Elettrotecnica manuale

 

 

 

Elettrotecnica manuale

 

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CARICA ELETTRICA
Si dimostra sperimentalmente che se strofiniamo una bacchetta di plastica su di un panno essa è in grado di attrarre dei pezzettini di carta.
Questo fatto noi lo giustifichiamo dicendo che la bacchetta di plastica si è caricata di elettricità negativa, cioè ha acquistato una carica elettrica negativa durante lo strofinio con il panno.  Quando noi avviciniamo la bacchetta alla carta, si verifica che la carta si carica di elettricità positiva e viene attirata dalla bacchetta di plastica.
Quindi l'esperienza ci dice che esistono delle cariche elettriche.  La carica elettrica può essere di segno positivo, che indichiamo con + o di segno negativo che indichiamo con il  - .
La carica elettrica si misura in Coulomb, che si abbrevia con la lettera C. Un elettrone possiede una carica elettrica negativa di 1,6 . 10-19 C.

CORRENTE ELETTRICA
Se le cariche elettriche sono ferme non si ha passaggio di corrente elettrica. Quando una carica elettrica si muove da un punto ad un altro si dice che vi è una corrente elettrica. Si dice corrente elettrica il movimento di cariche elettriche. La corrente si misura in Ampere ( si legge: amper, senza la e finale), e si abbrevia con la lettera A.
Ogni grandezza elettrica si abbrevia con una lettera dell'alfabeto. Usiamo la lettera I per indicare la corrente. Esempio volendo dire che vi è una corrente di 10 Ampere scriviamo: I = 10 A, che vuol dire che vi è la corrente I che ha il valore di 10 ampere. Lo strumento che misura la corrente si dice amperometro.
Per la corrente vi sono multipli e sottomultipli, come nella seguente tabella.

 

Si scrive	Si legge	Si moltiplica per
kA	Chiloamper	103
mA	Milliamper	10-3
m A	Microamper	10-6

I materiali esistenti in natura, li possiamo dividere in conduttori e in isolanti. Materiali conduttori sono quelli che consentono il passaggio della corrente elettrica. Sono conduttori l'argento, il rame, l'oro, l'alluminio, il ferro, l'acqua. Si dicono isolanti i materiali che non consentono il passaggio della corrente elettrica; sono isolanti il marmo, il legno, la gomma, le materie plastiche, la bachelite, il vetro, la carta. 

GENERATORE DI TENSIONE
Per far muovere le cariche elettriche occorre una certa forza. Un componente in grado di far muovere le cariche elettriche si dice generatore di tensione. Una pila è un generatore di tensione. Una batteria dell'auto è un generatore di tensione. La tensione si misura in volt, che si abbrevia con la lettera V. La tensione di solito la indichiamo con la lettera E. Esempio E = 12 V, vuol dire che esiste una tensione E, che ha il valore di 12 volt. Lo strumento che misura la tensione elettrica si dice voltmetro.
Per la tensione vi sono multipli e sottomultipli, come nella seguente tabella.

Si scrive	Si legge	Si moltiplica per
kV	Chilovolt	103
mV	Millivolt	10-3
m V	Microvolt	10-6

Il generatore di tensione è in grado di separare le cariche elettriche, facendo in modo che tutte le cariche elettriche positive si trovino da un lato del generatore, invece tutte le cariche elettriche negative si trovano dal lato opposto del generatore.

Possiamo notare una pila stilo da 1,5 V, col polo positivo verso l'alto; e una pila a ossido di argento col positivo sul lato posteriore. (I marchi visibili sono di proprietà delle relative ditte costruttrici)
Il simbolo del generatore di tensione è il seguente.

Si dice morsetto o polo del generatore una delle due parti terminali di un generatore di tensione. Quindi il generatore ha due morsetti. Il morsetto si indica col simbolo:

Nel generatore vi è un morsetto positivo, che indichiamo col segno +, dove sono concentrate solo cariche positive. Vi è inoltre un morsetto negativo, che indichiamo col segno -, dove sono concentrate tutte le cariche negative.

CIRCUITO ELETTRICO
Si dice circuito elettrico un percorso chiuso, partendo da un punto qualsiasi e tornando allo stesso punto. Ovviamente nel circuito vi deve essere almeno un componente elettrico. Il generatore di tensione è un componente elettrico. Una lampada è un componente elettrico e si indica col simbolo.

Un interruttore è un componente elettrico, e si indica col simbolo.

Se l'interruttore è aperto

non passa corrente.

Se l'interruttore è chiuso la corrente passa. Quindi dato un semplice circuito:

composto da generatore di tensione, interruttore e lampada, quando l'interruttore è chiuso nel circuito circola una certa corrente e la lampada si accende. Quando l'interruttore è aperto la corrente non può circolare nel circuito e la lampada si spegne. La linea che unisce i vari componenti rappresenta il filo elettrico. Il filo elettrico è fatto di rame, che è un materiale conduttore; l'esterno del filo è rivestito di materiale isolante, di solito polivinilcloruro, per evitare pericoli per l'utente.
RESISTENZA
Quando la corrente circola in un circuito incontra un certo ostacolo durante il percorso. Vale a dire che nonostante percorre il circuito alla velocità della luce, la corrente che può passare dipende da come è costruito il componente, cioè dalla sua lunghezza, dalla sua sezione, dal materiale utilizzato. Si dice resistenza di un componente elettrico l'ostacolo che esso oppone al passaggio della corrente elettrica. Unità di misura della resistenza è l'ohm, che si abbrevia col simbolo W , che si legge ohm. La resistenza di solito la indichiamo con la lettera R. Esempio R= 1.000 W , vuol dire che esiste una resistenza R, che ha il valore di 1.000 ohm. Lo strumento che misura la resistenza si dice ohmmetro.
Per la resistenza esistono i multipli, secondo la seguente tabella:

si scrive	Si legge	Si moltiplica
kW	Chiloohm	103
MW	Megaohm	106

 

Notiamo, da sinistra, un resistore a filo da 50 W, un resistore ad impasto, un resistore variabile, detto potenziometro.

Ricordiamo che resistore è un componente, resistenza è la proprietà che ha il resistore. 
Il simbolo elettrico del resistore è:

La resistenza di un filo si calcola con la seguente formula:
R = r L
       S
 Dove R è la resistenza, misurata in W , r è la resistività del materiale misurata in W . mm2 / m , L è la lunghezza del filo misurata in metri, S è la sezione del filo misurata in mm2. Il r del rame è 0,0177 W . mm2 / m. Ogni materiale ha la sua resistività. Un buon conduttore ha una bassa resistività, cioè oppone poca resistenza al passaggio della corrente, invece un isolante ha una elevata resistività. 

 LEGGE DI OHM
La legge di Ohm è una legge fondamentale dell'elettrotecnica. Essa indica la relazione fra la tensione e la corrente di un qualunque componente elettrico. La formula è la seguente:
V = R I
Dove V è la tensione ai capi del componente considerato, R è la resistenza del componente, I è la corrente del componente. Tale formula ci dice che vi è una proporzionalità diretta tra tensione e corrente del componente. Infatti, tenendo costante la resistenza del componente, all'aumentare della tensione applicata ai capi del componente aumenta la corrente che circola nel componente stesso.

RESISTORI IN SERIE
Due o più resistori sono collegati in serie quando sono percorsi dalla stessa corrente. Esempio:

 
possiamo notare che la corrente che percorre il resistore R1 deve percorrere anche il resistore R2, perché sono collegati in serie. Tale tipo di collegamento è richiesto quando si vogliono ottenere tensioni inferiori a quella di alimentazione del circuito. Per calcolare la resistenza totale dei due resistori, vista dai morsetti A e B, cioè RT, si usa la seguente formula:
RT = R1 + R2
Se vi sono più di due resistori si usa la formula:
RT = R1 + R2 + R3+ ……
In definitiva per ottenere la resistenza totale si fa la somma dei valori di tutte le resistenze.  
RESISTORI IN PARALLELO
Due o più resistori sono collegati in parallelo quando i rispettivi morsetti sono collegati l'uno con l'altro in modo che la tensione applicata sia la stessa. Il collegamento in parallelo è il più utilizzato, infatti in una comune abitazione tutte le apparecchiature elettriche sono collegate in parallelo. Lo schema è il seguente.

