Si ringraziano le fonti di provenienza d'origine degli scritti a seguire.
La corrente elettrica
L'elettricità è una forza naturale, sfruttabile per produrre energia e lavoro, utilizzabile per i più disparati scopi. Alcuni apparecchi sono capaci di produrre energia elettrica, e si dicono generatori. Altri la trasformano in qualcosa d'altro (luce, calore, energia meccanica) e sono detti utilizzatori.
La corrente elettrica è sostanzialmente il prodotto di un flusso di elettroni, particelle microscopiche che rientrano nella costituzione dell'atomo. La struttura dell'atomo prevede infatti un nucleo fisso, contenente un certo numero di cariche positive (protoni), e un numero corrispondente di elettroni, particelle dalla carica elettrica negativa, che orbitano intorno al nucleo.
Sebbene in elettrotecnica si sia stabilito per convenzione che il movimento delle cariche elettriche vada dal polo positivo a quello negativo, nella realtà sono gli elettroni a muoversi, quindi la corrente elettrica vera e propria si sviluppa sempre dal polo negativo a quello positivo.
La pila e la dinamo elettrica sono due esempi di generatori; presentano dei morsetti sui quali vengono continuamente sviluppate notevoli quantità di cariche elettriche, ovvero: in un polo vengono a trovarsi elettroni negativi in quantità, mentre l'altro polo, privato di elettroni, assumerà una carica positiva data dai protoni dei nuclei degli atomi che si trovano lì. Se i due poli vengono collegati da un conduttore, in esso si sviluppa un passaggio continuo di elettricità, cioè una corrente elettrica.
Per trasferire l'energia dai generatori agli utilizzatori bisogna metterli in contatto attraverso dei materiali capaci di condurre l'elettricità, detti buoni conduttori, per esempio: i metalli, il carbone, le soluzioni saline o acide. Esistono poi delle sostanze che ostacolano o impediscono il passaggio di corrente, e perciò si dicono cattivi conduttori o isolanti o coibenti: il gas, il vetro, la gomma, la carta, la ceramica etc.
L'apparecchio utilizzatore, i conduttori e la fonte erogatrice di energia elettrica, nel loro insieme, costituiscono un sistema chiuso per il passaggio di elettricità, detto circuito.
Il circuito elettrico
Il circuito elettrico è un sistema chiuso per la distribuzione e l'utilizzo di energia elettrica.
Il circuito basilare è formato da alcuni elementi essenziali:
un generatore (per esempio una pila)
un conduttore di andata (cavo elettrico o "filo")
un conduttore di ritorno (cavo elettrico o "filo")
l'apparecchio utilizzatore (per esempio una lampadina)
Il generatore sviluppa ai suoi poli o morsetti delle cariche elettriche, le quali hanno l'attitudine a scorrere in un conduttore se questo viene collegato ai due morsetti stessi.
La corrente scorre nel circuito fintanto che il conduttore, immaginiamo un cavo elettrico, non presenta interruzioni ed è ben attaccato ai poli del generatore.
Se poi lungo il cavo viene collegata una lampadina, anch'essa posta in modo da non interrompere la continuità del circuito, la corrente elettrica scorrerà anche attraverso di essa provocando un effetto luminoso. La lampadina viene quindi alimentata dalla corrente elettrica.
Il cavo elettrico che, uscendo dalla lampadina, si porta al secondo morsetto del generatore, può essere considerato un conduttore di ritorno, cioè gli elettroni trasportati dalla corrente, una volta passati attraverso l'apparecchio utilizzatore, ritornano al generatore, per essere reimmessi nel circuito.
L'INTERRUTTORE
L'interruttore è un dispositivo che ha l'effetto di interrompere la continuità di un circuito. Significa che il circuito elettrico, in qualche sua parte, viene aperto e perciò messo in condizione di non potere condurre la corrente. In qualsiasi punto del circuito venga applicata l'interruzione, l'effetto è quello di fare mancare il collegamento di continuità e perciò la corrente elettrica non sarà più rilevabile in nessun punto del circuito stesso.
Azionando l'interruttore esso interrompe la corrente aprendo il contatto, perciò si dice che l'interruttore o il circuito sono "aperti". La lampadina si spegne.
