Newsgroup: it.scienza.fisica
Titolo: Problema con legge di Ohm ed effetto Joule

Buongiorno. 
 
Ho cercato sul gruppo e su altre fonti internet la risposta ad un dubbio che ho, ma non ho trovato delle risposte convincenti,  quindi vi giro il quesito sperando che riusciate a chiarirmi le idee......
 
 
Allora: la legge di Ohm V=RI lega la caduta di tensione tra i capi di un conduttore con la corrente che lo percorre e con la resistenza elettrica del conduttore, che si suppone costante. 
 
Quindi, elevando la tensione, la corrente deve aumentare proporzionalmente, e aumenta anche la potenza dissipata dal segmento di conduttore. P=RI^2=V^2/R=VI. Cioè se tengo costante la R, raddoppio la V, la I raddoppia e la potenza quadruplica.
A questo punto, quello che non mi quadra è il fatto che le linee di trasporto della corrente siano ad alta tensione, il che mi crea due problemi.
Limitandoci per semplicità alla corrente continua, ho:
 
 
1) Se ragiono in termini di potenza del generatore, se raddoppio la tensione ai capi del mio conduttore la corrente si deve dimezzare per tener costante la potenza, ma questo è in disaccordo con la legge di Ohm, che mi direbbe invece che raddoppiando la tensione la corrente deve raddoppiare. 
 
In pratica, da un lato P = VI = costante, e quindi V = P/I, ma dall'altro V = RI. Cioè, una volta proporzionalità diretta, l'altra volta proporzionalità inversa!
Quindi? La legge di Ohm va riscritta in un altro modo? Vale solo a certe condizioni? Non ho capito nulla?
 
 
2) La perdita di potenza per effetto Joule non dovrebbe cambiare cambiando la tensione: cioè, se vale la legge di Ohm abbiamo visto sopra che è la stessa cosa ragionare in termini di tensione, di corrente, o di prodotto VI. 
 
 
Se invece ragiono in termini di potenza del generatore, ancora una volta aumento V, quindi mi cala la I, ma il prodotto P = VI rimane costante, e quindi anche la potenza dissipata non mi dovrebbe cambiare! Allora perché le linee sono ad alta tensione? Ovviamente, visto che non credo che le società che producono e trasportano corrente siano dei deficienti, mi deve sfuggire qualcosa....
 
Grazie in anticipo a quelli che mi risponderanno
 
Roberto

 volta proporzionalità inversa!
 
Tu crossposti, e io per chiarezza del gruppo ripeto la mia risposta:
===============================
Non c'è nessuna contraddizione.
 
SE mantieni costante la potenza, allora tensione e corrente sono 
inversamente proporzionali: per aumentare la corrente devi diminuire la 
tensione, altrimenti la potenza NON rimarrebbe costante. (Questo vincolo 
richiede che si possa cambiare anche la resistenza del circuito. Ma se 
la resistenza varia, non ha molto senso lavorare con la legge di Ohm 
nella forma di una proporzionalità diretta: non si può parlare di 
proporzionalità diretta se la "costante" di proporzionalità non è, ehm, 
costante.)
 
SE mantieni costante la resistenza, allora tensione e corrente sono 
direttamente proporzionali: in un circuito con una resistenza assegnata, 
per aumentare la corrente devi aumentare la tensione. Ovviamente, così 
facendo, aumenta a maggior ragione la potenza.
================================
 
Paolo

 raddoppiare.
 
Non devi confondere due diverse differenze di potenziale: quella che c'č
fra due diversi cavi che portano la corrente (č questa l'alta tensione a
cui tu ti riferisci) e quella che c'č ai capi di un singolo cavo (che č
quella che conta ai fini della potenza dissipata nel trasporto).
 
M.
 
-- 
Per rispondermi via e-mail togli l'ovvio.

 vi giro il quesito sperando che riusciate a chiarirmi le idee...
 
Spero di riuscirci, ma l'impressione, leggendoti, è che non  ti siano 
stati dati i rudimenti della teoria delle reti elettriche/elettroniche.
 