Per calcolare la resistenza totale si usa la seguente formula :
             RT =                          1                         .
                             1     +       1      +       1     .
                             R1              R2                  R3 .
 
 
Quando i resistori sono due si può utilizzare la seguente formula:
                               R1 x R2  
             RT =     -------------------
                              R1    +   R2     .

GENERATORE DI TENSIONE IDEALE E REALE
Di solito in un comune generatore di tensione si notano due fenomeni particolari. Un primo fenomeno riguarda il riscaldamento del generatore durante l'uso. Un secondo fenomeno riguarda l'abbassamento della tensione man mano che aumenta la corrente erogata dal generatore. Per tener conto di questi fenomeni si distingue tra generatore ideale e generatore reale.
Si dice generatore ideale un generatore che mantiene costante ai suoi morsetti la sua tensione, anche se la corrente aumenta o diminuisce, cioè la tensione non dipende dalla corrente. Il generatore ideale ovviamente non esiste in natura. Lo schema è il seguente:

 
 
Il generatore reale, cioè quello che esiste realmente in natura, lo rappresentiamo con il seguente schema:

Tale schema è ottenuto collegando in serie un generatore ideale con un resistore. Occorre notare che il resistore non esiste, ma il generatore reale si comporto per tutti gli effetti come se avesse all'interno un resistore. Il resistore Ri rappresenta una resistenza interna che tiene conto della caduta di tensione al variare della corrente e del riscaldamento del generatore di tensione. Infatti all'aumentare della corrente ai capi di Ri vi è una tensione che possiamo calcolare con la legge di Ohm, Vi = Ri I; quindi maggiore è la corrente maggiore sarà la tensione ai capi della resistenza interna. La tensione ai capi della resistenza interna la chiamiamo caduta di tensione perché abbassa il valore della tensione del generatore. Infatti la tensione presente sui morsetti A e B è data da
VAB = E - Vi
Dove VAB è la tensione in uscita dal generatore, E è la forza elettro motrice del generatore ideale, Vi è la caduta di tensione sul resistore Ri.
Possiamo notare che nel generatore reale la tensione presente ai morsetti è inferiore alla forza elettro motrice; in particolare si dice forza elettro motrice di un generatore quella tensione da esso generata, che però non è disponibile ai morsetti; la forza elettro motrice coincide con la tensione del generatore ideale, e la indichiamo con la lettera E. Invece si dice tensione di un generatore reale la tensione disponibile ai morsetti; essa è inferiore alla forza elettro motrice E. La tensione ai morsetti la indichiamo con VAB. 

GENERATORI DI TENSIONE IN SERIE E PARALLELO
Per collegare in serie i generatori di tensione si usa il seguente schema elettrico:

Notiamo che la tensione totale disponibile ai morsetti sarà la somma delle due tensioni, cioè:
VAB = E1 + E2 - Vi1- Vi2
Dove VAB è la tensione disponibile ai morsetti, E1 è la forza elettro motrice del primo generatore, E2 è la forza elettromotrice del secondo generatore, Vi1 è la caduta di tensione sulla resistenza interna del primo generatore, Vi2 è la caduta di tensione sulla resistenza interna del secondo generatore.
Il collegamento in parallelo di due generatori si esegue secondo il seguente schema:

Occorre notare che per evitare surriscaldamenti dei generatori con perdita di energia occorre che i due generatori abbiamo la stessa forza elettromotrice cioè E1 = E2, inoltre devono avere anche la stessa resistenza interna, cioè Ri1 = Ri2, in modo che la tensione disponibile ai morsetti sia eguale, cioè
VAB = E1 - Vi1 = E2 - Vi2 

PRINCIPIO DI KIRCHHOFF DELLE CORRENTI
Dato un generico circuito:

si dice nodo un punto del circuito in cui sono collegati almeno tre componenti. Si dice maglia un percorso chiuso che si ottiene partendo da un nodo e tornando allo stesso nodo. Si dice lato una parte del circuito compresa tra due nodi. Nel nostro caso vi sono due nodi, un nodo A e un nodo B. Vi sono tre maglie:
Maglia 1: comprende i componenti E, R1,R2
Maglia 2: comprende R2,R3
Maglia 3: comprende E,R1,R3
Inoltre occorre fissare per ogni nodo il verso delle correnti, che può essere scelto a piacere, solo che se il risultato dei calcolo darà un numero positivo, vuol dire che il verso prescelto è quello giusto, se il risultato sarà un numero negativo vuol dire che il verso prescelto è sbagliato e quindi va invertito. Indichiamo con I1 la corrente che entra nel nodo A e che percorre i componenti E ed R1; indichiamo con I2 la corrente che esce dal nodo A e percorre il resistore R2; indichiamo con I3 la corrente che esce dal nodo A e percorre il resistore R3.
Il principio di Kirchhoff delle correnti dice che in un qualunque nodo la somma delle correnti entranti è uguale alla somma delle correnti uscenti. La formula è la seguente:
I1 = I2 + I3
Questo principio serve per calcolare una delle correnti quando si conoscono le altre. Ci dice inoltre che nel nodo non si perde corrente, ma tutta la corrente che entra nel nodo la ritroviamo in uscita.

PRINCIPIO DI KIRCHHOFF DELLE TENSIONI
Il principio delle tensioni si applica a qualunque maglia del circuito.

Una volta segnate sul circuito le correnti occorre mettere dei segni per le tensioni di ogni componente in questo modo: dal lato che la corrente entra nel componente si mette un segno + e dal lato che esce si mette un segno -, in tal modo sappiamo il verso della caduta di tensione ai capi di ciascun componente. Fatto questo si sceglie un verso di percorrenza arbitrario di una maglia.
Il principio di Kirchhoff delle tensioni dice che in una qualunque maglia la somma algebrica delle forze elettro motrici è uguale alla somma algebrica delle cadute di tensione degli altri componenti la maglia.
Occorre notare che i generatori vanno presi col segno positivo se si incontra prima il segno - e poi il segno +; invece i resistori vanno presi col segno + se si incontra prima il segno + e poi il segno -.
In particolare se consideriamo la prima maglia costituita da E,R1,R2 otteniamo:
E = V1 + V2
Dove E è la tensione del generatore, V1 la tensione ai capi di R1, V2 è la tensione ai capi di R2.
Per la seconda maglia costituita da R2,R3 otteniamo:
0 = V3 - V2
Dove 0 è la tensione dei generatori, infatti non vi sono generatori, V3 è la tensione ai capi di R3, V2 è la tensione ai capi di R2; tale tensione va presa con segno - perché nel percorrere la maglia si incontra prima il - e poi il +.
Per la terza maglia costituita da E,R1,R3 otteniamo:
E = V1 + V3
Dove E è la tensione del generatore, V1 è la tensione ai capi di R1, V3 è la tensione ai capi di R3.
POTENZA ELETTRICA
Si dice potenza di un componente elettrico il prodotto della sua tensione per la sua corrente. La potenza la indichiamo con la lettera P. La formula è la seguente:
P = V I
Unità di misura della potenza è il Watt, che si abbrevia: W.
In circuito elettrico la somma delle potenze di tutti i generatori presenti deve essere uguale alla somma delle potenze di tutti gli utilizzatori.
Si dice energia di un componente il prodotto della sua potenza per il tempo considerato; il tempo, di solito, si misura in ore. L'energia la indichiamo con la lettera W. La formula è la seguente:
W = P t
Unità di misura dell'energia è il chilowattora, che si abbrevia in kWh.
Il contatore dell'ENEL misura l'energia consumata.

