La potenza e l’energia sono grandezze fisiche fondamentali, molto spesso confuse: l’energia elettrica in fisica è il lavoro fornito per spostare in un conduttore una quantità Q di elettroni da un punto ad un altro a diverso potenziale producendo, così, una corrente elettrica.
Tipicamente indicata con E, si misura in Joule (simbolo J) e si può esprimere con la relazione:
dove:
- V: differenza di potenziale (tensione) fra i punti di inizio e fine spostamento, [V];
- Q: quantità di carica elettrica spostata, [Q].
In campo impiantistico si preferisce utilizzare come unità di misura dell’energia il kWh (chilowattora).
La potenza elettrica, invece, è una grandezza istantanea che definisce la quantità di energia trasferita nell’unità di tempo. In corrente continua si indica con P, si misura in Watt (simbolo W) e si può esprimere:
dove:
- T: intervallo di tempo, [s];
- I: intensità di corrente, [A].
In un circuito elettrico il dispositivo in grado di fornire potenza elettrica ai componenti che la utilizzano è il generatore: il verso di potenza ed energia, quindi, vanno dal generatore agli utilizzatori.
Come viene utilizzata la potenza elettrica dai singoli componenti utilizzatori?
Circuito ohmico
Ovviamente:
Dal punto di vista fisico, un resistore trasforma tutta la potenza elettrica in energia termica (Effetto Joule). Nei circuiti ohmici, quindi, la potenza elettrica cambia forma e fuoriesce dal circuito elettrico sotto forma di calore e in valore costante. L’energia prodotta/trasformata, invece, aumenta con il trascorrere del tempo (figura 1a).
Circuito capacitivo
A regime – terminata, cioè, la fase di carica/scarica – il capacitore può essere:
In entrambi i casi risulta:
dove:
- PC: potenza assorbita dal capacitore, [W];
- PG: potenza erogata dal generatore, [W].
Il capacitore non assorbe più potenza né il generatore ne produce. Durante la carica il capacitore accumula energia elettrostatica:
dove:
- C: capacità del capacitore, [F].
Dal punto di vista fisico, un capacitore durante la carica accumula energia per creare il campo elettrico fra le sue armature. Essa viene conservata in forma elettrica finché non viene avviata la fase di scarica in cui viene progressivamente trasformata in calore dal resistore RS e ceduta all’esterno del circuito (figura 1b).
Circuito induttivo
A regime – terminata, cioè, la fase di carica/scarica – l’induttore può essere l’induttore può essere carico/scarico con la seguente formula:
In entrambi i casi risulta:
dove:
- PL: potenza assorbita dall’induttore, [W];
- PG: potenza erogata dal generatore, [W].
L’induttore non assorbe più potenza né il generatore ne produce. Durante la carica l’induttore accumula energia magnetica:
dove:
- L: induttanza dell’induttore, [H].
Dal punto di vista fisico, un induttore durante la carica accumula energia per creare il campo magnetico fra le sue spire. Essa viene conservata in forma elettrica finché non viene avviata la fase di scarica in cui viene progressivamente trasformata in calore dal resistore RS e ceduta all’esterno del circuito (figura 1c).