Tornando ad agire sull'interruttore, esso ripristina la continuità del circuito, perciò si dice che il contatto, l'interruttore e il circuito sono "chiusi". La lampadina si accende.
Differenza di potenziale o tensione: il Volt
Il circuito elettrico presenta alcune particolarità per capire le quali sarà utile illustrare il cosiddetto paragone idraulico, ovvero un'analogia del comportamento della corrente elettrica rispetto all'acqua.
IL PARAGONE IDRAULICO
Una cisterna d'acqua situata ad una determinata altezza rispetto al suolo rappresenta una data energia potenziale, ovvero; se l'acqua viene fatta scorrere lungo un tubo verso un bacino di raccoglimento posto più in basso, essa mostrerà alcune proprietà quali: la velocità con cui scende e quindi la quantità di acqua erogata dal tubo in un'unità di tempo.
Da notare che, a parità di condizioni, quanto più in alto si trova la cisterna, tanto maggiori saranno sia la velocità che la quantità di acqua scesa.
Cadendo, l'acqua produce energia, ed aumentando l'altezza della cisterna aumenta anche l'energia sviluppata dalla caduta. Finchè però l'acqua non percorre il tubo, questa energia rimane allo stato virtuale, e si dice energia potenziale. All'aumentare dell'altezza, dunque, aumenta anche l'energia potenziale attribuibile all'acqua della cisterna.
Finchè si conserva un dislivello tra le due superfici del liquido, rispettivamente nella cisterna e nel bacino di raccoglimento, il passaggio dell'acqua nel tubo si manterrà costante.
Nel circuito elettrico riscontriamo una condizione analoga a quella del bacino idrico.
Le cariche di nome diverso (positive e negative) che si sviluppano ai morsetti di un generatore, data la loro propensione a scorrere fino ad equilibrare tali differenze, fanno assumere ai due poli un certo potenziale elettrico; finchè si manterrà questa tensione -o differenza di potenziale- tra gli estremi di un conduttore, si avrà in esso un passaggio di corrente elettrica.
In elettrotecnica, la tensione o differenza di potenziale, si misura in Volt (simbolo: V) ed è per questo chiamata pure voltaggio.
Come nel paragone idraulico, anche nel circuito elettrico maggiore è la tensione e tanto maggiore sarà la corrente che scorre lungo il conduttore, quindi anche l'energia che è in grado di produrre.
La tensione, o differenza di potenziale, esistente tra due punti di un circuito, può essere rilevata da uno speciale apparecchio detto voltmetro, che deve essere collegato attraverso i suoi morsetti ai due punti tra cui si vuole misurare il voltaggio.
Intensità e resistenza: la Legge di Ohm
L'intensità di una corrente elettrica si indica con I, un'unità di misura detta Ampere, e risulta essere quella quantità costante di elettricità che percorre il conduttore in un'unità di tempo.
Per riprendere il paragone idraulico, abbiamo visto che, tanto più in alto è posta la cisterna, tanto più velocemente l'acqua scende; di conseguenza diviene anche maggiore la quantità di acqua che scende in una determinata unità di tempo.
Se però lungo il tubo si trovano dei restringimenti oppure degli ingorghi, l'acqua in quei punti farà più fatica a passare; il liquido, incontrando queste resistenze, scenderà con una velocità minore, e anche la quantità di acqua che scorre nell'unità di tempo sarà tanto minore quanto maggiore è l'impedimento incontrato.
Nel circuito elettrico, per analogia, troviamo che quanto più alta è la tensione (V) applicata al conduttore, tanto maggiore risulterà la corrente (I) che vi fluisce, attenuata però dalle resistenze attraversate.
La resistenza, in elettrotecnica, è una proprietà che i corpi manifestano nel momento in cui vengono attraversati da una corrente elettrica, ovvero presentano al suo passaggio una specie di attrito che dipende dalla loro qualità e dalle dimensioni. Le resistenze possono essere rappresentate, per esempio, dal filamento di una lampadina. La resistenza elettrica si indica con R e per essa è stata stabilita un'unità di misura, l'ohm, che corrisponde al simbolo .
E' stato stabilito per convenzione che l'ohm è quella resistenza manifestata da una colonnina di mercurio di 1 mmq di sezione e di 106,3 cm di lunghezza, posta alla temperatura di 0°.