LEGGE DI JOULE
La legge di Joule dice che in un componente elettrico, avente una resistenza R, in cui circola una certa corrente I, si sviluppa sotto forma di calore una certa potenza che è uguale al prodotto della sua resistenza per il quadrato della sua corrente. La formula è la seguente:
P = R I2
Tale potenza si considera potenza perduta, eccetto il caso in cui il componente viene utilizzato come generatore di calore.

RENDIMENTO
Si dice rendimento di un circuito il rapporto tra la potenza utilizzata e quella assorbita dal generatore. Il rendimento lo indichiamo con la lettera: h . La formula del rendimento è la seguente:
h = Pu /Pa
Dove Pu è la potenza utile del componente considerato e Pa è la potenza assorbita. Il rendimento non ha unità di misura, perché è il rapporto tra due grandezze omogenee, aventi cioè la stessa unità di misura. I valori vanno da 0 a 1. Dove 0 vuol dire che tutta la potenza viene perduta; 1 vuol dire che tutta la potenza viene utilizzata. Si usa esprimere il rendimento anche in percentuale. Esempio dato: h = 0,95 volendo ottenere il rendimento in % si moltiplica 0,95 x 100 e si ottiene 95%; cioè h = 95 %. Rendimento del 95 % vuol dire che il 95 % della potenza assorbita si trasforma in potenza utile; mentre il rimanente 5 % della potenza assorbita viene perduta. I rendimenti elettrici sono di solito elevati.
ELETTROSTATICA
Si dimostra sperimentalmente che se strofiniamo una bacchetta di plastica su di un panno essa è in grado di attrarre dei pezzettini di carta.
Questo fatto noi lo giustifichiamo dicendo che la bacchetta di plastica si è caricata di elettricità negativa, cioè ha acquistato una carica elettrica negativa durante lo strofinio con il panno.  Quando noi avviciniamo la bacchetta alla carta, si verifica che la carta si carica di elettricità positiva e viene attirata dalla bacchetta di plastica.
Quindi l'esperienza ci dice che esistono delle cariche elettriche.  La carica elettrica può essere di segno positivo, che indichiamo con + o di segno negativo che indichiamo con il  - . Cariche elettriche dello stesso segno si respingono; cariche elettriche di segno opposto si attraggono.
L ’ elettroscopio a foglie d'oro è uno strumento che rileva la presenza di cariche elettriche.
 


Quanto più si allontanano le foglie d'oro tanto maggiore è la carica elettrica.  La carica elettrica si misura in Coulomb.
Quindi se ho una sfera caricata con elettricità positiva la indico con:

essa possiede una carica Q espressa in coulomb; cioè Q è la quantità di elettricità misurata in Coulomb.

Analogamente per una carica negativa che indico con:


Tra le due cariche poste in vicinanza si presenta una certa attrazione.
 

Si dice che le due cariche tendono ad attrarsi con una certa forza  F. Sperimentalmente Coulomb ha dimostrato che tale forza e':
                                      F = -      1        .    Q1 Q2    .
                                                   4 pe           d2
La forza si misura in Newton.  In tale formula Q è la carica posseduta da un corpo; d è la distanza misurata in metri; e (epsilon), è una costante.  La costante  e  dipende dal mezzo in cui sono immerse le cariche elettriche.  Infatti se le cariche elettriche si trovano nell'aria asciutta manifestano una certa attrazione;   se l'aria è umida l'attrazione è minore; se tra le due sfere ci metto un isolante la forza cambia.
Poiché i fenomeni elettrostatici avvengono solo negli isolanti, in quanto nei conduttori le cariche elettriche si annullano immediatamente, e è detta costante dielettrica, cioè costante degli isolanti.
Quindi la legge di Coulomb dice che la forza di attrazione o di repulsione che agisce su due cariche elettriche è proporzionale al prodotto delle due cariche, è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza e dipende dalla natura dell'isolante.    Il segno - tiene conto del fatto che se le cariche sono dello stesso segno esse si respingono.
CAMPO ELETTRICO
Supponiamo di avere due cariche elettriche positive, una molto piccola ed una molto grande. Per esempio Q1= 1000 coulomb e Q2= 10 coulomb.


Prendiamo ora in considerazione lo spazio che circonda la carica  grande. Esso dal punto di vista elettrostatico non resta indifferente; infatti se io avvicino la carica Q2 essa mi viene respinta.
 Si dice che la carica Q1 ha creato attorno a se uno spazio in cui si manifestano dei fenomeni elettrostatici di attrazione o di repulsione.  In pratica qualunque corpo carico di elettricità si crea attorno a se un campo elettrico, cioè una zona di spazio in cui esercita una certa influenza elettrostatica, cioè respinge le cariche dello stesso segno e attrae le cariche di segno opposto.
Per renderci meglio conto dell'andamento del campo si tracciano le linee di forza, che sono delle linee immaginarie che indicano qualitativamente l'andamento del campo.
 


 
Le linee di forza hanno un andamento radiale, cioè sono come dei raggi che passano per il centro; la freccia è uscente per le cariche positive ed entrante per le cariche negative.
Se avviciniamo due cariche di segno opposto il campo elettrico sarà il seguente:
 

Se i sue corpi sono piani il campo elettrico lo disegniamo in questo modo:

L'intensità del campo elettrico indica quanto un campo è forte o meno forte e si misura in volt/metro oppure in kilovolt/cm.
L'intensita' di campo elettrico e' definita dalla formula:
                                        E =     V
                                                   d
che ci dice che l'intensità di campo elettrico E è direttamente proporzionale alla tensione V e inversamente proporzionale alla distanza d.
Cioè se ho due armature:

                   E = 220 = 220 V/cm                             E = 220  = 110  V/cm      
RIGIDITA' DIELETTRICA
L'intensita' di campo elettrico E non può raggiungere valori molto elevati.  Infatti per ogni corpo isolante esiste un massimo valore di campo elettrico che si può applicare, superato in quale si verifica una scintilla, cioè una scarica elettrica che brucia l'isolante.  In definitiva per rigidità dielettrica si intende il massimo valore di campo elettrico che si può  applicare ad un isolante prima che scocchi l'arco elettrico.  L'unità di misura della rigidità dielettrica sarà il kV/cm.  Per l'aria la rigidità dielettrica è 24 kV/cm ciò vuol dire che se tra due corpi in aria superiamo la tensione di 24.000 V e i corpi distano meno di 1 cm si verifica la scintilla con distruzione dell'isolante.

 
IL CONDENSATORE
Il condensatore è un elemento dei circuiti elettrici.  Esso e costituito da due materiali conduttori separati da un isolante.  L'isolante può essere la carta, la mica oppure l'aria.
Il condensatore lo consideriamo un componente per il fatto che è in grado di accumulare e conservare le cariche elettriche, cioè il condensatore resta carico anche quando noi stacchiamo la batteria.
Un circuito per caricare il condensatore e' il seguente:


Se stacco il generatore di tensione e misuro con il tester noto che il condensatore mi conserva per un certo tempo la tensione E0, del generatore.
Si definisce capacità e si indica con la lettera C l'attitudine, cioè il fatto che un condensatore è in grado di conservare una carica elettrica tra le sue armature.  Per armatura si intende una delle due superfici metalliche che costituiscono il condensatore.
La capacità si misura in Farad, che si abbrevia F. Essendo il Farad molto grande si usano i sottomultipli:
 
 mF = 1/1.000                   F   =  10-3 F    si legge millifarad.
mF = 1/1.000.000              F   =  10-6 F    si legge microfarad.
 nF = 1/1.000.000.000        F  =  10-9 F    si legge nanofarad.
 pF = 1/1.000.000.000.000 F   =  10-12 F   si legge picofarad.
 
