Che cos'è l'elettricità CA e CC?

Gli scienziati di oggi comprendono che l'elettricità è uno dei fenomeni più fondamentali in natura. Gli impulsi elettrici percorrono costantemente i nostri corpi e persino la materia stessa del nostro mondo è tenuta insieme da cariche elettriche. Nonostante ciò, l'elettricità doveva ancora essere scoperta e c'è qualche controversia su chi sia stato il primo a farlo.

Lo scopritore potrebbe essere stato il medico inglese William Gilbert, che fu il primo ad usare la parola "electricus" nell'anno 1600. Potrebbe essere stato anche lo scienziato inglese Thomas Browne, a coniare la parola "elettricità" pochi anni dopo.

Agli americani piace credere che sia stato l'inventore Benjamin Franklin a dimostrare che il fulmine è elettricità nel 1752. Ci sono anche prove che dimostrano che gli antichi greci e persiani conoscevano l'elettricità. Chiunque ottenga il premio, è una scommessa sicura che abbia scoperto l'elettricità DC (corrente continua). L'elettricità AC (corrente alternata) non è arrivata fino al 19° secolo.

Gli scienziati visualizzano l'elettricità come il flusso di particelle cariche negativamente chiamate elettroni. Sono le stesse particelle che orbitano attorno ai nuclei di tutti gli atomi che costituiscono la materia.

Le due leggi fondamentali dell'elettricità sono che gli opposti si attraggono e il simile respinge il simile. Di conseguenza, gli elettroni fluiranno verso un terminale positivo e lontano da uno negativo. Il flusso avviene solo in una direzione e la forza del flusso, o corrente, dipende dalla differenza di carica tra i due terminali. Questa differenza è la tensione tra i terminali.

In assenza di input esterno, gli elettroni si accumuleranno sul terminale positivo e ridurranno la differenza di potenziale tra i due terminali, e alla fine il flusso si fermerà.

Forse l'esempio più noto di flusso di corrente continua è un fulmine. Dimostrare che il fulmine è un fenomeno elettrico è stata la vera conquista di Benjamin Franklin. Franklin fece volare un aquilone durante un temporale e attaccò una chiave alla corda dell'aquilone. Quando la chiave si è caricata elettricamente e gli ha dato una leggera scossa, era euforico. Aveva dimostrato che la carica elettrica si accumula nelle nuvole e che il fulmine è una scarica di questa energia elettrica in un lampo momentaneo di corrente continua.

Una batteria è un'altra fonte comune di elettricità CC. È costituito da una coppia di terminali di carica opposta e quando si collegano i terminali con un conduttore, l'elettricità scorre dal terminale negativo (il catodo) a quello positivo (l'anodo).

La differenza di carica in una batteria è in genere fornita da un processo chimico nel suo nucleo e questo processo può continuare solo per un tempo limitato. Se continui a prelevare energia da una batteria, alla fine smette di produrre carica e si esaurisce.

Il fisico inglese Michael Faraday scoprì l'induzione elettromagnetica nel 1831 quando scoprì che... potrebbe generare una corrente elettrica in una bobina di filo conduttore spostando un magnete avanti e indietro all'interno del bobina.

Fondamentalmente, Faraday ha notato che la corrente cambiava direzione ogni volta che cambiava la direzione del magnete. Il costruttore di strumenti francese Hippolyte Pixii utilizzò questa scoperta per costruire il primo generatore di corrente alternata nel 1832.

L'elettricità CA è sempre prodotta da un generatore a induzione del tipo costruito da Pixii, sebbene i generatori moderni siano molto più sofisticati della macchina di Pixii. Il generatore può impiegare magneti rotanti o può avere una bobina rotante, ma ce n'è sempre qualcuno tipo di rotazione coinvolto e il periodo della rotazione definisce la frequenza con cui cambia la corrente direzione.

Poiché cambia direzione, l'elettricità CA ha una frequenza associata, che è il numero di volte al secondo che si inverte.

