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Corrente alternata e corrente continua a confronto

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La corrente elettrica è definita come un flusso di particelle cariche, come elettroni o ioni, in movimento attraverso lo spazio o un conduttore elettrico, come il rame utilizzato nei fili.

Il modo in cui le particelle si muovono attraverso il conduttore è ciò che determina se la corrente è alternata o diretta.

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Cos’è la corrente alternata?

Nella corrente alternata (AC), la tensione e la direzione della corrente elettrica cambiano periodicamente direzione. Molte fonti di energia elettrica, come i generatori elettromeccanici, producono corrente alternata con tensioni che si alternano in polarità, invertendo nel tempo positivo e negativo.

Ad esempio, può iniziare da zero, crescere fino a un massimo, quindi diminuire fino a zero, invertire, raggiungere un massimo nella direzione opposta, quindi tornare di nuovo al valore originale e ripetere questo ciclo all’infinito.

Se la tensione in un circuito CA viene tracciata nel tempo, è probabile che tu veda diverse forme d’onda come un’onda sinusoidale, un’onda quadra (quando rimane nel picco per alcuni secondi prima di tornare a zero), un’onda triangolare (quando ha una velocità di variazione costante), un’onda a dente di sega (onde triangolari asimmetriche), ecc.

Tuttavia, la forma d’onda sinusoidale è la forma d’onda più comune e l’AC nella maggior parte degli edifici collegati alla rete ha una tensione oscillante nella forma d’onda sinusoidale.

Corrente alternata e corrente continua: quale è meglio?
Fonte: Omegatron/Wikimedia

L’intervallo di tempo tra lo stesso valore su due cicli successivi è chiamato periodo, e si misura in secondi. Il numero di cicli (o periodi) al secondo è chiamato frequenza e si misura in Hertz. Il valore massimo in entrambe le direzioni è l’ampiezza della corrente alternata e viene  misurato in ampere o volt.

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Storia della corrente alternata

La scoperta della corrente alternata non può essere attribuita a una sola persona. Ci sono molte persone che hanno contribuito alla scoperta e allo sviluppo dell’elettricità AC.

Lo scienziato inglese Michael Faraday (1791-1867) propose il principio dell’induzione elettromagnetica che sarebbe poi stato utilizzato dal costruttore di strumenti francese Hippolyte Pixii (1808-1835) per sviluppare il primo pratico generatore di corrente alternata a dinamo nel 1832. L’alternatore di Pixii utilizzava un magnete ruotato da una manovella per produrre AC.

Nel 1878, la Ganz Company iniziò a lavorare con sistemi di alimentazione AC monofase a Budapest, in Austria-Ungheria. L’anno successivo, Walter Bailey, a Londra, sviluppò un prototipo per un debole motore a corrente alternata facendo ruotare un disco di rame usando corrente alternata.

Questo fu seguito nel 1882 dal lavoro di Sabastian Ferranti e Lord Kelvin (William Thompson) a Londra per sviluppare la prima tecnologia di alimentazione AC, incluso un primo trasformatore.

Due anni dopo, Lucien Gaulard sviluppò trasformatori e costruì un sistema di trasmissione di potenza a Torino, in Italia. La dimostrazione dell’alimentazione AC includeva un carrello 40 km con trasformatori step-down che consentivano di illuminare il percorso con luci a incandescenza Edison a bassa potenza e lampade ad arco.

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Un’altra tecnologia AC includeva lo sviluppo di motori e sistemi di trasmissione di potenza da parte di persone come Galileo Ferraris, William Stanley e Nikola Tesla, che  finirono per essere i protagonisti della Guerra delle Correnti alla fine del 1880.

In questo periodo di grande fermento nello sviluppo di impianti elettrici vi fu una forte competizione e livello commerciale tra corrente continua e corrente alternata, o meglio, tra George Westinghouse e Nikola Tesla (che sostenevano l’uso della corrente alternata) e Thomas Alva Edison (che sosteneva l’uso della corrente continua).

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Cos’è la corrente continua?