Anche la resistenza elettrica può essere misurata direttamente dal circuito tramite un apparecchio detto ohmetro. Teniamo presente però che tutte le grandezze elettriche vengono oggi rilevate grazie ad un unico apparecchio tester sul quale si possono selezionare le diverse funzioni.
LEGGE DI OHM
Quanto detto finora costituisce la spiegazione della formula matematica detta Legge di Ohm, dal nome del suo teorizzatore.
La Legge di ohm può considerarsi come la pietra miliare dell'elettrotecnica; esprime che, in un circuito elettrico, l'intensità I della corrente è direttamente proporzionale alla tensione V applicata, mentre si dimostra inversamente proporzionale alla resistenza R incontrata:
I = V/R ovvero A = V/
Da cui si ricava la formula derivata:
R = V/I
Oppure ancora:
V = I R
Questa espressione della legge di ohm denota che il Volt è quella differenza di potenziale che si rileva agli estremi di una resistenza di 1 ohm percorsa dalla corrente di 1 ampere.
RESISTIVITA' O RESISTENZA SPECIFICA
La resistenza R, espressa in , di un elemento specifico, dipende dalle sue qualità di conducibilità, ma anche dalla sua massa e dalle dimensioni, perciò si rivela utile determinare la resistenza specifica di ciascun materiale indipendentemente da una data lunghezza e da una data sezione.
Resistività
Il valore di resistenza specifica o resistività si indica con la lettera greca (ro greca) e viene calcolata in rapporto alla resistenza in ohm per metro di lunghezza e mmq di sezione:
resistenza complessiva = resistività x lunghezza in metri
____________________________
sezione in mmq
ovvero: R = m. / S mmq
da cui si ricava:
l = R S/ ; S = l /R; = R S/ l
Quantità di carica, lavoro e potenza di una corrente
La quantità di carica Q portata da una corrente elettrica e raccolta su di un conduttore rappresenta una grandezza cui è stato dato il nome di Coulomb (sigla C).
Un Coulomb consiste nella quantità di elettricità trasferita dalla corrente di 1 ampere in un secondo, cioè in un'unità di tempo. Va detto che il Coulomb risulta nella pratica un'unità di misura troppo piccola, perciò è più frequente trovare la grandezza della quantità di carica espressa in amperora (Ah), cioè la quantità di carica trasmessa in un'ora.
Le proprietà di un circuito riferite alla quantità di carica sono riassunte nella legge matematica nota come Legge di Coulomb:
Q = I T
Da cui si deducono le formule derivate:
I = Q/T e T = Q/I
LAVORO DI UNA CORRENTE ELETTRICA
Come nel paragone idraulico avviene per l'acqua, la caduta di una massa pesante da una certa altezza produce energia e lavoro; anche lo scorrere di una carica elettrica da un potenziale più alto a uno più basso produce energia. L'unità di misura dell'energia o lavoro elettrico è il joule (J).
Il Joule è quell'energia sviluppata dalla corrente di 1 ampere sotto la tensione di 1 Volt in un secondo.
L'energia, o lavoro elettrico L di una scarica elettrica o corrente, dipende dalla quantità di carica Q e dal potenziale (V) di cui essa é caduta:
L = Q V
Ricordando che Q = I T si determina la relazione: L = V I T la quale esprime il fatto che un determinato lavoro è stato compiuto in un determinato intervallo di tempo.
IL WATT E LA POTENZA ELETTRICA
Per determinare invece la potenza P -espressa in Watt (W)- di una corrente elettrica, cioè il lavoro compiuto ogni secondo, si usa la seguente formula:
P = L/T ovvero P = V I T/T; P = V I
altrimenti scrivibile come:
W = V A
In sostanza, dunque, la potenza di una corrente elettrica si ricava dal prodotto della tensione per l'intensità di corrente, Volt per Ampere.
Possiamo definire il Watt come la potenza di una corrente elettrica dell'intensità di 1 ampere sotto la tensione di 1 Volt.
Conoscendo la tensione V che alimenta un circuito elettrico (frequentemente, la tensione di rete), si può misurare la corrente in ampere che percorre un utilizzatore e perciò ricavarne l'assorbimento in Watt.
Esistono dei multipli del watt che risultano più comodi nell'uso comune: il chilowatt (KW), che è mille volte più grande, aderisce bene all'ordine di grandezza della potenza, per esempio, di apparecchi come amplificatori del suono per i diffusori (casse), che possono assorbire anche 20 KW.
