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15-01-2002

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E' corretto affermare che in un circuito elettrico scorre corrente solamente a circuito chiuso?

(Risponde Gianfranco Verbana)

 

 

L'affermazione che in una linea elettrica, scorre corrente solamente a circuito chiuso (apparecchio in funzione) è valida quando è possibile trascurare il tempo di propagazione del fronte d'onda, tra il generatore ed il carico. In altre parole, quando le dimensioni geometriche della rete elettrica sono inferiori ad oltre un decimo della lunghezza d'onda.

Immaginiamo un ipotetico collegamento elettrico tra la Terra e Giove.
Pensa di collegare un cavo elettrico ideale (resistenza 0) tra la Terra (generatore) e Giove (utilizzatore). Su Giove il circuito è aperto (in base alla legge di Ohm non dovrebbe passare nessuna corrente.
Dall'istante di chiusura dell'interruttore, all'inizio della linea, parte un'onda di tensione e di corrente. Lungo la linea, per 2 ore, circola una corrente determinata dal valore della tensione divisa l'impedenza (resistenza) caratteristica della linea. Solo quando corrente e tensione arrivano ai morsetti, del carico su Giove, si accorgono che la linea è aperta. La legge di Ohm impone, ai morsetti dell'utilizzatore, corrente nulla e tensione massima. Tutta la corrente torna indietro, e si somma vettorialmente con la corrente che viaggia verso Giove formando un regime d'onde stazionarie. Lungo la linea abbiamo ventri e nodi di tensioni e di correnti, che generano nelle immediate vicinanze un campo elettrico e magnetico ed alla distanza di almeno una lunghezza d'onda, si forma un campo elettromagnetico.Vedi mia risposta:
http://www.vialattea.net/esperti/php/risposta.php?num=392

Nella realtà, quando passa corrente, lungo una linea aperta?
Un aneddoto storico è utile per tenero impresso un fenomeno fisico.
Negli anni venti, dopo che furono realizzati importanti linee di trasmissione dell'energia a 50 Hz, vi fu un gran progetto, voluto da Lenin, la transiberiana. La più lunga linea elettrica, allora, del mondo (circa 1200 Km).
Ebbene, per farla in breve, durante il collaudo, a linea aperta, furono chiusi i coltelli e alimentato la linea. Saltarono per aria, i trasformatori. Le forze di repulsione fu d'enormi tonnellate e indicarono valori di corrente di quasi corto circuito. Gli ingegneri non capirono nulla: la linea risultò aperta.Dopo tre mesi fu rifatto il collaudo: stessi enormi danni. Si era di fronte a qualcosa di nuovo, ed il sapere di non sapere portava alla disperazione.

Fu un ingegnere d'origine italiana, di nome Ferranti, che risolse il problema. A 50 Hz la lunghezza d'onda è di 6000 Km. Ad un quarto di lambda una linea aperta si comporta come un corto circuito (mentre una linea in corto si comporta come se fosse aperta).
Ferranti aggiunse delle grosse induttanze in serie alla linea, spostò la risonanza. Lungo la linea aperta, il valore della corrente fu zero. Nelle diverse discipline elettriche, i fenomeni fisici sono sempre gli stessi, ma sono chiamati con nomi e con procedure matematiche diverse.Ciò che in radiotecnica si chiama rapporto d'onde stazionarie, in elettrotecnica si chiama effetto Ferranti.

Negli impianti di distribuzione dell'energia elettrica a 50Hz, le dimensioni geometriche delle linee sono una piccolissima frazione rispetto a lambda, possiamo, quindi, affermare senza commettere errori che dall'istante che chiudiamo l'interruttore tensione e corrente arrivano ai morsetti del carico in un tempo nullo.Non vi sarà mai corrente a circuito aperto.

In tutti gli scenari dove le lunghezze d'onda sono piccole e in ogni modo paragonabili con le dimensioni geometriche delle reti (es.antennino cellulare), lungo la linea scorre corrente elettrica a circuito aperto.
 
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