Generatore a circuito aperto

La batteria dell’automobile è certamente tra i generatori elettrici più conosciuti, soprattutto perché ci si accorge della sua necessità quando non è in grado di svolgere il suo compito, ovvero quando l’auto non si avvia e ciò capita tipicamente d’inverno, la mattina presto prima di andare a lavoro 🙂

Questo generatore è costituito da un involucro esterno di materiale plastico isolante dal cui coperchio fuoriescono due morsetti (poli) contrassegnati con i simboli + e –

I simboli + e – indicano che all’interno del generatore si è verificata (per particolari processi elettrochimici) una separazione di cariche che porta ad un accumuolo di elettroni sul polo contrassegnato con il – , mentre un accumulo di cariche positive di uguale quantità sul polo contrassegnato con il simbolo +

A causa delle forze di attrazione coulombiana che si instaura tra cariche di segno opposto, si veda la lezione 10, all’interno del generatore gli elettroni, che hanno carica negativa,  tendono a tornare al polo positivo per neutralizzare le cariche + ma questo spostamento risulta ostacolato dai processi elettrochimici che generano la forza che ha separato cariche negative e positive.

 

La forza elettrica che ha portato alla separazione delle cariche positive e negative prende il nome di forza elettromotrice, identificata con la lettera E ed abbreviata con f.e.m.

Tra i due morsetti della batteria si crea quindi una situazione di equilibrio tra la forza che ha portato alla separazione delle cariche e la forza di attrazione delle cariche, si dice che si  è creato un equilibrio di tensione tra i morsetti del generatore elettrico.

Questo sistema di equilibrio può essere paragonato a quello costituito da una molla sottoposta all’azione di una forza F di trazione. La molla subirà un allungamento proporzionale alla forza F utilizzata per allungarla, tale forza F viene contrastata da una forza uguale e contraria Fe dovuta all’elasticità della molla che tende a riportarla alla lunghezza iniziale.

Lo spostamento delle cariche elettriche avrà termine quando le due forze saranno uguali:

F=Fe

La situazione descritta è riferita ad un generatore a vuoto, noto anche coma a circuito aperto, ovvero quando i morsetti del generatore non sono collegati a nessun apparato che ne chiude il circuito tra i morsetti + e –

La f.e.m. viene definita come la tensione o la differenza di potenziale esistente ai morsetti di un generatore, quando esso non genera corrente (funzionamento a vuoto, cioè non connesso a nessun apparato, in altro modo: batteria scollegata).

L’unità di misura della f.e.m. è il Volt (nome derivante dallo scienziato Alessandro Volta) e viene misuarta con uno strumento che prende il nome di voltmetro.

Genericamente un generatore viene rappresentato con il seguente simbolo:

 

Modalità di generazione della tensione

La tensione elettrica può essere generata attraverso diversi procedimenti, (riprendo quanto già in passato scritto):

Attrito
Lo strofinamento di materiali, come visto nel microcorso di elettronica per principianti, determina la formazione di cariche; probabilmente tale situazione è stata da voi sperimentata quando passeggiate su alcuni tipi di tappeti.

Azione chimica
Una batteria elettrica utilizza l’azione chimica di diversi materiali per produrre energia elettrica.

Pressione
Se su alcuni tipi di cristalli applicate una pressione è possibile produrre energia elettrica.

Calore
Il principio della termocoppia sfrutta proprio il calore applicato alla giunzione di due materiali diversi.

Magnetismo
Il movimento di un filo costituito da materiale conduttore in un campo magnetico determina il movimento degli elettroni verso un capo del filo.

Luce
Alcuni dispositivi, come le fotocellule, se colpiti da luce possono produrre energia elettrica.