Corso teorico pratico sulla corrente elettrica - parte 4

Raffaele Ilardo

L' ELETTRICITÀ
Corso teorico-pratico
Parte 4ª


Nella lezione precedente abbiamo visto che i trasformatori consentono di trasformare il valore della tensione, purchè si tratti di una tensione alternata; cercheremo adesso di capire più da vicino, sia pure sommariamente, come è fatto e come funziona un trasformatore elettrico.
trasformatore
Figura 1 - Un trasformatore è composto da due avvolgimenti di filo conduttore intorno ad un nucleo magnetico
Fondamentalmente (figura 1) esso è costituito da un nucleo metallico, chiuso ad anello, la cui grandezza può variare anche di molto, in funzione della potenza erogata. Intorno a questo nucleo si realizzano due avvolgimenti, con filo di rame smaltato, proprio avvolgendo il filo come si vede in figura: da una parte si realizza l'avvolgimento che sarà collegato alla tensione più alta (quello di sinistra, con tante spire, che collegheremo per esempio a 220 volt); dall'altra parte si realizza l'avvolgimento con meno spire, quello che fornirà una tensione più bassa (per esempio 12 V). Naturalmente non avvolgeremo il filo direttamente sul ferro, perchè l'isolamento del filo stesso potrebbe deteriorarsi e quindi la tensione di rete sarebbe pericolosamemnte presente sul ferro del trasformatore. I due avvolgimenti saranno eseguiti su appositi cartocci isolanti; le estremità di ciascun avvolgimento verranno poi portate all'esterno, facendo capo eventualmente ad appositi terminali, in modo da poter essere facilmente collegati. Se noi, stando ai valori citati come esempio, colleghiamo alla rete i due capi dell'avvolgimento a 220 V, dall'altra parte (ai capi dell'avvolgimento con poche spire) troveremo una tensione di 12 V. Ma come fa la corrente a passare dal primo avvolgimento al secondo, se questi sono completamente isolati?
In effetti la corrente non passa, ma succede un'altra cosa, che cercherò di spiegare in modo molto semplificato. Noi abbiamo collegato alla rete (le famose prese di corrente di casa) l'avvolgimento con molte spire: in questo avvolgimento quindi passa una corrente, che da un capo entra e dall'altro esce; passando nelle spire, la corrente produce un effetto: crea un campo magnetico, cioè il nucleo di ferro del trasformatore diventa una specie di calamita. Infatti, se avvicinate al nucleo una lametta da barba, sentirete che la lametta vibra, per effetto del campo magnetico che vi si induce. Attenzione: a differenza della calamita che attrae a sè e basta, il campo magnetico del trasformatore è un campo magnetico alternato, così come è alternata la corrente che lo crea, e le vibrazioni che avvertite nella lametta sono esattamente a 50 hertz, ovvero la frequenza della corrente di rete. È proprio questo campo magnetico continuamente variabile che, attraversando tutto il nucleo metallico del trasformatore, dà origine ad una corrente indotta nell'altro avvolgimento, e ci permette di prelevare da quest'ultimo una tensione, anche se non esiste nessun collegamento elettrico. Occorre infatti sottolineare questo aspetto fondamentale: il trasformatore, oltre a consentire di variare il valore della tensione, permette di ottenere in uscita un circuito completamente isolato da quello principale, e quindi sicuro anche per chi dovesse accidentalmente venire a contatto con i fili ad esso collegati.

Attenzione: Talvolta, col nome di TRASFORMATORI, si trovano in commercio apparecchi che sono in realtà AUTOTRASFORMATORI.
I vari avvolgimenti di un autotrasformatore NON sono isolati fra loro: si tratta di un unico avvolgimento con varie prese, dove tutti i terminali risultano direttamente COLLEGATI ALLA RETE - occorre quindi la massima attenzione nell'uso di tali apparecchi.


Per concludere, aggiungiamo che i due avvolgimenti del trasformatore, quello di entrata e quello di uscita, si chiamano rispettivamente primario e secondario. Ciascuno di essi è composto da un numero di spire che naturalmente non è casuale: le spire sono esattamente proporzionali alle diverse tensioni, e dipendono inoltre dalla potenza del trasformatore. Il rapporto fra il numero di spire primarie ed il numero di spire secondarie è esattamente uguale al rapporto fra le tensioni dei due avvolgimenti e viene definito "rapporto di trasformazione"
Ma i trasformatori sono importantissimi anche per un altro motivo: essi rendono possibile il trasporto dell'energia elettrica dai luoghi di produzione a quelli di utilizzazione. La quantità di energia che richiede la nostra società è inimmaginabile; centinaia e centinaia di megawatt (1 megawatt = 1 milione di watt) viaggiano di continuo sulle linee elettriche che, effettivamente poco piacevoli, attraversano le nostre campagne elettrodotto. Come sarebbe possibile far viaggiare tali enormi potenze? La corrente sarebbe così forte che per consentirne il passaggio occorrerebbero cavi grossi come tronchi d'albero!
Per fortuna (vedere parte 1ª) la potenza è uguale al prodotto della corrente per la tensione; ciò significa che la potenza in gioco non cambia se la corrente diminuisce ma nel frattempo aumenta proporzionalmente la tensione. Ecco allora che per trasportare l'energia elettrica a distanza, senza usare cavi giganteschi, conviene aumentare notevolmente la tensione in modo da ottenere che la corrente nella linea sia più bassa e quindi possa viaggiare su cavi di dimensioni accettabili. La tensione che si usa è effettivamente alta (varie decine di migliaia di volt) e la si avverte anche a distanza; se siete in campagna e passate sotto uno di questi elettrodotti fermatevi e fate silenzio: sentirete il classico crepitio dell'alta tensione, come aria che frigge, e vi renderete conto di quale campo elettrico si generi intorno a tali linee! Grazie a trasformatori enormi (ben più sofisticati del semplice esempio visto prima) la tensione viene elevata prima di essere instradata sulle linee per il trasporto. All'arrivo, un altro trasformatore realizza l'operazione opposta: riabbassa la tensione, portandola ai valori adatti alle applicazioni comuni.
Tutto questo non sarebbe possibile con la corrente continua, poichè essa non è in grado di dare origine ad un campo magnetico variabile e quindi non permette di usare i trasformatori.

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