ELETTROTECNICA
Energia è la capacità di un sistema di trasformarsi compiendo un lavoro.
L’energia si trasforma da una forma ad un’altra, o si trasporta da un sistema ad un altro. Il lavoro compiuto ci permette di valutare quanta energia è stata trasformata o trasportata. L’unità di misura nel Sistema Internazionale è il joule (J).
Ci sono due forme di energia: cinetica e potenziale.
La cinetica tiene conto del moto dei corpi e in essa va inclusa anche l’energia termica (perché connessa all’agitazione delle particelle che costituiscono la materia);
La potenziale è
connessa allo stato di equilibrio forzato dei sistemi o dei corpi. (Es.: la
tegola sul tetto, una molla tesa, l’energia elettrica, ecc.). L’energia elettrica è l’energia
potenziale che viene assunta dalle cariche elettriche elementari che vengono
disgiunte (in seno ai corpi) in seguito all’azione di processi esterni
(generatore) contro la reazione delle forze colombiane che tendono a
ricongiungerle.
Se un sistema passa da un’energia W1 ad una W2 si ha una variazione ΔW = W1 - W2. Si dice che il sistema libera energia se W1> W2 e il processo è spontaneo, altrimenti si dice che assorbe energia e il processo è impresso da azioni esterne.
Si definisce potenza la quantità di energia trasportata o trasformata nell’unità di tempo.
P = ΔW / Δ t (1) si misura in watt (W); 1 watt = 1 joule / 1 secondo : 1 W = 1 J / 1 s.
Pertanto 1 J = 1 W s , e 1 W h = 3600 J , ed infine 1 kW h = 3.600.000 J.
Dalla (1) si ha: ΔW = P Δ t .
Altre unità di misura dell’energia:
Il Cavallo Vapore (CV) 1 CV = 736 W = 0,736 kW ; 1 kW = 1,36 CV;
La kilocaloria
1 kcal = 4187 J; 1 kWh = 3.600.000 / 4187 = 860 kcal; 1 J = 1 / 4187 = 0,239 x 10-3 kcal.
POTENZA ELETTRICA
È la quantità di energia messa in gioco dal sistema nell’unità di tempo.
P = ΔW
/ = U ΔQ / Δ t = U I Δ t
/ Δ t = U I (2)
Trasformazione di energia elettrica in calore - Legge di Joule. L’energia è data dal prodotto della potenza (P) per il tempo (t).
W = P t = U I t = (R I) I t = RI2 t
essendo per la legge di Ohm U = R I.
Se nella (2) sostituiamo I = U / R otteniamo
P = U I = U2 / R
La resistenza è quel parametro che tiene conto degli urti e dell’attrito che si hanno nel conduttore quando gli elettroni si spostano. Quindi l’energia dispersa in una resistenza è quella necessaria a produrre lo spostamento degli elettroni vincendo i suddetti urti e gli attriti. Tale energia si trasforma in calore.
Legge di Joule: In un tratto di circuito di resistenza elettrica R percorso da una corrente di intensità costante I, si sviluppa ad ogni secondo una quantità di calore equivalente alla potenza elettrica espressa dal prodotto RI2.
Alcune applicazioni dell’effetto Joule: stufe, fusibili, lampade ad incandescenza (da non usare per illuminazione), ferri da stiro, asciuga capelli, scaldabagni, ecc.
Il calore prodotto si calcola così:
ΔQC
(kcal) = 860 P (kW) x Δ t (h)
Nel caso ideale la quantità di calore è data dalla massa (M) per il calore specifico (γ) del materiale da riscaldare e per la variazione di temperatura (ΔT):
QC = M x γ x ΔT.
Nel caso reale è opportuno tener conto di un rendimento del 90% e quindi
QC (reale) = QC x 0,9 = M x γ x ΔT x 0,9 .
Per l’acqua γ = 1 kcal / °C kg; per il ferro γ= 0,114 kcal / °C kg.