In rapporto alle conoscenze acquisite, possiamo anche dare qui una definizione di Ampere: L'Ampere è un'intensità di corrente rappresentata da quella corrente costante che, attraversando la resistenza di 1 ohm, sviluppa la potenza di un watt.
Corrente continua e corrente alternata
Nei paragrafi precedenti abbiamo fatto riferimento alla corrente elettrica in modo indistinto, supponendo che il verso di scorrimento vada sempre, secondo convenzione, da un polo positivo (+) ad uno negativo (-).
La corrente di questo tipo si mantiene costante in intensità e direzione e si dice CORRENTE CONTINUA; può essere rappresentata da un diagramma lineare, come in figura, e viene indicata, sugli apparecchi che la producono o la utilizzano, con la sigla C.C. o col simbolo:
Un esempio elementare di impiego della C.C. è dato dalla normale pila da 1,5 V che si utilizza negli orologi o nelle radioline. Nella pila infatti il polo positivo rimane tale, così come il negativo, fino a quando la pila stessa non si esaurisce.
Esiste anche un altro tipo di energia elettrica che viene erogata sottoforma di CORRENTE ALTERNATA e si indica con C.A. o col simbolo:
La corrente si dice alternata quando il suo verso di scorrimento nel circuito si inverte continuamente; ciò che varia è la sua polarità, ovvero quello che a un dato momento è il polo positivo diviene negativo un attimo dopo.
In queste continue inversioni, i valori di intensità e voltaggio della corrente variano rapidamente, da zero a un massimo per poi tornare a zero. Lo schema di questa variazione di valore forma una caratteristica onda sinusoidale visibile in figura.
Le varie alternanze possono avvenire con la frequenza di parecchie volte al secondo, ed infatti l'unità di misura della corrente alternata, l'Hertz (Hz) si riferisce proprio alla sua frequenza.
Le continue inversioni di polarità fanno descrivere alla corrente alternata una forma di onda sinusoidale che si porta da valori positivi a valori negativi.
La corrente alternata è in verità molto diffusa, infatti è comunemente distribuita come energia elettrica di rete nelle case e nelle fabbriche, dove ha una frequenza standard di 50 - 60 Hz.
Gli apparecchi generatori che producono la C.A. si chiamano alternatori, e possono essere facilmente realizzati per potenze molto grandi e per tensioni
Collegamenti in serie e in parallelo
Nell'ambito di circuiti elettrici, si parla di collegamenti in serie o in parallelo tra elementi del circuito che possono essere sia generatori che utilizzatori.
Una sola pila, normalmente, non fornisce una quantità sufficiente di energia elettrica per il funzionamento di un determinato utilizzatore, perciò si uniscono tra loro più pile allo scopo di ottenere la quantità di energia desiderata o la potenza necessaria.
COLLEGAMENTO IN SERIE
Nel collegamento in serie, si collega il polo positivo di un elemento col polo negativo dell'altro, e così via.
Nel collegamento tra GENERATORI, si ottiene più disponibilità di alimentazione. In C.C., la tensione ai morsetti del circuito risulta essere la somma delle tensioni dei singoli generatori.
Nel collegamento tra UTILIZZATORI, essi sono attraversati dalla stessa intensità di corrente per cui danno luogo a una resistenza totale R pari alla somma delle resistenze dei singoli utilizzatori
COLLEGAMENTO IN PARALLELO
Nel collegamento in parallelo si collegano tra loro tutti i poli positivi, e anche tutti i poli negativi vengono collegati tra loro.
Nel collegamento di GENERATORI si ottiene lo scopo di ottenere più potenza di alimentazione. Conviene che i generatori abbiano tutti la stessa tensione, che corrisponde poi alla tensione che si ha ai morsetti del circuito. L'intensità di corrente invece è data dalla somma delle correnti dei singoli generatori.
Nel collegamento di UTILIZZATORI, ai capi di ciascuno vi è la stessa tensione; ciò che cambia in cascuno di essi è l'intensità di corrente che li attraversa, che risulta proporzionale alle singole resistenze.
COLLEGAMENTO SERIE / PARALLELO
Collegando i generatori con questo collegamento misto, si ottengono entrambi i requisiti di disponibilità e potenza di alimentazione.
