La tensione elettrica
Cos'è la tensione elettrica
La tensione elettrica è la differenza di potenziale (d.d.p.) elettrico in due punti dello spazio.
E' l'energia (o lavoro) necessaria per spostare una carica elettrica unitaria dal punto a al punto b.
Si misura in Volt (V) in onore di Alessandro Volta.
Nota. In un generatore elettrico la tensione è anche detta forza elettromotrice (f.e.m.) perché è la forza che "sposta" le cariche elettriche e le mette in movimento nel circuito.
Come spiegare la tensione in modo semplice
Il concetto è simile all'altitudine.
In geografia l'altitudine è misurata considerando il livello del mare come altitudine zero.
Lo stesso avviene in un circuito elettrico.
Un punto del circuito viene considerato a potenziale zero e indicato con terra, ground (GND) o massa del circuito.
La tensione elettrica in tutti gli altri punti del circuito è misurata in relazione al punto zero.
Nota. Per fare un altro paragone, la tensione è come il dislivello tra due vasche A e B comunicanti. L'altezza di ogni vasca corrisponde al suo potenziale. La differenza di potenziale è uguale all'energia necessaria per spostare l'acqua dalla vasca A alla vasca B. Il dislivello tra le due vasche è la tensione mentre la portata del tubo intercomunicante è la corrente.
Nel caso dell'elettricità sono gli elettroni a spostarsi invece dell'acqua e uno dei due punti A e B ha potenziale nullo. Il concetto è però lo stesso.
Un esempio pratico
La tensione Va,b tra i punti a e b è +9 Volts.
In pratica, il punto (a) ha +9V rispetto al punto (b).
In modo equivalente posso dire che il punto (b) ha -9 V rispetto al punto (a).
La relazione tra tensione, energia e cariche elettriche
Per definizione la tensione è il rapporto tra l'energia (W) fornita alla carica elettrica per spostarla tra due punti e la quantità della carica elettrica (Q) stessa.
$$ V = \frac{W}{Q} $$
Dove è l'energia misurata in Joule (J) mentre q è la carica elettrica misurata in coulomb (C).
L'energia dello spostamento delle cariche è fornita da una forza elettromotrice (fem). Ad esempio, una batteria, un generatore, ecc..
Si misura in Volts (V).
Nota. Un Volt equivale a un 1 joule/coulomb o a un newton metro/coulomb. $$ 1 \: V = \frac{1 \: J}{1 \: C} $$
Un esempio pratico
Un asciugacapelli assorbe 4 A di corrente da una presa elettrica con tensione 230 V.
$$ I = 4 A $$
$$ V=230 V $$
Se voglio usarlo per 10 minuti, sono necessarie 2400 C.
Ossia 4 A moltiplicati per 10x60=600 secondi.
$$ Q= It = 4 \cdot (10 \cdot 60)=2400 C $$
Nota. Un coulomb (C) è la quantità di cariche elettriche trasportate in un secondo da una corrente con intensità pari a un ampere (1 A).
Per spostare le cariche elettriche il generatore deve fornire un'energia pari a
$$ W = V Q = 230 \cdot 2400 = 552 kJ $$
La differenza tra tensione alternata e continua
Come la corrente elettrica anche la tensione può essere stazionaria o continua
- La tensione continua
La tensione continua è costante nel tempo. E' anche detta tensione stazionaria ed è solitamente fornita da una batteria. Si indica con la lettera V maiuscola (costante). - La tensione alternata
La tensione alternata varia nel corso del tempo. Può essere fornita da un generatore elettrico. Si indica con la lettera v minuscola (variabile).
E così via.