Nella corrente continua (DC) gli elettroni si muovono solo in una direzione senza variazioni nel tempo. La tensione è costante, così come la polarità. Mentre la corrente continua scorre, gli elettroni fluiscono dal punto di basso potenziale al punto di alto potenziale, dal terminale negativo al terminale positivo, e la corrente risultante è nella direzione opposta (da positivo a negativo).

La forma d’onda della corrente continua può essere un’onda sinusoidale pura, positiva o negativa. Si rappresenta anche con una retta negli assi coordinati quando è costante, ma quando ha tensione variabile si chiama corrente continua pulsante e si rappresenta con onde quadre o rettangolari. La corrente continua pulsante (PDC) si può ottenere aggiungendo raddrizzatori alla corrente alternata.

Mentre la corrente alternata ha vinto la Guerra delle Correnti ed è ancora il tipo di corrente più utilizzato nella distribuzione dell’energia ai giorni nostri, la corrente continua è ancora utilizzata in molte altre applicazioni.

Storia della corrente continua

La storia della corrente continua è legata alla storia della corrente alternata. Entrambi i tipi di corrente sono stati studiati e sviluppati tecnicamente quasi contemporaneamente. Tecnicamente, la conoscenza della corrente continua è arrivata prima, con l’invenzione della pila di Volta, una batteria elettrica creata dal fisico italiano Alessandro Volta nel 1880.

Questo uso della corrente continua precede lo sviluppo dei primi generatori elettrici a corrente alternata.

Mentre la scoperta della  corrente continua può essere attribuita a Volta, è stato il fisico francese André-Marie Ampère a descrivere la corrente continua nelle sue forme più elementari, mentre cercava di capire come funzionassero i flussi elettrici.

Tra la fine degli anni ’70 e l’inizio degli anni ’80 del XIX secolo, furono sviluppate centrali elettriche per generare sia corrente alternata che corrente continua, da utilizzare per illuminare le strade con lampade ad arco.

L’inventore americano Thomas Alva Edison, fondatore dell’utility elettrica Edison Illuminating Company, difendeva fermamente l’uso della corrente continua per scopi di illuminazione, ma era molto più facile controllare la tensione della corrente alternata usando i trasformatori.

Tensioni più elevate consentivano la trasmissione dell’elettricità su distanze maggiori, motivo per cui la corrente alternata era, ed è tuttora, preferita dalle società di distribuzione di energia di tutto il mondo.

Per l’uso elettrico generale, la corrente continua non è stata effettivamente utilizzata fino alla metà degli anni ’50, quando è stato sviluppato il sistema di trasmissione di energia elettrica a corrente continua ad alta tensione (HVDC) per la trasmissione di massa di energia elettrica.

Dove vengono utilizzate la corrente alternata e la corrente continua?

Esempi di utilizzo di corrente alternata

Grazie alla sua economicità, la maggior parte delle trasmissioni di potenza ad alta tensione utilizza correnti alternate. Ciò significa che tutte le luci e gli elettrodomestici che abbiamo nelle nostre residenze sono alimentati da corrente alternata.

Ogni paese del mondo ha stabilito una tensione e una frequenza residenziali di corrente alternata, che vanno da 110 V a 240 V e da 50 Hz a 60 Hz.

La corrente alternata si trova anche nei motori a corrente alternata, un tipo di motore elettrico che si basa sulla corrente alternata per trasformare il movimento degli elettroni in energia meccanica. Gli usi più comuni dei motori a corrente alternata sono nelle pompe idrauliche, nei ventilatori, nei condizionatori d’aria e nei sistemi di trasporto.

Esempi di utilizzo in corrente continua

Anche la corrente continua può essere utilizzata per alimentare motori elettrici. I motori a corrente continua sono spesso utilizzati in ascensori, aspirapolveri, macchine da cucire, utensili, veicoli elettrici, torce elettriche e piccoli elettrodomestici. Se il dispositivo necessita di alimentazione continua, la corrente continua è l’opzione migliore.

Come detto sopra, la corrente continua è iniziata con la prima batteria elettrica nel 1880 ed è ancora utilizzata per questo scopo. Oggi, l’importanza della corrente continua è in gran parte nella potenza che fornisce ai moderni dispositivi elettronici che utilizzano batterie, come cellulari e laptop, i cui caricabatterie sono progettati per convertire la corrente alternata dalla presa in corrente continua per caricare le batterie. La corrente continua viene utilizzata anche nei LED e nelle celle solari.

