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Energia e Potenza elettrica

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Energia

La definizione più comune di energia è la seguente:

• L’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di compiere un lavoro

– Dal punto di vista meccanico il lavoro è il prodotto di una forza per uno spostamento

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Forme di energia

• Energia meccanica

• Energia termica

• Energia chimica

• Energia elettrica

• Energia nucleare

• ……(esistono anche altre svariate forme che per brevità non elenco o sono dei sottoinsiemi di quelle citate)

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• È importante ricordare che l’energia si trasforma da una forma ad un’altra:

• L’energia chimica immagazzinata nelle pile e nelle batterie si trasforma in energia elettrica che permette il funzionamento dei più comuni dispositivi elettronici

• L’energia termica di un fluido in ebollizione può essere trasformata in energia meccanica ( è quanto avviene nelle centrali termoelettriche o nelle vecchie macchine a vapore ad esempio le prime locomotive)

• L’energia elettrica viene trasformata in energia meccanica in un trapano

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Energia Elettrica

• Prima di parlare di energia elettrica è bene richiamare alcuni concetti:

• La corrente elettrica è data dalla carica che attraversa un conduttore in un secondo :

t

QI

Dove I è l’intensità della corrente elettrica

Q è la quantità di carica che attraversa il conduttore

Δt l’intervallo di tempo

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• Dalla formula precedente si può ricavare l’espressione della carica:

tIQ

• Questa espressione si rivela particolarmente utile in quanto la carica è difficile da misurare, mentre la corrente e il tempo possono essere rilevati in maniera piuttosto agevole, ad esempio con un amperometro e un cronometro.

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Altro concetto da richiamare è la tensione:

• La differenza di potenziale tra due punti è pari al lavoro che occorre spendere per portare una carica unitaria da un punto all’altro

• Lavoro = energia

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Energia elettrica

• E se devo portare tante cariche? Quanta energia devo spendere ( o meglio deve essere prodotta dal generatore)?

QUE AB

Dove E è l’energia

UAB è la d.d.p. tra due punti A e B

Q è la quantità di carica spostata

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Energia fornita da un generatore

QUE AB

Ipotizzando un semplice circuito elettrico

A

B

Il generatore spende un energia pari

Sostituendo l’espressione di Q ricavata precedentemente

tIUE AB

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Sistemi elettrici Ideali

Energia in ingresso.

Fornita dai generatori

Energia utile.

Trasformata dagli utilizzatori in altre forme di energia

In un sistema ideale tutta l’energia in ingresso si trasforma in energia utile

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Sistemi elettrici reali

Ei= Eu + Ep

Energia in ingresso.

Fornita dai generatori

Energia utile.

Trasformata dagli utilizzatori in altre forme di energia

Energia Persa.

Ad esempio nei conduttori

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• Esempio

Ei = UG ∙I ∙Δ t

Ei = Uu ∙I ∙Δ t

Ei = URc ∙I ∙Δ t

UG : tensione del generatore

Uu : tensione sull’utilizzatore

URc : caduta di tensione sui conduttori

In base alla II legge di Ohm la resistenza dei conduttori è pari a

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Energia Persa

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N.B.: occorre sempre considerare la tensione ai capi dell’utilizzatore e la corrente che lo attraversa

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Rendimento

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esercizio

• Determinare il rendimento per il circuito dell’esercizio precedente

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Misura dell’energia

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• L’energia misurata in Joule spesso ha valori espressi da cifre molto grandi.

• Per una scrittura più agevole si possono usare i suoi multipli:– kJ = 1000 J (kiloJoule)– MJ=1.000.000 J (MegaJoule)