Il raddrizzatore
Particolarmente importante nel contesto della cabina di proiezione, il raddrizzatore è, fondamentalmente, l'apparecchio che eroga elettricità alla lampada xenon.
La funzione principale del raddrizzatore è quella di trasformare la corrente alternata di rete in una corrente continua particolarmente uniforme e "livellata". La lapada xenon oggi in uso, infatti, è alimentata con corrente continua, che dev'essere il più possibile stabile.
Il raddrizzatore cosiddetto statico funziona sul seguente principio: un avvolgimento primario assorbe la corrente di linea, alternata, la cui energia si trasferisce per via elettromagnetica ad un avvolgimento secondario, che la trasforma in tensione più bassa di valore (30 - 50 V) e ad alta intensità. Questa tensione risultante, trifase, modificata nei suoi fattori tensione e corrente, viene applicata ad un blocco raddrizzante (una volta era costituito da pastiglie di selenio o silicio, oggi da diodi) che ha la proprietà di lasciare passare la corrente in una sola direzione.
La corrente alternata viene così trasformata in "corrente unidirezionale", o meglio, in corrente continua o "pulsante", mediante il RADDRIZZAMENTO o annullamento delle onde negative della corrente stessa
Il classico raddrizzatore che possiamo trovare in una cabina di proiezione è quello illustrato in figura; si nota, alla sua sommità, una specie di volante che in realtà è una manopola che agisce su un reostato; grazie ad esso possiamo variare a nostro piacimento (naturalmente entro certi limiti prefissati) l'intensità della corrente erogata, questo perchè con l'andar del tempo il rendimento della lampada peggiora ed è allora necessario alzare l'amperaggio di alimentazione (più amperaggio, maggiore luminosità).
Esistono oggigiorno dei raddrizzatori elettronici, inseriti all'interno del corpo del proiettore o meglio di determinati tipi di proiettore detti a consolle; si presentano come degli apparecchi compatti a forma di parallelepipedo e i loro comandi sono dei pulsanti.
IL REOSTATO
Il reostato è un dispositivo in grado di diminuire o aumentare il passaggio di corrente elettrica in un circuito sottoposto a una tensione costante.
Ciò è possibile, in accordo con la legge di Ohm (V=R I), mediante una resistenza regolabile: ovvero, all'aumentare/diminuire della resistenza diminuisce/aumenta l'intensità di corrente.
Ed ora parleremo dei relè componenti monto usati nel settore auto.
Il relè è un dispositivo elettrico comandato dalle variazioni di corrente per influenzare le condizioni di un altro circuito. In sostanza il relè è un interruttore che non viene azionato a mano ma da un elettromagnete.
Etimologia [modifica]
Il termine relè deriva dal francese relais che indicava ognuna delle stazioni di posta dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i cavalli in modo da svolgere più celermente il loro servizio; per analogia, ai primordi della telegrafia si usò il termine relé nell'indicare i dispositivi grazie ai quali si trasferiva un messaggio in codice Morse da una stazione di partenza a una stazione di arrivo, come se un virtuale messo postale si servisse di tali dispositivi per arrivare finalmente alla meta.
Contatti [modifica]
Un relè può azionare un circuito sia se è a riposo, non attraversato da corrente (in quel caso tale circuito va collegato ai terminali centrale e di sinistra del relè nella foto, quindi normalmente chiusi), sia se è attivo, attraversato da corrente (in questo caso il circuito va collegato ai terminali centrale e di destra, quindi normalmente aperti).
Tipi di contatti [modifica]
Sigla ed abbreviazioni Significato
della
sigla Nome
Inglese Nome
Americano Descrizione Simbolo
SPST Singolo polo, singolo contatto (Single pole, single throw) una via due vie È un semplice interruttore on-off: agendo sull'interruttore i due contatti possono essere connessi e disconnessi tra di loro.
SPDT Singolo polo, doppio contatto(Single pole, double throw) due vie tre vie Semplice deviatore con un contatto (COM, Common) che può essere connesso o con L1 o con L2.