Non devi guardare lontano per trovare esempi di elettricità CA. Le luci nella stanza in cui sei seduto, così come il condizionatore d'aria, la stufa elettrica e tutti gli elettrodomestici, funzionano con corrente alternata, generata dalla tua centrale elettrica locale.

La maggior parte delle centrali elettriche utilizza il vapore generato da combustibili fossili, fissione nucleare o processi geotermici per far girare una turbina. La turbina genera elettricità per induzione elettromagnetica e la velocità di rotazione è attentamente regolata per produrre elettricità a frequenza fissa. In Nord America, la frequenza è di 60 Hz (cicli al secondo), ma nella maggior parte del resto del mondo è di 50 Hz.

I mulini a vento sono fonti di energia rinnovabile che generano anche elettricità CA, ma si affidano al vento per far girare le loro turbine invece dei combustibili fossili o del combustibile nucleare. Alcuni generatori di onde hanno anche turbine che producono corrente alternata. Quando le onde comprimono un sistema idraulico o una sacca d'aria chiusa, l'energia immagazzinata viene utilizzata per far girare una turbina.

Nel mondo elettrificato del 21° secolo, è difficile immaginare un tempo in cui non c'era elettricità, ma quel tempo non è stato molto tempo fa. Alla fine del 19° secolo era stata inventata la lampadina, ma non c'era modo di generare energia e portarla nelle case in modo che le persone potessero usare la nuova invenzione.

Thomas Edison, che ha contribuito a sviluppare e commercializzare lampadine, era a favore di una rete di generazione di corrente continua stazioni, mentre Nikola Tesla, un inventore serbo ed ex dipendente di Edison, ha favorito AC generatori. Tesla ha vinto, ed ecco alcuni dei motivi:

• Alle tensioni necessarie per l'uso dell'elettricità su larga scala, l'elettricità CA può essere trasmessa ulteriormente lungo le linee elettriche con una caduta di tensione inferiore. Se Edison avesse prevalso e l'elettricità DC fosse diventata lo standard, avrebbero dovuto esserci centrali elettriche entro un miglio l'una dall'altra. Tesla, invece, è riuscita ad alimentare l'intera città di Buffalo, New York, con un unico generatore ad induzione posizionato sotto le cascate del Niagara.

• La generazione di corrente alternata è più economica. Un generatore idroelettrico come quello delle cascate del Niagara può creare elettricità da un processo naturale. Non sono necessari altri input.

• La tensione dell'alimentazione CA può essere modificata con un trasformatore. Ai tempi di Tesla ed Edison, questo non era possibile con la corrente continua. Oggi, tuttavia, sono disponibili trasformatori che utilizzano circuiti interni o inverter per alterare la tensione della corrente CC.

Sebbene l'elettricità che passa attraverso le linee elettriche sia CA, le apparecchiature elettroniche spesso richiedono elettricità CC. In uno schema elettrico, il simbolo della corrente continua è una linea retta con tre punti o linee sottostanti, mentre quello della corrente alternata è una singola linea ondulata. Per convertire la corrente alternata in corrente continua, gli specialisti di elettronica di solito utilizzano un componente del circuito chiamato diodo o raddrizzatore. Fa passare la corrente in una sola direzione, creando così un segnale CC pulsante da una sorgente di corrente CA.

Lo strumento per convertire la corrente CC in CA è chiamato inverter. Utilizza transistor, che sono componenti di circuiti che possono accendersi e spegnersi molto rapidamente, per dirigere la corrente lungo una serie di circuiti percorsi che effettivamente cambia la sua direzione attraverso una coppia di terminali centrali, che è la parte del circuito a cui si collega l'AC caricare. Gli inverter sono utilizzati nei veicoli elettrici. Sono anche utilizzati nei sistemi fotovoltaici per convertire l'elettricità CC generata dai pannelli solari in corrente CA per l'uso domestico.