  La legge fondamentale dei condensatori è:
                                  Q = CV
che ci dice che la carica Q che si puo' immagazzinare in un condensatore è direttamente proporzionale alla capacita C ed alla tensione V.  
FORMULA DI PROGETTO
 La formula per progettare un condensatore e la seguente:
                                          C  =   e S
                                                     d
dove S è la superficie di una armatura, d è la distanza fra le armature, e  è la costante dielettrica dell'isolante, misurata in F/ m. In pratica la capacità di un condensatore è tanto più grande quanto maggiori sono le armature e quanto più piccola è la distanza fra le due armature.
Di solito al posto di e si usa la costante dielettrica relativa, cioè quella riferita rispetto all'aria.

                                 er =  e e
                                         e0
La costante dielettrica relativa er  è un numero puro senza unità di misura.
In definitiva la formula di progetto diventa:
                                     C =   e0  er   S
                                                                    d
  
CONDENSATORI IN PARALLELO
 


La capacità totale, vista dai morsetti A e B, è la somma delle tre capacità:
                     CT = C1+ C2+ C3
 
CONDENSATORI IN SERIE
 

 
La capacità totale è: CT     =                    1                          
                                                  1      +     1      +         1  
                                                 C1           C2               C3

 
CARICA DI UN CONDENSATORE
Caricare un condensatore vuol dire collegarlo ad un generatore di tensione.  Si può utilizzare il seguente circuito:

Data la presenza della resistenza R si dice che il condensatore si carica attraverso una resistenza.  In realtà R non si può togliere in quanto in essa si tiene conto della resistenza interna del generatore reale cioè Ro e della resistenza dei fili di collegamento.
Sperimentalmente si osserva che il condensatore non si carica istantaneamente ma impiega un certo tempo; inoltre si osserva che quanto più grande è il valore della resistenza R più tempo impiega il condensatore per caricarsi.  Infine, quanto più grande e la capacità C più tempo impiega il condensatore  per caricarsi. In definitiva il tempo impiegato per caricarsi dipende da prodotto RC; il prodotto RC è detto costante di tempo del circuito e si indica con la lettera greca  t (tau):
                                   t    =  R C
L'unità di misura di t  è il secondo.  Volendo rappresentare su di un diagramma come varia la tensione ai capi del condensatore al variare del tempo, otteniamo:


Tale diagramma ci mostra come il condensatore non si carica subito ma inizialmente ha una tensione zero, poi col passar del tempo la tensione cresce seguendo una curva di tipo esponenziale.
Una curva si dice esponenziale quando nell'equazione matematica di
essa compare il numero  e  elevato ad un certo esponente.  Il numero  e  è  un numero fisso:
                       e = 2,71828182845904590
L'equazione matematica del diagramma disegnato sopra e':
                                                           t
                                vC = Eo ( 1  - e - RC   )
Tale formula ci dice che la tensione ai capi del condensatore vC è uguale alla
                                                                          t
tensione della batteria Eo moltiplicata per ( 1  - e - RC   ) dove:
                                      t                 t  
                                 e - RC   = 2,718 - RC
                                                                              t  
cioè  il numero 2,718 elevato al numero negativo  e - RC   ,     RC è la costante di tempo   t  ; t  è il tempo misurato in secondi. Quando t = 0 sostituendo ottengo:
                                               t  
                     vC = Eo ( 1  - e - RC      ) = Eo ( 1  - e -0 ) = Eo ( 1  - 1) = Eo . 0 = 0
cioè vc = 0
Quando il tempo è uguale a 1 RC ottengo:
                              1 RC 
   vC = Eo ( 1  - e -   RC    ) = Eo ( 1  - e -1 ) = Eo ( 1  -  1  ) = 
                                                                                                                                     2,718
= Eo . 0,632
                                                                                                                            
 Per t = 2RC ottengo:
                                       2 RC 
           vC = Eo ( 1  - e -   RC    ) = Eo ( 1  - e -2 ) =  Eo . 0,864
 
 
come dalla seguente tabella:
 

t	t         (1- e - RC   )
0	0
RC	0,632
2 RC	0,864
3 RC	0,950
4 RC	0 ,981
5 RC	0,993
6 RC	0,997
7 RC	0,999
...........	..........
µ	1

 Da tale tabella notiamo che quando il tempo è sei volte la costante di tempo RC il condensatore è carico al 99%, in pratica e' quasi carico.  Solo quando il tempo è  µ ; (infinito) il condensatore sarà completamente carico.
La corrente ha, invece, un valore massimo all'istante iniziale ed  e':
                                                        Eo
                                                        R
e poi al passar del tempo diminuisce.  Infatti quando il condensatore è ormai carico, non passa più corrente.
Il diagramma per  la corrente è:
 

La legge che regola l'andamento della corrente nel tempo è:
                                       t     
               iC =  Eo     e -   RC
                       R
Tale legge si dice di tipo esponenziale.  Per disegnare il diagramma ci serviamo della seguente tabella:
 

t	t          e - RC
0	1
RC	0,367
2 RC	0,135
3 RC	0,049
4 RC	0 ,018
5 RC	0,006
6 RC	0,002
7 RC	0,0009
...........	..........
µ	0

Da cui si vede che la corrente arriva al valore zero in un tempo infinito.
 
SCARICA DEL CONDENSATORE
Per scaricare un condensatore basta inserire in parallelo una resistenza R secondo il seguente circuito:


Appena inseriamo R la tensione ai capi di C decresce nel tempo secondo la legge:
                                        t     
               vC =  Eo   e -   RC
per cui il diagramma sarà il seguente:


All'istante iniziale la  vC  ha il massimo valore, cioè   Eo   ;  al tempo infinito,
vC = 0  , quindi il condensatore e' scarico.  La corrente, invece, inizialmente ha il valore massimo E/R e poi diminuisce nel tempo sino a raggiungere il valore zero al tempo infinito, secondo la legge:
                                                           t     
                                iC = -   Eo     e -   RC
                                           R
il segno meno ci indica che ora la corrente è di scarica ed ha segno opposto alla carica.
Il diagramma per la corrente è:
 

MAGNETISMO
Per magnetismo si intende la proprietà di attirare dei pezzettini di ferro.  Un pezzo di materiale che è dotato di magnetismo si chiama magnete o calamita.
In natura esistono delle rocce che si comportano da magneti; per esempio la magnetite; tali magneti vengono detti naturali perché esistono in natura.
Si chiamano magneti artificiali quelli costruiti dall'uomo; per esempio la calamita è un magnete artificiale in quanto è costruita prendendo un pezzo di ferro e magnetizzandolo con la corrente.  I magneti artificiali si possono costruire di due tipi: magneti permanenti e magneti temporanei.  Un magnete si dice permanente se conserva la magnetizzazione per molto tempo; la calamita e' un magnete permanente.
Un magnete si dice temporaneo se si comporta da magnete quando attorno ad esso si fa circolare della corrente elettrica e poi perde il magnetismo non appena finisce la corrente.  Per esempio nel relè e' presente un magnete temporaneo.
Non tutti i metalli si magnetizzano.  Si chiamano ferromagnetici i materiali che si magnetizzano molto bene, come il ferro.  Si chiamano diamagnetici i materiali che non si magnetizzano affatto come il rame e l'alluminio.
Nei magneti distinguiamo un polo nord N e un polo sud S.