Allora partiamo da uno di questi rudimenti, per ora considerando come 
ideali gli elementi di rete di cui parleremo, e per ulteriore 
semplificazione ragioniamo in regime continuo (tensione costante), e per 
ancora ulteriore semplificazione parliamo solo di generatori di 
tensione. (Il regime variabile, incluso quello alternato, è più 
complesso, ma non evade mai da questi rudimenti di rete.)
 
Con le premesse poste qui sopra, una rete elettr(on)ica è sempre e solo 
composta da due elementi:
- generatori
- utilizzatori
 
I due termini spiegano da soli il loro significato: i generatori sono 
elementi attivi, che cioè generano potenza/energia, e sono 
caratterizzati da una tensione costante e basta (siamo nel caso ideale, 
ricorda). Potenza ed energia non sono determinate da loro ma dal carico, 
ossia dagli utilizzatori. La potenza che possono generare a tensione 
costante, in quanto ideali, è infinita.
 
Utilizzatori sono elementi passivi, ossia quelli che ricevono una 
tensione e grazie alla legge di Ohm si vedono percorsi da una corrente 
determinata dal valore della resistenza (supponendola per ora costante).
 
Insomma la legge di Ohm, nelle condizioni che ho premesso, si applica 
solo agli utilizzatori, e i generatori si limitano a erogare quella 
corrente che è determinata unicamente dal carico, cioè dagli 
utilizzatori. Per i generatori, quindi, in quanto ideali però, tale 
legge non ha neppure senso.
 
Ma proviamo a uscire un po' dall'idealità - idealità che però è 
indispensabile per capire questa teoria e applicarla correttamente.
 
Gli utilizzatori resistivi non ideali hanno un solo problema: il valore 
della resistenza può variare con la temperatura, e siccome un resistore 
è per definizione un elemento dissipativo, allora sicuramente si scalda. 
Ma questo è un problema minore.
 
Per i generatori non ideali invece vanno dette alcune cose più importanti:
- intanto sono composti di materiale conduttore, quindi dotato di 
resistenza, perciò quando sono percorsi da corrente a causa del carico, 
hanno cadute di tensione interne; cioè per questo aspetto anche loro si 
comportano da utilizzatori;
- ma hanno altri problemi che si traducono in dissipazione e quindi 
possono essere modellizzati a loro volta come resistenze interne:
-- per i generatori rotanti ci sono, oltre alle perdite nel rame di cui 
ho detto, perdite nel ferro per isteresi, perdite meccaniche e perdite 
per ventilazione, e altre cose che dipendono dalla costituzione della 
macchina (es. spazzole);
-- per i generatori statici (batterie) il comportamento elettrochimico 
interno si legge/interpreta all'esterno a sua volta come una resistenza 
interna.
 
Tutte queste caratteristiche interne si traducono in potenza persa ai 
fini della generazione di tensione e dell'erogazione di corrente, oltre 
a causare riscaldamento, e quindi sono il limite reale di capacità di 
generare potenza.
 
Credo che debba bastare questo per chiarire i tuoi dubbi sulla legge di Ohm.
 
Riguardo alla scelta delle alte tensioni, e per di più in regime 
alternato, è chiaro che se la tensione è alta, a pari potenza trasmessa 
le correnti trasportate sono basse, quindi i conduttori sono di sezione 
relativamente modesta.
Nota che essendo i conduttori in leghe di rame, il loro peso è notevole 
per lunghe campate, tanto che questi conduttori devono avere un'anima 
d'acciaio.
Inoltre, a ridurre la capacità di trasporto di corrente di simili 
conduttori interviene anche il cosiddetto effetto pelle, che determina 
la profondità a cui la corrente può circolare nel conduttore (non oltre 
1 cm a 50 Hz), quindi portare forti correnti su lunghe linee è 
assolutamente non conveniente. Là dove si deve farlo, nelle sottoreti a 
media tensione, si usano sbarre a sezione piatta in modo da ovviare 
almeno al problema dell'effetto pelle, ma in quei casi usare grandi 
sezioni di rame non è un problema grazie alla brevità delle linee a 
media tensione.
 
