Energia e potenza nei circuiti

Ogni volta che una corrente attraversa un resistore, l’energia elettrica si trasforma in calore: è l’effetto Joule. Le cariche in moto urtano il reticolo del conduttore cedendo energia, che si manifesta come riscaldamento. Quantificare questa dissipazione — e più in generale il flusso di energia in un circuito — è essenziale per dimensionare correttamente componenti e impianti.

Potenza dissipata da un resistore

La potenza dissipata in un resistore percorso da corrente si può scrivere in tre forme equivalenti, ottenute combinando $P = \Delta V \cdot i$ con la legge di Ohm $\Delta V = R\,i$:

Formula chiave — potenza sul resistore

$P_R = R\,i^2 = \Delta V \cdot i = \frac{(\Delta V)^2}{R}$

Le tre espressioni sono la stessa cosa vista da angolazioni diverse: la prima è comoda quando si conosce la corrente, la terza quando si conosce la tensione ai capi. Tutta questa potenza abbandona il circuito sotto forma di calore.

Bilancio di potenza

In un circuito in regime stazionario vale un principio di conservazione dell’energia in forma di potenza: quella che i generatori immettono nel circuito deve essere pari a quella che i resistori dissipano.

Principio — Bilancio di potenza

$\sum_{\text{gen}} \mathcal{E}\,i = \sum_{\text{res}} R\,i^2$

A sinistra la potenza erogata da ciascun generatore (forza elettromotrice per corrente che lo attraversa); a destra la potenza dissipata per effetto Joule su tutti i resistori. Questo bilancio è spesso il modo più rapido per controllare la coerenza dei risultati di un’analisi di rete: se i due membri non coincidono, da qualche parte c’è un errore.

Attenzione al parallelo

Il bilancio di potenza spiega un fatto pratico importante e a prima vista controintuitivo: aggiungere apparecchi in parallelo aumenta il consumo complessivo, non lo divide.

Sovraccarico dell'impianto

A parità di tensione, minore è la resistenza equivalente, maggiore è la corrente e quindi maggiore la potenza dissipata. Collegando troppi apparecchi in parallelo la resistenza equivalente crolla, la corrente totale sale e si può sovraccaricare l’impianto — con rischio di surriscaldamento dei fili e intervento delle protezioni.

Collegamenti

Argomenti: Circuiti elettrici Concetti: Potenza · Effetto Joule

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