generatori elettrici mappa concettuale

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I generatori elettrici sono dispositivi che convertono energia meccanica, chimica o luminosa in energia elettrica sfruttando l'induzione elettromagnetica. Questa risorsa organizza i concetti fondamentali: la legge di Faraday-Neumann, la legge di Lenz, la differenza tra corrente alternata e continua, le principali tipologie di generatori e le grandezze caratteristiche come forza elettromotrice e resistenza interna. Utile per ripassare l'elettromagnetismo e preparare verifiche di fisica.

Induzione elettromagnetica: il cuore del fenomeno
Un generatore rotativo si basa sull'induzione elettromagnetica: quando il flusso del campo magnetico attraverso un circuito varia nel tempo, nel circuito si manifesta una forza elettromotrice. La legge di Faraday-Neumann quantifica questo effetto: la f.e.m. indotta è proporzionale alla velocità di variazione del flusso. La legge di Lenz aggiunge un vincolo qualitativo essenziale: la corrente indotta circola in un verso tale da opporsi alla variazione di flusso che l'ha generata. Questo principio spiega perché per far girare un alternatore occorre compiere lavoro meccanico: senza opposizione, si potrebbe creare energia dal nulla, in violazione della conservazione dell'energia.

Alternatore e dinamo: quali differenze
Alternatore e dinamo sono entrambi macchine rotanti, ma differiscono per il modo in cui erogano la corrente. Nell'alternatore la bobina ruota in un campo magnetico e produce una f.e.m. sinusoidale che cambia segno periodicamente: si ottiene così corrente alternata, quella distribuita dalla rete elettrica con frequenza di 50 Hz in Europa. Nella dinamo un collettore, un commutatore meccanico costituito da spazzole e segmenti, raddrizza la corrente indotta rendendola di segno costante: si ottiene corrente continua. Nelle automobili moderne l'alternatore ha sostituito la dinamo perché più efficiente e leggero, con la carica raddrizzata da diodi.

Il rendimento e le perdite
Nessun generatore converte tutta l'energia in ingresso in energia elettrica utile. Una parte viene dissipata per attriti meccanici nelle parti rotanti, per riscaldamento per effetto Joule negli avvolgimenti e per perdite magnetiche nei materiali. Il rendimento è il rapporto tra potenza elettrica erogata e potenza meccanica assorbita. Inoltre il generatore reale ha una resistenza interna: la tensione ai capi del circuito esterno è inferiore alla f.e.m. quando circola corrente, perché parte della tensione cade internamente. Per questo, a vuoto la tensione misurata è vicina alla f.e.m., mentre sotto carico diminuisce.

Dalle centrali alle prese di casa
La maggior parte dell'energia elettrica proviene da generatori rotativi accoppiati a turbine. Nelle centrali termoelettriche e nucleari il calore genera vapore che muove una turbina a vapore; nelle centrali idroelettriche l'acqua in caduta muove una turbina idraulica; negli impianti eolici il vento fa ruotare una elica. In tutti i casi la turbina aziona un alternatore. Le fonti non rotative, come i pannelli fotovoltaici che sfruttano l'effetto fotovoltaico nei semiconduttori, producono corrente continua e richiedono inverter per immettere corrente alternata in rete. I trasformatori, basati anch'essi sull'induzione, elevano la tensione per il trasporto e la riabbassano per la distribuzione.