APPUNTI DEL CORSO DI
SISTEMI IMPIANTISTICI E SICUREZZA
INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: FONDAMENTI DI ELETTROTECNICA
Concetti e grandezze fondamentali
CAMPO ELETTRICO: è un campo vettoriale di forze, generato nello spazio dalle cariche elettriche.
In un punto dello spazio, si può definire l’intensità del campo elettrico, E, misurando la forza, F, che è
capace di provocare su una carica elettrica “di prova”, q:
F Newton
E
q
Coulomb
Se a generare il campo elettrico è una carica di valore q1, essa esercita sulla carica di prova una forza,
F (studiata e caratterizzata dallo Scienziato Coulomb), di intensità pari a:
Fo
q
q
1
r2
essendo: o la costante dielettrica del vuoto ed r la distanza tra le due cariche, q1 e q.
INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: FONDAMENTI DI ELETTROTECNICA
L’intensità del campo elettrico, generato nel vuoto da una carica q1, può essere, quindi, riscritta nel seguente modo:
Fq
Newton
Volt
1
E
02
q r
Coulomb
metro
POTENZIALE ELETTRICO
Poiché un campo elettrico può esercitare una forza su una carica elettrica, esso può anche produrre lavoro, spostando la
suddetta carica elettrica, da un punto iniziale ad un altro (si ricordi che il lavoro è pari al forza per spostamento).
Il lavoro, Wp∞, svolto dal campo elettrico per spostare una carica di valore unitario, da un punto iniziale, p, e fino all’infinito,
prende il nome di energia potenziale elettrica o, più semplicemente, potenziale, Vp, del campo elettrico. Il potenziale elettrico è
una grandezza scalare (è caratterizzata solo dall’intensità) ed il suo valore risulta dato da:
W
p
Joule
V
Volt
p
q
Coulomb
Si noti che il valore del potenziale elettrico in un punto, p, generico è definito a meno di una costante (il potenziale nel punto
all’infinito); il valore del potenziale nel punto all’infinito è convenzionalmente fissato pari a zero.
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Una osservazione molto importante è che il lavoro, WAB, compiuto dal campo elettrico per spostare una carica elettrica, q, da
un punto iniziale A ad un punto finale B, non dipende dal percorso seguito dalla carica, ma unicamente dalla differenza del
potenziale elettrico nel punto A, VA, e quello nel punto B, VB:
.
V
W
q
V
AB
A
B
La differenza di potenziale tra due punti A e B è anche detta TENSIONE ELETTRICA, VAB.
RIASSUMENDO
Nello spazio ove è presente un campo elettrico, una differenza di potenziale elettrico tra due punti (tensione) può provocare lo
spostamento di una carica elettrica tra gli stessi punti, compiendo lavoro.
CORRENTE ELETTRICA: non è altro che una quantità di carica elettrica in movimento; se osserviamo una sezione, S, fissa
nello spazio dove vige un campo elettrico, la corrente elettrica, I, attraverso tale sezione è più
propriamente definita come la variazione nel tempo della quantità di carica elettrica, Q, che passa
attraverso la superficie stessa.
INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: FONDAMENTI DI ELETTROTECNICA
CORRENTE ELETTRICA
Dalla sua stessa definizione, la corrente elettrica è una grandezza vettoriale (dotata di direzione e verso, oltre che di intensità) e
la sua intensità può essere misurata come:
dQ
Coulomb
I
Ampere
dt
secondo
E’ importante sottolineare che, una differenza di potenziale che agisce su delle cariche può provocare circolazione di corrente.
POTENZA ELETTRICA
Abbiamo già trattato il lavoro elettrico, che è assimilabile direttamente al concetto di ENERGIA ELETTRICA.
D’altra parte, esiste un legame diretto tra energia, W, e potenza, P:
W
V
V
Joule
A
B
W
P
t
P
q
I
V
Wat
W
Wa
se
AB
t t
secon
INTRODUZIONE AGLI IMPIANTI ELETTRICI: FONDAMENTI DI ELETTROTECNICA
CIRCUITI ELETTRICI
Le grandezze elettriche sopra introdotte diventano utili nella pratica allorquando di riesce a confinarle in luoghi fisici ben
definiti piuttosto che non genericamente nello spazio; tali luoghi fisici sono definiti circuiti elettrici.
Un primo componente fondamentale dei circuiti elettrici sono i conduttori: si tratta di materiali che hanno la caratteristica
intrinseca di possedere una grande quantità di elettroni (cariche elettriche con segno negativo) che possono muoversi con
estrema facilità lungo i conduttori stessi, quando sottoposti a forze elettriche, provocate da un campo elettrico o, più
convenientemente, da una tensione elettrica presente ai terminali (o capi, o morsetti) del materiale conduttore stesso.
Per provocare una corrente elettrica (cariche elettriche in movimento) in un conduttore, quindi, è necessario creare ai morsetti
(terminali) del conduttore stesso una tensione. Nella pratica sono state pensate e costruite delle macchine elettriche capaci di
generare tensioni elettriche; esse vengono chiamati generatori di tensione.
Per far si che l’energia elettrica che può fluire in un circuito elettrico venga trasformata in lavoro utile nella pratica, è
necessario che una corrente elettrica venga fatta confluire all’interno di apparecchiatura elettrica ai cui morsetti venga, altresì,
mantenuta una tensione elettrica, per un certo tempo. Tali apparecchiature vengono chiamate anche utilizzatori elettrici.
Esistono diversi tipi di utilizzatori elettrici, che si distinguono l’uno dall’altro sia per come sono costruiti che per come
sfruttano l’energia elettrica ricevuta in ingresso; a titolo di esempio (non esaustivo) si citano le lampade ed i motori.
