Correnti alternate e impedenze

(la videolezione) La corrente alternata (CA) è un tipo di corrente elettrica in cui la direzione del flusso di elettroni si inverte a intervalli regolari. Questo movimento "avanti e indietro" è descritto da una forma d'onda, che è spesso una sinusoide. Le principali caratteristiche di una corrente alternata sinusoidale sono:

Ampiezza: Rappresenta il valore massimo (picco) della corrente o della tensione in un ciclo.

Frequenza: Misurata in Hertz (Hz), indica il numero di cicli completi che si verificano in un secondo. Ad esempio, la frequenza della rete elettrica in Europa è di 50 Hz, il che significa che la corrente cambia direzione 100 volte al secondo (50 cicli completi al secondo).

Fase: Descrive la posizione dell'onda rispetto a un punto di riferimento, spesso un'altra onda sinusoidale. Uno sfasamento indica che le due onde non raggiungono i loro picchi contemporaneamente.

Questo tipo di corrente è prodotta da generatori che convertono l'energia meccanica in energia elettrica. La sua capacità di essere facilmente trasformata a tensioni più alte o più basse (grazie ai trasformatori) la rende ideale per la distribuzione su larga scala.

In corrente alternata, la resistenza non è l’unico ostacolo al flusso di elettroni. Entra in gioco un concetto più raffinato: l’impedenza, che tiene conto non solo della resistenza, ma anche degli effetti di capacità e induttanza. 

L’impedenza (Z) è una grandezza complessa che misura l’opposizione al passaggio della corrente alternata sinusoidale. Essa è composta da:

Resistenza (R): parte reale, che dissipa energia.

Reattanza (X): parte immaginaria, che accumula energia temporaneamente (in condensatori e induttori).

Z=R+JX

Positiva per gli induttori → XL = ωL

Negativa per i condensatori → XC = 1/ωc 

Dove ω = 6,28f è la pulsazione 

L'utilizzo dei numeri complessi per rappresentare l'impedenza e le grandezze di un circuito a CA (come tensione e corrente) semplifica notevolmente i calcoli. Invece di dover gestire equazioni differenziali o manipolare onde sinusoidali con sfasamenti, si possono applicare le stesse regole dei circuiti a corrente continua (come la legge di Ohm e le leggi di Kirchhoff), ma con numeri complessi.

Questa rappresentazione ci permette di analizzare facilmente l'effetto combinato di resistenza, induttanza e capacità, includendo anche lo sfasamento tra tensione e corrente. Ad esempio, in un circuito puramente resistivo, tensione e corrente sono in fase. In un circuito induttivo, la tensione "anticipa" la corrente di 90°, mentre in un circuito capacitivo la tensione "ritarda" la corrente di 90°.

Nei diagrammi fasoriali (diagrammi di fase), l’impedenza si rappresenta con frecce nel piano complesso.