Cari amiche e cari amici bentornati, oggi voglio parlare di come la corrente elettrica viene trasportata dalle centrali direttamente a casa vostra e questo non vuole essere un video eccessivamente tecnico per gli esperti del settore ma voglio fornire quelle conoscenze di base che secondo me tutti i cittadini dovrebbero avere si sente parlare di linee dell'alta tensione ma ci sono anche linee della media tensione e molte altre, cerchiamo di capire come funziona e voglio partire da un esempio il video Supponiamo che una certa centrale elettrica voglia inviare 5 MW di energia elettrica in un certo luogo, ad esempio in una città. E questo trasporto di energia può essere fatto in quattro modi diversi, che vi propongo qua sotto, e si chiede qual è il modo più conveniente per farlo. Cioè queste quattro casistiche danno sempre 5 MW, ma qual è il più conveniente in termini economici?
Cioè... qual è il modo che riduce al minimo gli sprechi. Prima però di analizzare questi quattro casi capiamo meglio che cosa si intende per 5 MW.
Il Watt è l'unità di misura della potenza che sono i Joule trasferiti ogni secondo. Mega è un prefisso che vuol dire un milione, quindi 5 milioni di Watt vuol dire che la centrale vuole trasferire ogni secondo 5 milioni di Joule. La potenza elettrica si calcola con questa formula, la tensione fornita o forza elettromotrice che si misura in volt per intensità di corrente elettrica che si misura in ampere. La corrente elettrica sta a indicare quanta carica arriva ogni secondo e se il prodotto dà 5 milioni allora sono 5 milioni di watt. Quindi capite che ci sono infinite coppie di numeri che come prodotto danno 5 milioni.
Io vi ho proposto 4 esempi, possiamo mandare... 500.000 ampere a una bassa tensione cioè solo 10 volt quindi tantissima corrente pochissima tensione oppure possiamo mandare 500 ampere a 10.000 volt o ancora 20 ampere a 250.000 volt o caso estremo un solo ampere a 5 milioni di volt allora il modo più conveniente per inviarli specialmente se si devono fare molti chilometri e inviare 20A a 250.000V o comunque una coppia di valori vicino a questi numeri. Invece gli altri tre casi sono poco convenienti, a meno che non si tratti di una linea molto breve, allora si potrebbero mandare 500A a 10.000V che è comunque meno conveniente, però per ragioni di sicurezza, per evitare di costruire... pali di alta tensione allora si possono usare delle linee più piccole e mandare a 500 ampere a 10.000 volt. Cerchiamo di capire perché queste sono le scelte più convenienti e partiamo dal caso estremo un ampere a 5 milioni di volt.
Per tensioni così alte si produce il cosiddetto effetto corona cioè il fatto che la tensione è così elevata che la corrente fluisce dai cavi e si disperde nell'aria. in altre parole l'aria che funge da isolante elettrico non è in grado di impedire alla corrente di abbandonare il filo cioè non è abbastanza isolante l'aria per far sì che la corrente rimanga tutta dentro i cavi e quindi se una dispersione per effetto corona con conseguente spreco di energia elettrica queste luci colorate che vedete vicino i cavi sono dati dall'interazione degli elettroni che sfuggono dal filo con le molecole d'aria che si ionizzano e poi quando tornano neutre mettono luce questo si chiama effetto corona sicuramente questo cavo non è a 5 milioni di volt se no l'effetto corona sarebbe stato molto maggiore però in giornate particolarmente umide si può avere anche effetto corona con tensioni di 380.000 volt che è quella che si usa talvolta nelle linee dell'alta tensione quindi un ampere a 5 milioni di volt non va bene per via dell'effetto corona cancelliamolo però se non si entra in regime di effetto corona più la corrente è piccola meno sprechi si hanno nella linea e quindi bisogna fare in modo che la corrente sia il più piccola possibile ecco che si opta per soli 20A che però comporta tenere una tensione molto alta 250.000V perché se si tenesse una tensione più bassa a 20A manderemo meno energia in quel luogo Perché meno ampere si hanno, meno sprechi si hanno? Perché la potenza fornita dal generatore, quindi in questo caso dalla centrale elettrica, si calcola come V per I.
Invece la potenza dissipata dai cavi per effetto Joule si calcola con la formula R di resistenza per I alla seconda. Potete passare da una all'altra sostituendo al posto di V R per I, che è la prima legge di Ohm. Allora, in un circuito elettrico chiuso, la potenza fornita dal generatore è uguale alla potenza dissipata per effetto Joule. mentre in una linea elettrica i cavi poi forniranno altri utilizzatori e quindi altra potenza andrà agli utilizzatori mentre questa è solo la potenza dissipata sui cavi che deve essere minore della potenza fornita perché se fosse uguale allora verrebbe dissipata tutta e non arriverebbe nulla nelle case nelle industrie Vediamo un esempio concreto per capire meglio. Supponiamo che i cavi abbiano una resistenza complessiva di 4 Ohm, ad esempio, e noi vogliamo mandare sempre i nostri 5 MW.