Non si può isolare il polo nord dal polo sud, ma per ogni polo N esiste un polo S.
Poli dello stesso nome si respingono; poli di nome contrario si attraggono.
Si chiama campo magnetico lo spazio che circonda un magnete.  Il campo magnetico si rappresenta con delle linee di forza che partono dal polo nord e terminano al polo sud esternamente al magnete.

rappresentazione del campo magnetico di un magnete

Un filo percorso da corrente genera attorno a sé un campo magnetico:
 


Se la corrente e' diretta verso l'alto il verso del campo magnetico e' antiorario, cioè contrario alle lancette dell'orologio tradizionale.
Se il filo lo ripiego a forma di circonferenza:

 


e la corrente circola in senso antiorario nel filo il polo nord si trova sopra e quindi il sud sotto.
Il tipo di magnetismo generato dalla corrente elettrica si dice elettromagnetismo. Si chiama solenoide un lungo filo avvolto in modo da formare tante spire; il solenoide e' detto anche bobina.
Per costruire un elettromagnete occorre un pezzo di ferro su cui avvolgiamo un certo numero di spire, cioè un solenoide.
 


Se applichiamo un generatore di tensione circolerà una certa corrente: se la corrente circola in senso antiorario vista da sopra il polo nord si trova sopra.  Se il pezzo di ferro e' molto puro, cioè e' ferro dolce, quando stacco la corrente il magnetismo sparisce.  Se invece il ferro non e' puro ma e' misto a carbonio o nichel allora il magnetismo resta anche quando stacco la corrente e il pezzo di ferro si chiama calamita o magnete permanente.
INTENSITÀ' DI CAMPO MAGNETICO
L'intensità di campo magnetico ci indica quanto un campo magnetico e' più forte e si indica con la lettera H. L'unita' di misura del campo magnetico e' Asp/m, cioè amperspire/metro.
Se consideriamo allora un solenoide percorso dalla corrente I
 

esso avrà un certo numero di spire, cioè di giri, che indico con la lettera N; ed avrà una certa lunghezza in metri che indico con la lettera l. Per calcolarci il campo magnetico H utilizziamo la seguente formula:
H =   N x I
            l
In pratica l'intensità di campo magnetico H e' tanto più grande quanto più sono le spire N e la corrente, e quanto più piccola è la lunghezza l. Di solito poiché la lunghezza del solenoide non è molto grande al posto dei metri si usano i centimetri; quindi l'unita' di misura del campo magnetico diventa Asp/cm, cioè amperspire/centimetro.

 
CIRCUITO MAGNETICO
Se ad un elettromagnete avviciniamo un pezzo di ferro a forma di U:
 


si verifica che il pezzo si magnetizza, non solo, ma vi circola in esso un qualcosa cui diamo il nome di flusso magnetico e lo indichiamo con la lettera greca Æ (fi).  Unità di misura del flusso magnetico e' il Weber, che si abbrevia Wb.Allora per circuito magnetico si intende un percorso chiuso nel quale circola un certo flusso magnetico.
A questo punto noi conosciamo due tipi di circuiti: il circuito elettrico ed il circuito magnetico.
Il circuito elettrico funziona in questo modo: da un generatore di tensione parte una certa corrente che scorre nel circuito elettrico; tale corrente incontra una certa resistenza che abbiamo indicato con la lettera R; su ogni resistenza c'e' una certa caduta di tensione V=RI dalla legge di Ohm.
Con lo stesso modo di ragionare studiamo ora i circuiti magnetici.
Cioè diciamo che in un circuito magnetico esiste un certo generatore di tensione magnetica che e' il solenoide; da tale generatore parte un certo flusso magnetico che scorre nel circuito; questo flusso incontra una certa resistenza, che si chiama riluttanza magnetica, cioè opposizione che presenta il circuito magnetico al passaggio del flusso.
Cominciamo dalla tensione magnetica.  La tensione magnetica e' una forza che fa scorrere il flusso in un circuito magnetico; per misurarla ci vogliono due punti un po’ distanti sul circuito magnetico.

Allora se prendo due punti A e B coincidenti con gli estremi del solenoide per ottenere la tensione magnetica faccio il prodotto Hxl, cioè  moltiplico l’intensità di campo magnetico H
per la lunghezza del solenoide; ma:   H x l =  NxIxl   = NI   Asp
                                                                                           l
ricordando che: H = NxI
                                        l
Tale tensione magnetica la chiamo anche forza magneto motrice, perché da qui parte la forza che mi fa circolare il flusso magnetico nel circuito. Unità di misura della forza magneto motrice e' Asp, cioè amperspire.
Anche tra i punti C e D esiste una tensione magnetica, che ora chiamo caduta di tensione magnetica e la ottengo sempre facendo: Hxl e l'unita' di misura della caduta di tensione magnetica sarà  sempre Asp.
Tuttavia la caduta di tensione magnetica fra i punti C e D la posso ottenere anche in questo modo: chiamiamo riluttanza e indichiamo con la lettera  per distinguerla da R la resistenza magnetica che esiste fra i due punti C e D; sapendo che vi scorre un certo flusso F la caduta di tensione magnetica sarà sempre ÂF, misurata in Asp; mentre la riluttanza  ha unità di misura Henry-1, cioè Henry alla meno uno che si scrive anche 1/H  oppure H-1.
E' chiaro che la riluttanza fra due punti di un circuito magnetico dipende sia dalla lunghezza fra i due punti, sia dalla sezione S in quei due punti e sia dal materiale.
In definitiva la formula per calcolarci la riluttanza e' la seguente:
                                                Â =      l   
                                                            mS
cioè la riluttanza e' tanto maggiore quanto più grande e' la lunghezza l; quanto più grande e' la sezione S la riluttanza diventa più piccola, perché c'e' più spazio per il flusso; m tiene conto del tipo di materiale ed è detta permeabilità magnetica o permeanza e ci indica l'attitudine del materiale a farsi attraversare dal flusso.
Unità di misura della permeabilità magnetica e' H/m, cioè Henry/m.  Per l'aria mo= 1,256 .10-6 H/m.
Di solito al posto di m si usa mr cioè la permeabilità magnetica relativa ottenuta da:
                                                            m   = mr
                                                           mo
cioè confrontando la permeabilità del materiale con quella dell'aria.La permeabilità relativa non ha unità di misura.  
LEGGE DI HOPKINSON
La legge che regola i circuiti magnetici si chiama legge di Hopkìnson ed e' analoga alla legge di Ohm.
La legge di Hopkinson dice che in un circuito magnetico la forza magnetomotrice NI e' uguale alla somma delle riluttanze di tutto il circuito moltiplicata per il flusso Æ. In formula:
                                                    N . I =  Æ   S Â
dove il simbolo S (sommatoria) indica che dobbiamo fare la somma delle riluttanze di tutto il circuito per ottenere la riluttanza totale.
Dato per esempio il seguente circuito:
 

in cui cambiano le sezioni e le permeabilita' per ogni tratto, prima ci calcoliamo:
 
Â1 =      l11       Â2 =      l22        Â3 =      l33    
           m1S1                  m2S2                       m3S3
Â4 =      l44       Â5 =      l55        Â6 =      l66  
         m4S4                    m5S5                       m6S6
 
 
e poi facciamo la somma delle riluttanze: S Â = Â1+ Â2+Â3+Â4+Â5+Â6
Fin qui il calcolo dei circuiti magnetici sarebbe molto semplice.
Purtroppo nei materiali ferromagnetici si verifica che il valore della permeabilità magnetica non è un numero fisso ma dipende dall'intensità di campo magnetico H secondo una legge molto complessa.
Ritorniamo ora al nostro solenoide percorso da una certa corrente I, con un certo numero di spire N, avente una certa lunghezza l.
Di esso ci sappiamo calcolare il campo magnetico H da esso generato utilizzando la formula:
                               H = NxI
                                                l
inseriamo ora un pezzo di ferro all' interno del solenoide:

e vediamo che il ferro si magnetizza generando anche lui un certo campo magnetico.  Quindi i campi magnetici H da considerare sono ora
due: quello H generato dal solenoide ed il campo magnetico che ha il ferro, che indichiamo con la lettera B. Si dice allora che il solenoide, percorso da corrente genera per induzione nel pezzo di ferro un'altro campo magnetico detto di induzione che indichiamo con la lettera B e che chiameremo induzione B. Unità di misura di B: Wb/m2
Tra B ed H esiste la seguente relazione:
                                                    B = m . H
che ci dice che la induzione B che si crea nel ferro per effetto del campo magnetico H dipende dal prodotto della permeabilità magnetica  m  per il campo magnetico H. Solo che però la permeabilità del ferro non e' costante ma dipende anche da H e da B.
Conoscendo B ci possiamo calcolare il valore del flusso utilizzando la seguente formula:
                                       Æ = B . S  
CURVA DI PRIMA MAGNETIZZAZIONE
Facciamo ora il seguente esperimento utilizzando uno schema del genere
 