Per le alte tensioni non si usano le continue (benché ne esistano degli 
esempi più che altro sperimentali a quanto ne so), per diverse ragioni:
- una è che è molto difficile, anzi critico, progettare degli apparati 
efficaci per interrompere carichi in continua (sezionatori) e di 
interruzione di corticircuiti in continua (interruttori); gli archi in 
continua, siccome tensione e corrente non passano mai per lo zero, sono 
bruttissime bestie da gestire;
- ma il peggio è che per l'alternata passare dall'alta tensione alla 
media alla bassa non è un problema, grazie ai trasformatori, mentre 
niente di simile esiste o può esistere per la continua, quindi la 
distribuzione sarebbe più che problematica.
 
Saluti


Ah no? E come fa (per es.) la batteria del tuo cellulare a 4 V a caricarsi con la presa accendisigari dell'auto a 12 V ?
 
--
BlueRay

 d'acciaio.
 
Ehm ... mi cita un esempio di linea ad alta tensione con le campate in
"lega di rame" ?
 
Invece mi risulta che si usano cavi di alluminio ... proprio per il
problema peso, che nelle linee elettriche aeree e' un fattore determinante
nella progettazione.

 raddoppiare.
 
Cielo! Qui siamo alla totale contorsione mentale.
A mio parere dovuta ad una formulazione confusa.
Provo a spezzare la frase, "manipolando" la semantica nel modo che combacia
con le scelte di un impiantista.
 
"ragiono in termini di potenza del generatore"
 
cosa significa ? Che parte come parametro noto/dato un certo valore di P ?
Bene, sia! Dato P = G watt
Poi le va avanti:
 
"raddoppio la tensione ai capi del mio conduttore"
 
ma per quale diamine di motivo dovrebbe raddoppiare la tensione ai capi
del suo conduttore ?!
 
Vediamo di chiarirci la condizione: con la sua premesse di R costante,
intendera' che la linea elettrica e' data. Ovvero abbiamo una rete
elettrica esistente, compatibile o facilmente modificabile (per ipotesi)
per operare con tensioni a piacimento (entro limiti ragionevoli).
 
Bene, ecco la sorpresa che l'attende: io progettista con il cavolo
che mantengo costante la potenza ai capi del conduttore ... io la
voglio ridurre!
 
Perche' la questione e' un pelo diversa da come l'ha posta lei:
 
Se G e' la potenza erogata dall'erogatore, c'e' un altra potenza in gioco,
chiamola D, che e' quella dissipata lungo il conduttore (considerando
tutto lo sviluppo di conduttori interessati, andata e ritorno) e che e'
in relazione con la potenza disponibile all'utilizzatore, che chiamo U
con la seguente relazione:
 
U = G - D
 
Ebbene, il fatto di affermare di avere un P = G costante alla partenza
della linea elettrica, non implica nulla su una altrettanta costanza della
potenza D.
 
Cosa accade ?
 
Sia, in una situazione iniziale, la seguente relazione con riferimento
alla potenza D
 
D = V0 * I0
 
dove V0 e' la tensione ai capi del conduttore ed I0 e' la corrente
che attraversa il conduttore.
 
Ebbene, cio' che la perplime e' che: cosa accade se, ad esempio,
raddoppio la tensione di servizio ?
 
Facciamo cosi', invece di continuare con la spiegazione (che e' noiosa
perche' un pelo complicata) le evidenzio un punto:.
 
Quale e' la tensione che raddoppia ? La VO ?
 
Niente affatto. La tensione che raddoppia e' quella che inizialmente
potrebbe essere fornita dalla seguente relazione:
 
VG0 = V0 + VU
 
dove VG0 = tensione ai capi del generatore
     VU = tensione ai capi dell'utilizzatore
 
Comincia a vedere la luce alla fine del tunnel ?  ;-)


in USA sono "sempre" state fatte in Al in effetti, 
considerato che a parità di conduttività (quindi anche a 
sezione moderatamente maggiorata) sono sensibilmente più 
leggere (e costano anche meno).
 
In italia sino a un numero imprecisato di decenni fa mi 
pareva fossero effettivamente in rame (non ne conosco la 
ragione), ma se siamo passati a nostra volta all'alluminio, 
me ne rallegro, perché era un non senso usare il rame.
 
In ogni caso immagino che anche i cavi in AL, per quanto più 
leggeri (considerata la resistenza a trazione scarsa dell'Al 
... a meno che non si usino leghe particolari), siano 
supportati, se con acciaio o kevlar o vattelapesca poco importa.
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

 caricarsi con la presa accendisigari dell'auto a 12 V ?
 