Perché usiamo AC invece di DC?

Usiamo corrente alternata principalmente a causa dei limiti della corrente continua che furono scoperti entro il 1880. A quel tempo, non esisteva la tecnologia per manipolare facilmente ed efficacemente la tensione della corrente continua, mentre i trasformatori potevano essere usati per aumentare e diminuire le tensioni della corrente alternata.

I trasformatori erano l’opzione più conveniente perché consentivano alle alte tensioni di viaggiare attraverso le reti elettriche.

Le alte tensioni sono essenziali per superare la resistenza che deriva dalla trasmissione dell’elettricità. In questo modo, a metà strada viene persa una minore quantità di energia, il che rende il sistema più efficiente ed economico. Inoltre, questo aspetto comporta che l’elettricità arriva negli edifici dove viene utilizzata ad una tensione più bassa e meno pericolosa.

La corrente continua non poteva competere. La mancanza di metodi pratici per convertirla in alta tensione ha reso necessario ridurre il raggio di trasmissione dell’energia. Ciò ha costretto le aziende che scommettevano sulla DC a costruire centrali elettriche locali, al massimo a circa 1,6 km di distanza dall’utente finale, il che significava costi più elevati e l’esclusione delle aree rurali.

Sapendo questo, non è una sorpresa che abbiamo finito per usare l’aria condizionata nelle nostre case e nei nostri uffici. Ma è importante notare che la tecnologia è progredita molto da quei tempi e da allora abbiamo trovato nuovi vantaggi e applicazioni per la corrente continua.

I sistemi di trasmissione di potenza ad alta tensione basati su corrente continua (HVDC) sono diventati realizzabili con lo sviluppo e l’economia delle tecnologie di conversione nel corso del XX secolo.

Le valvole ad arco di mercurio, i tiristori e altri raddrizzatori hanno permesso di convertire l’alta tensione AC in CC e poi di nuovo in AC nel processo step-down. Questo è un metodo più efficace per trasportare l’elettricità su distanze più lunghe senza perdite significative, il che rende i sistemi HVDC più efficienti ed ecologici. Consentono inoltre l’interconnessione delle reti elettriche, cosa che amplifica e stabilizza le reti, anche se operano su tensioni e frequenze diverse. Inoltre, i sistemi HVDC possono aumentare la capacità delle reti elettriche.

Questi sono i motivi principali per cui la battaglia AC vs DC è, in qualche modo, ripresa nella seconda metà del 20° secolo, con i sistemi HVDC utilizzati per i collegamenti internazionali, come il cavo sottomarino NorNed (che va dalla Norvegia ai Paesi Bassi) e l’interconnettore Morley (Irlanda del Nord-Scozia); o semplicemente per collegare distanze maggiori di 640 km, come la Pacific DC Intertie, una linea HVDC lunga 1360 km che va dal Pacifico nord-occidentale alla California meridionale negli Stati Uniti.

Mentre molti esperti concordano sul fatto che il sistema HVDC è più conveniente del sistema HVAC, è più costoso in termini di attrezzatura, quindi è limitato solo a queste applicazioni.

Qual è la differenza tra corrente alternata e continua?

Riassumendo, possiamo dire che le principali differenze tra corrente alternata e corrente continua sono:

  • Gli elettroni fluiscono avanti e indietro periodicamente nella corrente alternata, mentre nella corrente continua scorrono solo in una direzione. Per questo si chiamano rispettivamente corrente alternata e corrente continua .
  • La corrente alternata ha una grandezza variabile mentre la corrente continua ha una grandezza costante.
  • Poiché gli elettroni si muovono in una direzione, la frequenza della corrente continua è zero, mentre la corrente alternata varia da 50 a 60 Hz nella maggior parte dei paesi.
  • La corrente continua viene immagazzinata in celle o batterie, ma la corrente alternata non può essere immagazzinata.
  • La corrente alternata è relativamente più economica da produrre.

In conclusione, è impossibile determinare una risposta specifica per quale tipo di corrente è migliore, poiché dipenderà sempre da cosa ti serve quella corrente.

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