Da tale schema si vede come possiamo variare il valore della corrente I spostando i due cursori del potenziometro e possiamo variare anche il verso della corrente I; lasciando fisso il numero di spire ci possiamo calcolare H dalla formula: H = NxI
                                                                                   l
Con un altro strumento siamo in grado di misurare il valore della induzione B che si ha nel ferro per effetto di H.
Cominciamo dallo zero e diamo dei valori crescenti ad H; otteniamo un diagramma del tipo:


In tale curva notiamo un primo tratto 0-1, detto ginocchio inferiore, in cui all'aumentare di H l'induzione B aumenta di poco.Un secondo tratto 1-2, chiamato zona di linearità, in cui B aumenta di molto e linearmente all'aumentare di H; qui la permeabilità magnetica m raggiunge dei valori molto elevati;un terzo tratto 2-3, detto ginocchio superiore, in cui B aumenta di poco e in modo non lineare; infine il tratto 3-4, detto zona di saturazione, in cui all'aumentare di H l'induzione B resta praticamente costante.  
CICLO D'ISTERESI
Se ora diminuiamo la corrente e quindi il campo magnetico H la curva non segue il percorso precedente ma quello superiore del seguente diagramma:
 


quando H diventa zero B non e' zero ma ha un valore Br che e' detto induzione residua.
Invertendo il verso della corrente il campo magnetico H assume valori negativi crescenti e la induzione B diminuisce e quindi: il ferro si sta smagnetizzando; esso e' completamente smagnetizzato al punto -Hc ; Hc e detto campo coercitivo, cioè quel valore che bisogna dare al campo magnetico H affinché l'induzione B sia zero e quindi il materiale sia completamente smagnetizzato.
Aumentando ancora H in senso negativo si arriva al massimo valore negativo di H e di B tali valori sono eguali e contrari a quelli positivi.
Successivamente diminuiamo H; l'induzione B segue il percorso indicato dalla freccia; quando H = 0 l'induzione B assume il valore negativo -Br.  Quando H raggiunge il valore Hc allora l'induzione B si porta a zero e il materiale e' completamente smagnetizzato.  Aumentando ancora H si raggiunge il valore massimo HM a cui corrisponde il valore massimo B; il ciclo poi si può ripetere per diverse volte; se i valori massimi di H restano gli stessi il percorso è quello indicato dalle frecce.
Se invece i valori massimi di H sono inferiori, il ciclo percorso sarà interno al precedente.

Per ciclo di isteresi si intende un percorso chiuso che il materiale ferromagnetico compie al variare del campo magnetico H.
Confrontiamo ora il ciclo di isteresi del ferro dolce, adatto per magneti temporanei, con quello dell'acciaio, adatto per magneti permanenti:
 

Notiamo che il ferro dolce si magnetizza con piccoli valori di H, cioè con poca corrente, e raggiunge un alto valore di Br, quindi si magnetizza bene, solo che appena viene meno la corrente, basta un piccolo campo coercitivo -Hc per far sparire l'induzione.
L'acciaio, invece, ha un basso valore di Br, quindi  si magnetizza poco, ma ha un alto valore di Hc quindi non si smagnetizza facilmente.

PERICOLOSITA' DELLA CORRENTE ELETTRICA

 
Normalmente, in presenza di un incidente di natura elettrica, si è abituati a far riferimento alla tensione quale causa dei danni (infatti si leggono o si ascoltano frasi del tipo: "... è rimasto folgorato da un a scarica a 20.000 volt"). In realtà, anche se è dalla tensione che parte il meccanismo, quella che produce direttamente i danni è la corrente.
Quando una corrente elettrica attraversa il corpo umano, i danni conseguenti dipendono dal suo valore e dalla durata del fenomeno:

A) - La tetanizzazione si ha quando i muscoli rimangono contratti fino a quando il passaggio di corrente elettrica non cessa: il soggetto può sembrare attaccato alla parte in tensione, in quanto incapace di eseguire movimenti.
Paradossalmente può accadere che valori più elevati di tensione provochino una violenta reazione del muscolo, tale da allontanare la persona dalla parte in tensione.
B) - Per correnti più alte può intervenire l'arresto della respirazione.
C) - Il cuore funziona grazie a stimoli elettrici, pertanto una corrente elettrica esterna può alterare il suo funzionamento fino alla fibrillazione ventricolare.
D) - La corrente elettrica, per effetto Joule, riscalda le parti attraversate. Si possono, quindi, avere ustioni.
In figura sono rappresentate, in base al valore della corrente (espresso in mA - milliampere) e alla durata del fenomeno (in secondi), quattro zone di pericolosità, per una frequenza compresa tra i 15 e i 100 Hz:

- zona 1 - al di sotto di 0,5 mA la corrente elettrica non viene percepita (si tenga presente che una piccola lampada da 15 watt assorbe circa 70 mA);
- zona 2 - la corrente elettrica viene percepita senza effetti dannosi;
- zona 3 - si possono avere tetanizzazione e disturbi reversibili al cuore, aumento della pressione sanguigna, difficoltà di respirazione;
- zona 4 - si può arrivare alla fibrillazione ventricolare e alle ustioni.
Da un punto di vista circuitale il corpo umano può essere rappresentato tramite quattro resistenze (quadripolo equivalente ad una persona):

Per gli effetti sul cuore bisogna tener conto anche del percorso della corrente. Ad esempio, tra i più pericolosi, abbiamo i percorsi mano sinistra-torace, mano destra-torace, mani-piedi.
Il valore della corrente elettrica dipende anche dalla resistenza che il corpo umano oppone. Questa diminuisce con pelle umida o in presenza di ferite, aumentando la pressione del contatto e aumentando la superficie di contatto. La resistenza aumenta, invece, in presenza di zone callose.

Si possono ritenere come livelli di sicurezza i 25 volt in corrente alternata e i 60 volt in corrente continua.

Correnti ad alta frequenza (f>>50 Hz) sono meno pericolose di quelle a 50 Hz.

 
 ANOMALIE ELETTRICHE

 

BLACK OUT E' la mancanza totale di tensione. Se la causa è interna a un appartamento dotato di impianto elettrico realizzato a regola d'arte, ci si trova in presenza dell'intervento o della protezione differenziale o di quella magnetotermica.

SOTTOTENSIONE E' una riduzione, più o meno breve, della tensione. Può essere causata dall'eccessivo assorbimento di corrente e quindi dalla conseguente caduta di tensione nei cavi di alimentazione. Bisogna considerare, ad esempio, la corrente di spunto dei motori elettrici: durante l'avviamento, l'assorbimento di corrente è sensibilmente superiore a quello che si ha a regime.

RUMORE La tensione di alimentazione e quindi la corrente devono avere una forma perfettamente sinusoidale. A volte interferenze elettromagnetiche possono modificare in modo più o meno rilevante questa forma.

PICCO DI TENSIONE E' un aumento repentino e di breve durata della tensione di alimentazione. Può verificarsi, ad esempio, a causa di un fulmine caduto nelle vicinanze della rete elettrica.

SOVRATENSIONE E' un aumento, più o meno breve, della tensione. Ogni componente elettrico possiede una tolleranza, diversa da caso a caso, a questo tipo di variazione. I danni, pertanto, possono essere anche immediati. In ogni caso sovratensioni ripetute risultano dannose per quasi tutti gli utilizzatori elettrici.