A rigore basta una resistenza del piffero, ma se vuoi ti disegno il 
circuito (1 transistore + 1 diodo zener + un paio di resistenze) che ha 
meno perdite di una semplice resistenza del piffero e mantiene la 
tensione in uscita costante. Il circuito è un banale emitter follower.
Tu fammelo per le altissime tensioni in continua! Trovami il transistor 
e lo zener adatti al 380 kV :))
 
Allora fammi questa obiezione quando vedrai una tensione continua a 1 MV 
essere trasformata a 220 kV e poi a 30 kV e poi in bassa tensione.
E poi progettameli tu i sezionatori e gli interruttori che devono 
interrompere dei corti circuiti in continua. Vai al CESI o alla KEMA o a 
Fontenay, dove si fanno prove di interruzione di corti circuiti ad alte 
e altissime tensioni (usando le reti vere, di notte), e chiedi che cosa 
succede se un arco, pur con tensioni alternate che hanno la fortuna di 
passare per lo zero, dura qualche millisecondo in più dopo il passaggio 
per lo zero della tensione. Bum!
Figurati con la continua.
 
--

 nella progettazione.
 
Certo, oggi si preferisce l'alluminio, ma non per la ragione di cui 
parli, dato che l'anima di acciaio ovvia al problema peso da sempre: la 
ragione vera è che il rame scarseggia e quindi costa molto di più, e si 
cerca di sostituirlo dovunque si può.(*) Le perdite sulle linee in 
alluminio sono maggiori (o si devono usare sezioni maggiori a pari 
caduta), dato che maggiore è la resistenza specifica.
Inoltre anche nel caso dell'alluminio non si usa alluminio puro, che ha 
caratteristiche meccaniche molto ma molto modeste; e l'alluminio legato 
ha resistività ancora maggiore di quello puro.
 
(*) infatti lo rubano sulle tratte ferroviarie, e non dirmi che i 
conduttori ferroviari, che sono a tensione relativamente alta, sono in 
alluminio.
 
Quindi non sofistichiamo su queste cose, che se oggi il rame costasse 
poco le leghe di rame sarebbero la prima scelta, come d'altra parte nei 
cavi a media tensione cittadini (**) e nelle reti a bassa tensione.
 
(**) stanno posandone qui vicino e ti assicuro che è (lega di) rame. 
Inoltre vai un po' a vedere le sbarre di centrale e di sottostazione e 
vieni a dirmi che sono in alluminio. E vai anche a vedere con che 
materiali sono realizzati i sezionatori e gli interruttori ad alta 
tensione, e poi vieni a raccontarci che contatti mobili e contatti fissi 
sono in alluminio :)) E non ci dire che gli avvolgimenti (sbarre) degli 
alternatori di centrale - che non sono certo a bassa tensone - sono in 
alluminio!
 
Ma il mio discorso era diverso. Che c'entra questo tuo distinguo? Il mio 
discorso era: il peso delle campate è tale che è necessaria un'anima 
d'acciaio, e inoltre occorrono diametri notevoli per via della 
profondità di penetrazione della corrente a 50 Hz. E il discorso vale 
pari-pari per l'alluminio - o credi che lo posino senza anima d'acciaio? 
E allora? Che cosa ha imparato di più la persona che ha chiesto 
informazioni sull'applicazione della legge di Ohm e sulla scelta 
dell'alta tensione?
 
Saluti
Omega
Che cosa significa DMIsr?)

 
 
Fanno di meglio, trasformano la corrente alternata in continua
 
Il SA.PE.I. collega Fiumesanto, in Sardegna, e Latina, sul litorale laziale, con un doppio cavo sottomarino in corrente continua a 500 kV
 
Lo trovi su:
 
http://www.terna.it/default/Home/AZIENDA/sala_stampa/tutti_comunicati_stampa/cs_2011/cs_mar_2011/Inaugurato_nuovo_elettrodotto_SAPEI.aspx
 
 
Per poi ritrasformarla in alternata 
 
Ciao 
 
- Molti fisici, innalzando ad idoli le formule, si sono scordati dei 
concetti, materialmente deturpando la bellezza della fisica 
 
-- 
 
Imagination is more important than knowledge. (Albert Einstein) 

 essere trasformata a 220 kV e poi a 30 kV e poi in bassa tensione.
 
