La causa del possibile movimento di cariche è lo stato energetico da esse assunto nei diversi punti del corpo per l'azione del generatore.

Si definisce potenziale elettrico di un punto l'energia che l'unità di carica positiva possiede quando si trova in quel punto. L'unità di misura del potenziale è allora il joule diviso coulomb e si chiama volt , in onore dell'inventore del primo generatore:[V]=[J][C] -1

Il potenziale di un punto P si indica con V P .

Ciò che conta all'interno del corpo, non è il valore assoluto dell'energia posseduta dall'unità di carica ma il suo valore relativo rispetto ad un punto del corpo, chiamato massa, cui convenzionalmente si attribuisce il potenziale zero . Il potenziale di un punto è quindi definito a meno di una costante arbitraria, che è il valore di potenziale che si può attribuire alla massa.

Gli effetti elettrici, quindi l'intensità di corrente dove sono presenti cariche libere, sono determinate dalle differenze di potenziale tra i punti.

Per questo la differenza di potenziale tra due punti A e B (d.d.p) è detta tensione elettrica ; indicata con U AB , è definita dalla differenza tra il potenziale del punto A meno il potenziale del punto B,

U AB =V A -V B 1. 2

E' evidente che il volt è l'unità di misura anche della tensione elettrica. Il potenziale di un punto non è altro allora che la tensione tra quel punto e massa e le tensioni tra i vari punti del corpo non cambiano modificando il potenziale assoluto della massa.

Il potenziale nei diversi punti di un corpo è da attribuire all'azione del generatore.

Si definisce forza elettromotrice (f.e.m.) di un generatore la totale quantità di energia da esso fornita all'unità di carica positiva che transita attraverso di esso . Il simbolo comunemente usato è E . Si misura, ovviamente ancora in volt, per cui il nome di forza non deve trarre in inganno. La f.e.m. non è una forza fisica (che si misura in newton ) ma una energia specifica. Essa crea un campo di forze che può essere considerato il serbatoio dell' energia elettrica allo stato potenziale.

La fig. 1.3 sintetizza graficamente le considerazioni esposte..

figura 1. 3

La tensione è rappresentata con un segmento tra i due punti, orientato verso il potenziale minuendo dell'espressione della d.d.p. Il suo valore è un numero relativo il cui valore assoluto corrisponde alla misura in volt della tensione, cioè del lavoro che compete all'unità di carica positiva che si sposta tra i due punti. E' positivo se il potenziale di partenza è maggiore di quello d'arrivo, il che indica che le cariche positive stanno perdendo energia, quindi stanno facendo un lavoro, negativo in caso contrario, quando la carica positiva acquista energia.

La potenza di un sistema è l'energia che esso trasforma nell'unità di tempo. Molte macchine possono fare lo stesso lavoro, ma la macchina che lo fa in meno tempo è più potente. La potenza serve quindi a caratterizzare una macchina. Il lavoro corrisponde alla variazione di energia del sistema.

E' abbastanza agevole trovare l'espressione della potenza elettrica, che non è un nuovo tipo di potenza, ma la potenza nella sua accezione generale espressa in termini di grandezze elettriche.

Quando una carica Q positiva si sposta tra due punti, se indichiamo con U la tensione tra di essi, il lavoro fatto dalla carica è, per definizione di tensione, L=Q*U. Se il lavoro è eseguito nell'intervallo di tempo t, la potenza, per definizione, è data da P=L/t cioè P=U*Q/t. Ma Q/t è l'intensità di corrente, quindi l'espressione della potenza diventa:

P=U*I 1. 3

E' stato detto che sia U che I sono grandezze algebriche e che il loro segno va riferito alla convenzione adottata per la loro rappresentazione. Anche la potenza ha dunque un segno che va riferito ad un verso che indica il flusso di energia. Il verso di riferimento del flusso di energia è quello che ha l'intensità di corrente nel punto a potenziale più alto.

La sua unità di misura è il watt [W] che corrisponde a joule diviso secondo :[W]=[J][s] -1 .
Il chilowattora [kWh] è un'unità di energia (non di potenza!, come a volte si sente dire nei media di massa) in pratica molto usata: esso corrisponde all'energia di una macchina della potenza di un kW che funziona per un'ora.

La figura 1.4 sintetizza il concetto esposto. La freccia rossa indica il verso positivo del flusso di potenza.

fig. 1.4

L'intensità di corrente si misura con l' amperometro , uno strumento con due terminali che deve essere attraversato dalla intensità.il cui verso convenzionale deve entrare dal morsetto contrassegnato per fornire una indicazione positiva. L'amperometro ideale ha una tensione nulla tra i suoi terminali (U A =0). (fig. 1.5. a)

La tensione si misura con il voltmetro uno strumento con due terminali che devono essere collegati ai punti di cui si vuol sapere la d.d.p. Per dare una indicazione positiva il punto a potenziale più alto deve corrispondere al morsetto contrassegnato. Il voltmetro ideale non è attraversato da corrente (I V =0). (fig. 1.5. b)

La potenza si misura con il wattmetro un quadripolo composto da un bipolo amperometrico ed uno voltmetrico. E' ideale se amperometrica e volumetrica sono ideali. (fig. 1.5. c)

figura 1. 5

All'interno di ogni sistema elettrico esiste un equilibrio dinamico tra l'energia di posizione delle cariche (potenziale, tensione) e l'energia di movimento (cinetica, corrente) mentre esso scambia energia con l'esterno (generatori ed utilizzatori con l'inevitabile produzione di energia termica).

L'Elettrotecnica studia come produrre scambi energetici nella forma desiderata stabilendo gli equilibri interni al sistema. Per farlo è necessario conoscere il comportamento elettrico di ogni componente del sistema. Ciò significa trovare il legame tra l'intensità di corrente che fluisce tra due punti per l'azione della tensione tra di essi e la tensione stessa

In pratica esplicitare la funzione

I=f(U)

per ogni di componente, che, proprio perché la tensione coinvolge due punti (poli), si chiama bipolo.

Quanto sopra sarà oggetto degli articoli che seguiranno nei prossimi numeri