ISOLAMENTO, MASSA, CONTATTI

 

TIPI DI ISOLAMENTO
L'isolamento elettrico impedisce che le parti in tensione vengano in contatto con altre parti conduttrici. L'isolamento principale è quello strettamente necessario per difederci dalle folgorazioni.
Per aumentare il livello di sicurezza si può aggiungere un isolamento supplementare, che ci protegga anche in caso di cedimento di quello principale, ottenendo il doppio isolamento.
Se l'isolamento è unico ma ha lo stesso grado di sicurezza del doppio, siamo in presenza dell'isolamento rinforzato.

MASSA
E' definita massa una qualunque parte metallica facente parte dell'impianto elettrico e normalmente non in tensione, ma che si può trovare in tensione a causa del cedimento dell'isolamento principale. Una massa è, ad esempio, la carcassa della lavatrice.
Se la parte metallica è separata dalle parti in tensione da un isolamento doppio o rinforzato, non è una massa.

CONTATTI DIRETTI E INDIRETTI
Uno dei pericoli più comuni nell'utilizzo di apparecchiature elettriche è quello di entrare in contatto con parti in tensione con conseguente passaggio di corrente attraverso il corpo umano (vedere Pericolosità della corrente elettrica).
Esistono due tipi di contatto e questa distinzione è fondamentale poichè le misure di protezione sono diverse, anche se agiscono tutte in uno dei due modi possibili: riduzione del valore della corrente o riduzione del tempo in cui attraversa il corpo umano.
Si ha contatto diretto toccando una parte dell'impianto normalmente in tensione. E', ad esempio, contatto diretto quello con il conduttore di un cavo elettrico, quello con l'attacco di una lampadina mentre la si avvita o quello con un cacciavite infilato nell'alveolo di una presa di corrente.
Si ha contatto indiretto toccando una massa in presenza del cedimento dell'isolamento principale, indipendentemente dal collegamento o meno a terra.

 

CATEGORIE DEI SISTEMI ELETTRICI

SISTEMI TT e TN

 

Si ha un sistema TT quando l'impianto elettrico è alimentato direttamente in bassa tensione (230 V) dall'Enel, come nelle nostre abitazioni.
Le linee ad alta tensione, grazie a una cabina di trasformazione, diventano linee in media tensione e, infine, mediante un'ulteriore cabina nelle vicinanze degli edifici da alimentare, si arriva alla bassa tensione.

In un sistema TT l'impianto di terra della cabina Enel che trasforma la media tensione in bassa tensione (MT/BT) è diverso dall'impianto di terra dell'edificio alimentato. In caso di guasto a terra nell'edificio, la corrente attraversa l'impianto di terra, quindi il terreno per tornare alla cabina Enel chiudendo il circuito di guasto.
In un sistema TN, solitamente presente negli impianti industriali, la cabina di trasformazione non è dell'Enel, ma è parte integrante dell'impianto stesso e l'impianto di terra è unico.

Il guasto a terra può in questo caso assumere tutte le caratteristiche di un cortocircuito.
Se come conduttore di protezione si usa il neutro (PEN), si ha il sistema TN-C, in caso di conduttori distinti (PE e N) si ha il sistema TN-S.

 

LA LUCE

 

Tutti noi siamo perennemente immersi nelle radiazioni elettromagnetiche che hanno un andamento simile a quello mostrato in figura e dovute a raggi cosmici, emissioni radioattive, telecomunicazioni, ecc.

Queste onde sono caratterizzate dal periodo ovvero dalla lunghezza d'onda, misurata in nanometri. Un nanometro (nm) equivale a un miliardesimo di metro.
La luce è anch'essa composta da onde elettromagnetiche e al variare della lunghezza d'onda varia il colore percepito. Le onde visibili sono quelle comprese tra i 380 e i 780 nanometri, cioè tra il violetto e il rosso, passando per azzurro, verde, gialloverde (intorno ai 550 nanometri, dove la sensibilità dell'occhio umano è massima), giallo e arancio. Al di sotto dei 380 nm si ha la luce ultravioletta e al di sopra dei 780 nm quella infrarossa.

Si ha una luce monocromatica quando la sua composizione è data esclusivamente da onde elettromagnetiche di uguale lunghezza d'onda. Normalmente, invece, la luce che percepiamo comprende varie lunghezze d'onda e, in particolare, quella del sole comprende tutta la gamma di lunghezze d'onda visibili.
Un oggetto, che non emette luce propria, appare di un certo colore perchè riflette quelle determinate radiazioni luminose. Risulta ovvio che tali radiazioni devono essere presenti per essere riflesse e quindi per una una buona illuminazione devono essere presenti tutte le lunghezze d'onda visibili.
Nel valutare l'emissione di sorgenti luminose viene presa in considerazione anche la temperatura di colore, misurata in gradi kelvin (K). Bassi valori della temperatura di colore corrispondono a tonalità calde e viceversa alti valori corrispondono a tonalità fredde. Ad esempio una luce bianca calda per interni si aggira sui 3000 K e una luce bianca per grandi magazzini si aggira sui 4000 K. La luce diurna supera i 5000 K.

 

I FULMINI

 

Consideriamo due corpi conduttori vicini e con cariche di segno opposto. Se tra i due corpi è presente materiale isolante, le cariche, pur attraendosi, non possono incontrarsi.


Ma ogni materiale isolante possiede un limite. Se le cariche aumentano, aumenta anche il loro effetto, ovvero la differenza di potenziale tra i due corpi, ed esse finiscono col perforare l'isolante.
Questo meccanismo si verifica, durante i temporali, tra nuvole (normalmente nembi o cumuli distanti tra i 300 e i 1000 metri dal suolo) e terra, con l'aria come materiale isolante interposto. In circa l'85% dei casi sono le cariche negative a portarsi nella parte inferiore delle nuvole e a richiamare quelle positive sulla superficie terrestre (induzione elettrostatica).


Se la differenza di potenziale tra nuvola e terra supera un valore compreso tra gli 80 milioni e il miliardo di volt, l'aria viene perforata dalle cariche elettriche e si ha il fulmine, con una corrente che ha un valore medio di 10000 ampere e un valore limite pari a 200000 ampere. Un fulmine potrebbe alimentare una lampada da 100 Watt per tre mesi.
La perforazione non è istantanea. Dalla nuvola parte una scarica iniziale (detta "scarica pilota" o "scarica leader") non visibile, che procede a scatti con una velocità di 100 chilometri al secondo. Dalla terra parte una scarica di segno opposto, detta di richiamo. Al momento dell'incontro tra le due scariche si ha il fulmine, una scarica finale chiamata scarica di ritorno.
La corrente raggiunge il picco massimo in un tempo brevissimo pari a qualche microsecondo, mentre globalmente il fenomeno può durare tra qualche decina e qualche centinaia di microsecondi.
Al suo interno il fulmine può sviluppare una temperatura di 15000 °C. Il calore espande l'aria ed è questa espansione che provoca il tipico rumore del fulmine, ovvero il tuono. Poichè il suono si propaga a 340 metri al secondo, mentre la luce a 300000 chilometri al secondo, si ha una differenza tra la visione del fulmine (lampo) e la percezione del tuono, che è tanto più rilevante, quanto più lontano si è avuta la scarica elettrica.

Tra tutti i possibili percorsi, il fulmine probabilmente seguirà quello più breve o comunque quello che offre un minore impedimento al passaggio della scarica elettrica.
Sulla Terra si hanno 16 milioni di temporali all'anno ovvero circa 44 mila al giorno, con la caduta di 100 fulmini al secondo. Mediamente, in Italia, il numero di fulmini per chilometro quadrato in un anno (Nt) risulta pari a due. Ma non tutte le zone sono interessata allo stesso modo dal fenomeno. La figura, puramente indicativa, evidenzia le differenze.

