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fisica:strumenti:generatore_di_tensione

LAB2GO Scienza

Generatore di tensione

Descrizione

Il flusso di cariche elettriche in un conduttore, ovvero il flusso di corrente elettrica, continua fintanto che alle estremità del conduttore persiste una differenza di potenziale. Quando si è ristabilito l'equilibrio, ovvero quando il potenziale elettrico è uguale in tutti i punti del conduttore, il flusso di corrente cessa. Ciò presenta analogia con quanto accade con la corrente di un fluido (se vi è differenza di pressione tra due zone atmosferiche, la corrente d'aria tende a fluire dalla zona a pressione maggiore verso quella a pressione minore) o con quanto si verifica tra due corpi a temperatura diversa (avviene un passaggio di calore dal corpo più caldo a quello più freddo, fino a che i due corpi non raggiungono la stessa temperatura). Allo stesso modo, la corrente elettrica fluisce in un conduttore fino a che tutti i punti di quest'ultimo non hanno raggiunto il medesimo potenziale.

Se si vuole fare in modo che la corrente continui a fluire e non si interrompa una volta raggiunto l'equilibrio elettrico, occorre l'intervento di un dispositivo che mantenga la differenza di potenziale, cioè che fornisca a un conduttore (o a un sistema di conduttori) l'energia necessaria per mantenere la corrente elettrica al suo interno: un tale dispositivo si chiama generatore di tensione (o generatore elettrico); la sua funzione è quella di controbilanciare l'effetto del moto delle cariche elettriche attraverso il conduttore, che tende ad annullare la differenza di potenziale.

Si può capire molto bene il ruolo del generatore ricorrendo a un'analogia idraulica. Supponiamo di avere un serbatoio d'acqua sospeso a una certa altezza dal suolo e collegato, tramite un tubo, con una vasca sottostante. L'energia potenziale gravitazionale dell'acqua la fa passare spontaneamente dai punti a energia potenziale maggiore (il serbatoio) a quelli a energia potenziale minore (la vasca), quindi in poco tempo l'acqua si trasferirà dal serbatoio alla vasca. Se volessimo riportare l'acqua dalla vasca nel serbatoio, dovremmo ricorrere a un dispositivo, una pompa idraulica, che compia un lavoro contro le forze del campo gravitazionale. La funzione del generatore è del tutto simile a quella della pompa idraulica.

Sono generatori di tensione le pile elettriche, le batterie delle automobili e le dinamo, che trasformano energia di diversa natura in energia elettrica. Le pile e le batterie delle auto trasformano energia chimica in energia elettrica; la dinamo si basa sulla produzione di elettricità dovuta a un campo magnetico . Il primo generatore di corrente fu proprio la pila e venne costruito nel 1800 dal fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827).

Un generatore è solitamente dotato di due morsetti detti polo negativo (−), a potenziale più basso, e polo positivo (+), a potenziale più alto. Il generatore di tensione accumula le cariche positive al polo positivo e le cariche negative al polo negativo, compiendo un lavoro contro le forze del campo elettrico. Unendo tra loro con un conduttore (per esempio, un filo metallico) i poli opposti del generatore, le cariche scorrono entro il conduttore: un generatore permette quindi di ottenere corrente elettrica per un lungo periodo di tempo.

A differenza di un Generatore di corrente, che è in grado di sviluppare ai capi del carico qualsiasi tensione determinando un flusso di corrente costante, un generatore di tensione presenta ai suoi capi una differenza di potenziale costante. Pertanto, è in grado di fornire al carico qualsiasi corrente.

Sulla base delle considerazioni precedenti è possibile asserire che un generatore di tensione ideale presenta una resistenza interna nulla. Pertanto, è assimilabile ad un circuito chiuso nel quale può fluire qualsiasi corrente.

Al contrario, il generatore di corrente presenta una resistenza interna infinita, ed è assimilabile ad un circuito aperto ai capi del quale può svilupparsi qualsiasi tensione. Data l'impossibilità di ottenere simili condizioni (resistenza interna nulla o infinita) si ricorre spesso al concetto di generatore reale, dove si tiene conto della resistenza interna del dispositivo.

Nel caso di un generatore di tensione, questa resistenza interna è rappresentata da un resistore in serie al generatore, mentre nel caso di un generatore di corrente il resistore si trova in parallelo. Rispetto al caso ideale, questo aumenta la resistenza vista ai capi del dipolo nel caso del generatore di tensione, e la riduce nel caso del generatore di corrente.

Utilizzato ampiamente in fenomeni di Elettrodinamica ed Elettronica. A seconda del modello può emettere corrente alternata o continua.

Di seguito si riportano, a titolo esemplificativo, le specifiche tecniche di un generatore tipico.

caratteristica valore
Tensione 0-30V
Corrente 0-1A
Dimensioni 240 x 108 x 154 mm
Peso 2 kg
Regolazione linea CV < 0.01% + 3mV
CC < 0.2% + 3mV
Regolazione carico CC < 0.01% + 2mV
CC < 0.2% + 3mA
Ondulazione e rumore CV < 0.5mV rms
CC < 3mA rms
Precisione voltmetro: ±(0.2%rdg + 2 cifre)
±2.5% a piena scala
Precisione amperometro: ±(1.0%rdg + 2 cifre)
±2.5% a piena scala
Tensione di ingresso 110 - 127VAC: ±10% 60Hz
220 - 240VAC: ±10% 50Hz selezionabile

Esperienze

Esperienze possibili Descrizione
Verifica della Prima Legge di Ohmspiegazione esperimento
Interferenza fenomeno di sovrapposizione di due o piu' onde
Oscillazioni armoniche forzate su piano inclinato Lo scopo dell'esperimento è studiare il moto oscillatorio di un carrello posto su una rotaia sotto l’azione della forza elastica di una molla, con analisi dell’effetto di una forzante sul sistema (motorino) e del concetto di risonanza.

Sitografia

Link Descrizione
Wikipedia Il generatore di tensione è un dispositivo che serve a generare e mantenere una differenza di potenziale elettrico ai suoi capi.
Blackbird sound project Generatori di tensione e generatori di corrente
DM Paideia Generatori reali e resistenza interna
Virgilio immagini del generatore di tensione
Esperimento di Oersted Link video Youtube
Motore e generatore elettrico sito che porta alla descrizione dell'oggetto.
fisica/strumenti/generatore_di_tensione.txt · Ultima modifica: 2019/09/23 14:30 (modifica esterna)