Chi installa linee HVDC da 800 kV evidentemente non esiste.

  Per poi ritrasformarla in alternata
 
Scusa, ma quello che io ho detto è che in DC non esiste l'equivalente
del trasformatore AC.
Esiste?
No.
E ho anche detto che non esiste per le alte tensioni l'equivalente
dell'emitter follower per le basse tensioni DC.
Esiste?
No.
L'emitter follower inoltre è un convertitore DC/DC, non un DC/AC come
richiesto dalla linee in continua ad alta tensione.
È un DC/AC?
No.
 
Inoltre ho posto il problema delle protezioni in DC che rimane tal quale
malgrado la Terna e la Sapei (e l'ABB produttrice probabile degli HVDC
impiegati). E ho spiegato perché.
Mi hai risolto dunque con il tuo link almeno il problema delle 
protezioni in alta tensione continua?
No.
 
Dunque devo concludere che la tua obiezione è fuori tema?
Sì :))
 
Se invece vuoi sapere come funzionano i convertitori statici DC/AC per 
alte tensioni, e capire perché comunque questi switch non sono in grado 
di fungere da protezioni - e se non ti basta una ricerca in rete, - 
magari apri un thread apposito, anche se in effetti questa è tecnologia 
e non fisica.
 
--

Daniele Orlandi, 12:13, mercoledě 26 febbraio 2014:

Che io sappia le linee in CC sono per la trasmissione (alte
potenze tra due punti) e non per la distribuzione (a bassa
tensione verso gli utenti).
 
 
-- 
"Eppur sta fermo!"
                -- Cananeo Cananei

 Chi installa linee HVDC da 800 kV evidentemente non esiste.
 
Ma avete un'idea vaga di come si fa a rispondere in tema?
 
Rileggi che cosa ho scritto qui sopra prima di rispondere a casaccio.
Come si passa da una continua a 1MV a una continua da 220kV e poi sempre 
in continua fino alla distribuzione in bassa tensione?
 
Ti risulta dall'aver scoperto sulla wiki l'ormai cinquantenne HVDC che 
si faccia qualcosa di simile o no?
NO!
 
E ti invito a chiedere ai progettisti di apparecchiatura di comando (la 
stessa ABB che progetta le linee HVDC) se esistono apparecchi di 
sezionamento e interruzione in alta tensione continua. Se non sono 
imbecilli o totalmente incompetenti non ci provano neanche.
 
E lo sai che i convertitori DC/AC ad alta tensione NON SONO in grado di 
interrompere corti circuiti ma solo la corrente nominale? E che perciň 
le protezioni si fanno sempre e unicamente sul lato AC, anche se il 
guasto č sulla linea DC?
 
Se non continuate con osservazioni fuori tema ve ne sarň grato.
 
-- 

 Sì :))
 
Se lo credi ti chiedo scusa, ma il mio intervento era rivolto principalmente anche al tuo precedente intervento dove testualmente dicevi:
 
- Per le alte tensioni non si usano le continue (benché ne esistano degli 
esempi più che altro sperimentali a quanto ne so), per diverse ragioni: 
 
 
Non per essere pignoli, ma solo per essere precisi, visto che per grandi distanze come per il collegamento con la Sardegna, nonostante le innegabili difficolta', per motivi di convenienza economica si preferisce il trasporto in continua ad alta tensione, e questo lo si fa da moltissimi anni.


 tensione verso gli utenti).
 
E le ragioni sono chiare come il sole, almeno per chi ha un minimo di 
competenza sull'impiantistica elettrica e sulla gestibilità dell'arco 
elettrico (e quest'ultimo, cavolo, è un problema di fisica!)
 
La conversione AC/DC e quella DC/AC sono basate anche per le alte 
tensioni su batterie di dispositivi statici, che NON POSSONO né 
sopportare né tantomeno interrompere corti circuiti. Devono intervenire 
le protezioni sui due lati AC - lato generazione e lato utenza.
Perciò la distribuzione in DC è impensabile.
 
-- 


E quindi la tua affermazione e' gia' confutata  :-)
 
Caso mai potevi dire che e' molto difficile e non conveniente tecnicamente(*)  usare la continua per variare la tensione, senza prima trasformarla in alternata.
 