Allora, calcoliamo le perdite. Le perdite si calcolano con questa formula, cioè resistenza per corrente alla seconda. Supponiamo di mandarli a 250.000 Volt, quindi avremo una corrente di 20 A.
allora la perdita sui cavi per effetto joul cioè per surriscaldamento dei cavi in pratica sarà di 4 ohm per 20 al quadrato ampere al quadrato 4 per 20 alla seconda fa 1600 watt quindi su 5 milioni di watt ne sprechiamo solo 1600 sui cavi quindi uno spreco minimo se invece inviassimo questi 5 megawatt a 10.000 volt lo spreco sarebbe molto più grande perché a questo punto la corrente sarebbe di 500 ampere ma 500 alla seconda poi ancora per quattro fa un milione di watt quindi su 5 milioni ne sprecheremo bene il 20 per cento per sul riscaldamento dei cavi quindi uno spreco decisamente maggiore in conclusione per minimizzare le perdite di energia elettrica sulle linee Si seguono due strategie. La prima è quella chiaramente di ridurre al minimo la resistenza dei cavi. Ma per ridurre la resistenza dei cavi dobbiamo usare cavi spessi, perché più il cavo è spesso, minore la resistenza. E la relazione è descritta dalla seconda legge di Ohm.
Però chiaramente cavi molto spessi hanno costi maggiori. Inoltre i cavi sarebbero molto pesanti e quindi bisognerebbe fare dei tralicci. più robusti e più voluminosi quindi una grossa crescita dei costi invece una seconda strategia è minimizzare l'intensità di corrente elettrica aumentando la tensione e questa cosa è molto vantaggiosa per questo viene fatta sebbene comporti dei problemi in termini di sicurezza perché gestire dei cavi ad alta tensione è più complesso che gestire dei cavi a bassa tensione E quindi le cose funzionano all'incirca così.
L'energia elettrica viene prodotta nelle centrali elettriche a una tensione di circa 10.000 volt, 10 kV che vuol dire 10.000 volt, non a tensioni maggiore per questioni di sicurezza. Dopodiché viene immessa in un trasformatore che ne modifica la tensione, in particolare in un trasformatore elevatore che vuol dire che aumenta la tensione e la porta. a valori più alti che possono essere 132.000 volt, 150, 220 o 380.000 volt. A seconda della situazione i tecnici studiano qual è la situazione più adatta. Quindi vedete siamo nell'ordine di grandezza dei 250.000 volt che dicevo prima.
E si parla di linea ad alta tensione e sono linee spesso lunghe centinaia di chilometri che attraversano anche diversi stati. perché comunque non è che ogni nazione consuma l'energia che produce, può essere anche venduta ad altre nazioni. Poi quando ci si avvicina una città, la corrente passa in un secondo trasformatore, che però è un trasformatore riduttore, cioè che abbassa la tensione, e quindi si parla di media tensione, e siamo nell'ordine dei 15-20.000 volt. Dopodiché queste linee si avvicinano...
alle abitazioni e alle industrie e ci sono altri trasformatori che riducono ulteriormente la tensione per quanto riguarda l'industria siamo a 380 volt mentre nelle abitazioni private arriviamo a 230 volt come mai questa differenza beh allora anzitutto Più il voltaggio è alto, più potenza si riesce a trasferire alle macchine, perché la potenza è sempre volt per ampere, quindi con 380 volt si possono alimentare macchine che richiedono più potenza, quindi va bene per l'industria. Allo stesso tempo più è alto il voltaggio, più la tensione è pericolosa, ma in un'industria ci sono dei sistemi di sicurezza e dei quadri della tensione elettrica che hanno... caratteristiche migliori invece nelle abitazioni private si utilizzano 230 volt anche se non è così in tutto il mondo ad esempio negli stati uniti se non ricordo male si utilizza la tensione a 110 volt perché loro hanno preferito diciamo tenere un voltaggio più basso probabilmente per ragioni di sicurezza e il discorso non finisce qua perché anche noi utilizziamo tutti i giorni dei trasformatori anche se magari non ci avevo mai pensato però ogni volta che utilizziamo certi oggetti come cellulari tablet pc portatili li alimentiamo con un cavo che ha una piccola scatola di solito nera e quella scatola è un piccolo trasformatore riduttore che abbassa ancora di più la tensione a valori di 5 volt 10 volt 20 volt a seconda del dispositivo infatti ogni dispositivo ha il suo trasformatore perché questi oggetti funzionano con tensioni più basse.
Il video è terminato, però se vuoi avere delle informazioni in più su come funziona un trasformatore ti lascio un video che ho preparato, basta che clicchi sul rettangolo qui in alto a destra. Se invece clicchi sul rettangolo in basso a destra trovi la mia playlist di elettromagnetismo con tutti i video organizzati per capitoli e per paragrafi in modo da poter seguire un percorso coerente. Grazie per avermi seguito fino in fondo e buona giornata.