguale alla tensione divisa per la resistenza o I =V/R. Questa è nota come legge di Ohm.
Vediamo come questa relazione si applica al sistema idraulico. Supponiamo che tu abbia un serbatoio di acqua pressurizzata collegato a un tubo che stai usando per innaffiare il giardino.
Cosa succede se aumenti la pressione nel serbatoio? Probabilmente puoi immaginare che questo fa uscire più acqua dal tubo. Lo stesso vale per un sistema elettrico:l'aumento della tensione farà fluire più corrente.
Diciamo che aumenti il diametro del tubo e di tutti i raccordi al serbatoio. Probabilmente hai indovinato che questo fa anche uscire più acqua dal tubo. È come diminuire la resistenza in un impianto elettrico, che aumenta il flusso di corrente.
La potenza elettrica è misurata in watt . In un impianto elettrico di potenza ( P ) è uguale alla tensione moltiplicata per la corrente.
L'analogia con l'acqua è ancora valida. Prendi un tubo e puntalo verso una ruota idraulica come quelle che venivano usate per trasformare le mole nei mulini ad acqua. Puoi aumentare la potenza generata dalla ruota idraulica in due modi. Se si aumenta la pressione dell'acqua che esce dal tubo, colpisce la ruota idraulica con molta più forza e la ruota gira più velocemente, generando più potenza. Se aumenti la portata, la ruota idraulica gira più velocemente a causa del peso dell'acqua in eccesso che la colpisce.
Nella pagina successiva, parleremo di più di efficienza elettrica.
I sistemi elettrici sono più efficienti quando viene utilizzata una tensione più elevata per ridurre la corrente. BIBLIOTECA FOTOGRAFICA SCIENTIFICA/Getty Images In un impianto elettrico, aumentando la corrente o la tensione si otterrà una potenza maggiore. Supponiamo che tu abbia un sistema con una lampadina da 6 volt collegata a una batteria da 6 volt. La potenza della lampadina è di 100 watt. Usando l'equazione io =P/V , possiamo calcolare quanta corrente in ampere sarebbe necessaria per ottenere 100 watt da questa lampadina da 6 volt.
Sai che P =100 W, e V =6 V. Quindi, puoi riorganizzare l'equazione per risolvere per I e sostituire nei numeri.
I =100 W/6 V =16,67 ampere
Cosa accadrebbe se si utilizzasse una batteria da 12 volt e una lampadina da 12 volt per ottenere 100 watt di potenza?
I =100 W/12 V =8,33 ampere
Così, quest'ultimo sistema produce la stessa potenza, ma con metà della corrente. C'è un vantaggio che deriva dall'usare meno corrente per produrre la stessa quantità di energia. La resistenza nei cavi elettrici consuma energia, e la potenza consumata aumenta all'aumentare della corrente che attraversa i fili. Puoi vedere come ciò accade riorganizzando leggermente le due equazioni. Quello che ti serve è un'equazione per la potenza in termini di resistenza e corrente. Riorganizziamo la prima equazione:
I =V/R può essere riformulato come V =I*R
Ora puoi sostituire l'equazione di V nell'altra equazione:
P =V*I sostituendo V otteniamo P =I*R*I, oppure P =I 2 *R
Ciò che questa equazione ti dice è che la potenza consumata dai fili aumenta se la resistenza dei fili aumenta (ad esempio, se i fili si rimpiccioliscono o sono di materiale meno conduttivo). Ma aumenta drammaticamente se la corrente che passa attraverso i fili aumenta. Così, l'utilizzo di una tensione più elevata per ridurre la corrente può rendere più efficienti gli impianti elettrici. L'efficienza dei motori elettrici migliora anche a tensioni più elevate.
Questo miglioramento dell'efficienza è ciò che ha spinto l'industria automobilistica a considerare il passaggio da sistemi elettrici a 12 volt a sistemi a 42 volt negli anni '90. Man mano che sempre più auto vengono spedite con servizi elettrici:display video, riscaldatori del sedile, climatizzazione "intelligente":richiedevano spessi fasci di cavi per fornire abbastanza corrente. Il passaggio a un sistema ad alta tensione fornirebbe più potenza con un cablaggio più sottile.
Il cambio non è mai avvenuto, perché le case automobilistiche sono state in grado di aumentare l'efficienza con la tecnologia digitale e pompe elettriche più efficienti a 12 volt. Ma alcuni nuovi modelli utilizzano sistemi ibridi con un generatore separato da 48 volt per alimentare funzioni avanzate come lo spegnimento al minimo, aumentando l'efficienza complessiva del sistema.
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Pubblicato originariamente:31 ottobre 2000