(*)Tranne negli acceleratori di particelle: si puo' usare (e si usava) un Van De Graaf, funzionante in continua, per elevare la tensione.
 
--
cometa_luminosa

 è impensabile.
 
 
Era Edison quello della CC. Ha fallito.
 
 
Ricordo un convertitore CA/CC rotante (motodinamo), era accanto
alla cabina di proiezione in un cinema che usava le lampade ad
arco. Faceva un bel rumore quando partiva.


 
 
 
Sono sicuramente degli scaricatori, ma proteggono principalmente dalle sovratensioni dovute alle scariche atmosferiche o a contatti accidentali con linee a tensione superiore


 dell'alta tensione?
 
A parte il fatto che queste sono discussioni aperte, e non chat tra
tre gatti (e quindi puo' esserci un interesse a non lasciare in 
sospeso frasi ambigue che portino a conclusioni tipo quelle che poi
leggiamo su ask yahoo), semmai dovrebbe chiedere all'OP e non a me.

 solo per un problema di penetrazione della corrente.
 
 
Se non sbaglio c'è l'effetto corona alle altissime tensioni che
dà problemi. 
Infatti si vedono condutture a funi triple (per ciascuna fase)
invece di una fune singola di sezione tripla. 
 
 
Anni fa ho recuperato uno spezzone di fune in un torrente
montano sottostante a una linea AT, credo che fosse a 55 o 110
kV. C'era un'anima con una fune d'acciaio circondata da
conduttori in alluminio.
 
 
p.s. "cavo" è termine improprio, direi, per le linee AT.
 Meglio "fune".


 3000V e' molto lontano (molto piu' basso) da "Alta Tensione".
 
Per la precisione, tenendo presente che la rete ferroviaria funziona a
corrente continua, siamo cosi' vicini al limite della Bassa Tensione,
ovvero 1500V, che siamo dello stesso ordine di grandezza.

 
I conduttori e le sbarre sono un argomento.
Avvolgimenti dei generatori (che sono in MT)
e contatti degli interruttori sono altre cose.
 
 
Saluti.
 
G. Ruffino

 e contatti degli interruttori sono altre cose.
 
Ma come ho detto sopra hanno parecchi problemi in comune.
I sezionatori e gli interruttori hanno a che fare con l'arco elettrico e 
quindi problemi di esposizione alla saldatura e all'erosione, proprio 
come le linee di contatto ferroviarie.
I generatori invece hanno problemi opposti, trattandosi di 
"avvolgimenti" costituiti da sbarre e testate in grado di sopportare 
corticircuiti di centinaia di kA e che quindi hanno _anche_ problemi di 
saldabilità, che con le leghe d'alluminio e con quelle dimensioni è 
problematica.
 
Con ciò spero che chi ha postato il topic abbia capito tutto della legge 
di Ohm, che era il suo vero (e serissimo) problema, su cui soltanto 
valeva la pena di dire qualcosa. Le altre cose sono presunte finezze da 
impiantisti, se non da elettricisti.
Con ciò, scusate tanto, ma per me il thread non ha proprio più niente da 
dire.
 
Saluti


Lo scintillio, e peggio ancora l'arco, tra linea e pantografo,
devono essere solo episodi accidentali e molto rari, 
perché sono gravemente dannosi, o addirittura distruttivi,
sia per la linea che per il pantografo, che poi devono essere sostituiti.
Per questo motivo i pantografi sono costruiti in modo da rimanere 
sempre bene a contatto con la linea aerea,
anche quando il treno procede ad alta velocità. 
E la linea è tesa in modo da essere ben rettilinea. 
 
Saluti.
 
G. Ruffino
 
 
 
 
 

 E la linea è tesa in modo da essere ben rettilinea.
 
 
Ben tesa da contrappesi visibili ogni tanto.
 
La linea di contatto non è rettilinea ma a zig-zag per non
intaccare lo strisciante del pantografo.


 imbecilli o totalmente incompetenti non ci provano neanche.
 
Invece proprio ABB produce un interuttore HVDC. È un ibrido 
elettronico/meccanico che commuta in 5 ms senza arco.
 
Ciao,