SPCO
SPTT, c.o. Deviatore con
posizione centrale
stabile (Single pole,
centre off
or Single Pole, Triple Throw) Simile al SPDT. Il contatto SPCO/SPTT presenta un' altra posizione stabile centrale non collegata agli altri due terminali
DPST Doppio polo, singolo contatto (Double pole, single throw) Doppia via Doppia via Questo interruttore equivale a due SPST controllati da un singolo meccanismo.
DPDT Doppio polo, doppio contatto (Double pole, double throw) Equivalente a due SPDT controllati da un solo meccanismo.
DPCO Deviatore con posizione centrale stabile (Single pole, centre off or Single Pole, Triple Throw) Equivale a due DPDT. Presenta un' altra posizione stabile centrale non collegata.
Interruttore intermedio (Intermediate switch) Interruttore a 4 vie (Four-way switch)
Tipologie di funzionamento [modifica]
Esiste in commercio un grande varietà di relè, le cui caratteristiche elettriche essenziali si possono ricondurre a:
Dati elettrici dell'ingresso di comando: tensione, frequenza e corrente assorbita;
Capacità di commutazione dei contatti: corrente nominale massima, potere di interruzione; i relè in grado di commutare potenze elevate sono detti teleruttori;
Livello di isolamento tra i due circuiti, solitamente dell'ordine di centinaia o migliaia di volt.
Per quanto riguarda la logica di funzionamento una classificazione può essere la seguente:
Monostabili [modifica]
Una sola posizione dei contatti è stabile, mentre l'altra si ha solamente quando è presente il segnale di eccitazione in ingresso: ad esempio sono relè monostabili quelli che controllano i potenti motori di grosse macchine operatrici, come i carri ponte, i quali sono comandati da circuiti a bassa tensione per motivi di sicurezza.
Alcuni modelli impiegano un tempo prefissato per modificare lo stato di commutazione: questi si definiscono relè temporizzati; più precisamente, esiste un ritardo stabilito tra l'applicazione del segnale e la commutazione del circuito, ci sono vari modelli di relè temporizzati: ritardati nell'eccitazione o nella diseccitazione, a colpo singolo o ciclico. cioè nell'aprire o chiudere il circuito in ogni situazione.
Un metodo, in uso da tempo per ritardare la chiusura, consiste nel realizzare l'ancora mobile accoppiando due metalli con caratteristiche di dilatazione differenti in una lamina (perciò detta bi-metallica): una resistenza elettrica avvolta intorno alla lamina costituisce l'elemento che fornisce calore per la lenta dilatazione asimmetrica della lamina del contatto mobile fino allo scatto in chiusura. Il comando è costituito dall'applicazione di una tensione alla resistenza. Questa tipologia di relè è definita "a bi-metallo". Un tipo in ampolla in vetro sottovuoto, era impiegato dal costruttore Tektronix negli oscilloscopi a tubi, per ritardare l'applicazione della tensione anodica, fintanto che i catodi riscaldati dai filamenti non fossero alla temperatura di lavoro.
In buona sostanza il relè ha il compito di sorbirsim tutto il carico di corrente assorbito dall utilizzaatore in modo da non dare carico al pulsante che ne risentirebbe danneggiandosi in casom di carichi eccessivi ora qui sotto trovate uno schema eletrico in questo caso dei fendinebbia in cui si notano i collegamenti ed il compito specifico del relè.
FUSIBILE
E' un elemento impiegato per proteggere un circuito elettrico. Esso e' realizzato in modo tale che, se il flusso di corrente i eccessivo (ad esempio a causa di un cortocircuito o di un guasto in un utilizzatore) il filamento o la lamina attraverso il quale passa la corrente stessa si fonde, interrompendo l'alimentazione del circuito ed evitando seri danneggiamenti. Prima di sostituire un fusibile i sempre bene individuare le cause della sua bruciatura.
FONTE: testo e immagini provenienti da:
...http://www.proiezionisti.com/pagine/corrente_elettrica.php
http://www.proiezionisti.com/pagine/circuito.php
http://www.proiezionisti.com/pagine/ohm.php( a fondo pagina)
http://www.proiezionisti.com/pagine/potenza.php
http://www.proiezionisti.com/pagine/parallelo.php
http://www.proiezionisti.com/pagine/raddrizzatore.php
http://www.proiezionisti.com/pagine/trasformatore.php#reo
Il Rele, fonte e immagini da: http://it.wikipedia.org/wiki/Rel%C3%A8