(La cartografia rappresentante il numero di fulmini all'anno per kmq sul territorio Italiano - gratuita quella del 1995 utilizzata come esempio - è presente nel sito del SIRF).

L'estate è la stagione che vede il maggior numero di temporali. Rimane però da precisare che cinque fulmini su sei si scaricano dentro la nuvola stessa.

Secondo i ricercatori un fulmine può entrare nel corpo umano attraverso le aperture del cranio, cioè occhi, orecchie, naso e bocca e si scarica a terra dopo aver percorso il sangue e il sistema nervoso. Come conseguenza più probabile si ha l'arresto del cuore e dei polmoni, ma mentre il primo può riprende a battere autonomamente, i polmoni hanno bisogno della respirazione bocca a bocca. Per cui la morte può giungere per soffocamento. Sembra che con un adeguato soccorso il 70% delle persone colpite da un fulmine può sopravvivere senza danni.

FULMINI PARTICOLARI
Da un pò di tempo si stanno studiando strani fulmini che invece di propagarsi verso terra, si propagano dalle nubi verso l'alto: sono i "red sprite" e i "blue jet". Altro fulmine particolare è quello chiamato "positivo" che, pur propagandosi come quelli normali (negativi) verso terra, sembra possegga un'energia nettamente superiore che gli permette di durare anche fino a dieci volte più a lungo. Infine si possono segnalare i "fulmini globulari", che sembra possano manifestarsi anche in presenza di cielo sereno.

LE NORME CEI

Gli impianti elettrici vanno eseguiti a regola d'arte e per raggiungere questo obiettivo le imprese installatrici devono seguire quanto stabilito nelle norme CEI - Comitato Elettrotecnico Italiano.

L'elenco dettagliato delle norme CEI è ovviamente presente sul sito del Comitato Elettrotecnico Italiano, ove è possibile anche l'acquisto. A titolo puramente indicativo si riporta il seguente elenco parziale:

• CEI 0-1 - Adozione di nuove norme come base per la certificazione dei prodotti nei paesi membri del CENELEC
• CEI 0-2 - Guida per la definizione della documentazione di progetto degli impianti elettrici
• CEI 0-3 - Legge 46/90. Guida per la compilazione della dichiarazione di conformità e relativi allegati
• CEI 0-4/1 - Documenti CEI normativi e non normativi
• CEI 0-5 - Dichiarazione CE di conformità. Guida all’applicazione delle Direttive Nuovo Approccio e della Direttiva Bassa Tensione (Memorandum CENELEC N°3)
• CEI 0-6 - Qualificazione delle imprese di installazione di impianti elettrici
• CEI 0-10 - Guida alla manutenzione degli impianti elettrici
• CEI 0-11 - Guida alla gestione in qualità delle misure per la verifica degli impianti elettrici ai fini della sicurezza
• CEI 0-13 - Protezione contro i contatti elettrici - Aspetti comuni per gli impianti e le apparecchiature
• CEI 0-14 - Guida all'applicazione del DPR 462/01 relativo alla semplificazione del procedimento per la denuncia di installazioni e dispositivi di protezione contro le scariche atmosferiche, di dispositivi di messa a terra degli impianti elettrici e di impianti elettrici pericolosi
• CEI 0-15 - Manutenzione delle cabine elettriche MT/BT dei clienti/utenti finali
• CEI 64 - Effetti della corrente attraverso il corpo umano
• CEI 64-7 - Impianti elettrici di illuminazione pubblica
• CEI 64-8 - Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua
• CEI 64-11 - Impianti elettrici nei mobili
• CEI 64-12 - Guida per l'esecuzione dell'impianto di terra negli edifici per uso residenziale e terziario
• CEI 64-14 - Guida alle verifiche degli impianti elettrici utilizzatori
• CEI 64-15 - Impianti elettrici negli edifici pregevoli per rilevanza storica e/o artistica
• CEI 64-16 - Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1000 V in corrente alternata e a 1500 V in corrente continua. Protezione contro le interferenze elettromagnetiche (EMI) negli impianti elettrici
• CEI 64-17 - Guida all'esecuzione degli impianti elettrici nei cantieri
• CEI 64-50 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri generali
• CEI 64-51 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per centri commerciali
• CEI 64-52 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per edifici scolastici
• CEI 64-53 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per edifici ad uso prevalentemente residenziale
• CEI 64-54 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per locali di pubblico spettacolo
• CEI 64-55 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per strutture alberghiere
• CEI 64-56 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Criteri particolari per locali ad uso medico
• CEI 64-57 - Edilizia ad uso residenziale e terziario. Guida per l'integrazione degli impianti elettrici utilizzatori e per la predisposizione di impianti ausiliari, telefonici e di trasmissione dati negli edifici Impianti di piccola produzione distribuita
• CEI 64-100/1 - Edilizia residenziale. Guida per la predisposizione delle infrastrutture per gli impianti elettrici, elettronici e per le comunicazioni
• CEI 81-1 - Protezione delle strutture contro i fulmini
• CEI 81-3 - Valori medi del numero dei fulmini a terra per anno e per chilometro quadrato dei Comuni d’Italia, in ordine alfabetico
• CEI 81-4 - Protezione delle strutture contro i fulmini. Valutazione del rischio dovuto al fulmine

LA LEGGE 46 / 90

La legge n.46 del 1990 "Norme per la sicurezza degli impianti" e il relativo regolamento di attuazione del 1991 hanno posto in maggior rilievo i problemi riguardanti gli impianti tecnologici.
Alcuni obblighi introdotti dalla legge sono i seguenti:
- i lavori devono essere affidati a imprese abilitate;
- le imprese installatrici devono avere un responsabile con idonei requisiti tecnico-professionali;
- l'impresa, terminati i lavori, deve rilasciare una dichiarazione di conformità alla regola d'arte;
- gli impianti che superano determinati limiti, devono essere progettati da un professionista iscritto all'albo.
Il sindaco, per rilasciare il certificato di abitabilità, deve acquisire la dichiarazione di conformità.

 

Ad esempio perchè sia obbligatorio il progetto dell'impianto elettrico di una unità immobiliare ad uso civile, è sufficiente che sia soddisfatto almeno uno dei seguenti requisiti:
- Superficie maggiore di 400 metri quadri;
- Centrale termica a gas avente potenza maggiore di 35 kW (30000 kcal/h);
- Esistenza di un locale ad uso medico.
Per i servizi condominiali:
- Potenza impegnata maggiore di 6 kW;
- Centrale termica a gas avente potenza maggiore di 35 kW (30000 kcal/h);
- Altezza di gronda maggiore di 24 metri;
- Autorimessa con più di nove veicoli;
- Box che non si affacciano su spazio a cielo libero in numero maggiore di nove.

La legge è stata inglobata nel DPR 6 giugno 2001 n.380 "Testo unico delle disposizioni legislative e regolamentari in materia edilizia" (articoli da 107 a 121).

 

ALTRE NORME

 

DPR n.547 del 1955 - "Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro"

Legge n.186 del 1968 - "Disposizioni concernenti la produzione di materiali, apparecchiature, macchinari, installazioni e impianti elettrici ed elettronici"

Legge n.791 del 1977 - "Attuazione della direttiva del Consiglio delle Comunità Europee relativa alle garanzie di sicurezza che deve possedere il materiale elettrico destinato ad essere utilizzato entro alcuni limiti di tensione"

Decreto Legislativo n.626 del 1994 - riguardante il miglioramento della sicurezza e della salute dei lavoratori sul luogo di lavoro

Fonte: http://www.hensemberger.it/~docenti/share/elettrotecnica/Giordano/Elettrotecnica/3BS/manuale%20per%20serale.doc

Autore del testo: non indicato nel documento di origine

 

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