[Franco] Domandone: dove passa la potenza?

Franco,

le tue domande mi incuriosiscono e - praticamente sempre - mi spingono a ragionare e a scontrarmi con la mia ignoranza. Coi trasformatori, poi, sono proprio una frana. Provo lo stesso, con lo scopo di chiarirmi le idee ed eventualmente farmele ulteriormente chiarire, a rispondere. La domanda:

"dove passa la potenza che in un trasformatore va dal primario al secondario? Ad esempio in un trasfo a 2 colonne come questo

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, dove passa la potenza?"

La domanda sembra avere una risposta immediata, quasi banale: la potenza passa nello spazio tra gli induttori, nel nucleo magnetico. Ma, ci sono dei ma.

Prima di tutto, non associo alla potenza alcun concetto di transito...In questo senso: per me la potenza *è* il transito dell'energia. L'energia transita, la potenza è il transito di questa energia. Dunque, la potenza non transita. La potenza "c'è".

E' un po' lo stesso della corrente: si dice che "scorre", ma in realtà a ben guardare questa è un po' un'estensione...Ciò che scorre sono le cariche, e la corrente è il numero rappresentativo di questo flusso, con certe condizioni.

Allora giriamo la domanda a: dove transita l'energia in un trasformatore? Oh, bella! E come la descriviamo, quest'energia? L'unico modo che conosco è col vettore di Poynting, dunque ci serve un diagramma del campo magnetico ed elettrico nello spazio...

Ora, il campo magnetico è abbastanza facile, il nucleo magnetico lo confina entro la sua superficie, e ok. Ma il campo elettrico? So per certo che c'è un campo elettrico che si estende dai due solenoidi, ragion per cui c'è una densità di energia associata con ogni punto dello spazio, specialmente nel nucleo magnetico (perché fuori il campo magnetico è pressoché assente, dunque niente energia EM).

Riservandomi di andare ad approfondire questo curiosissimo tema, posso dire che, essendoci delle differenze di potenziale tra i vari punti del circuito, per forza ci dev'essere un campo elettrico e dunque una densità di carica associata.

Allora - anche se non so come - ci si può ricavare l'andamento del campo elettrico punto per punto *fuori* dai solenoidi, ed è in quello spazio, dove ci sono contemporaneamente B ed E, che si misura una densità di energia e, con i soliti procedimenti, se ne calcola il flusso e dunque la potenza.

Mi viene in mente che, se proprio vogliamo parlare in termini di potenza, ce n'è una associata anche al tratto di nucleo magnetico (come si diceva all'inizio). Basta prendere la differenza di potenziale tra i due "+" degli avvolgimenti ed il campo magnetico come generato da una corrente (in maniera duale a quanto esposto per il discorso sul vettore di Poynting). Abbiamo dunque corrente e tensione, potenza.

Mah, fai un po' di luce!

M
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Michele Ancis
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Come dove passa? La potenza elettrica viene prima trasformata in potenza elettromagnetica e poi di nuovo in potenza elettrica. In pratica le cariche che si muovono nel primario generano un campo elettromagnetico (in prevalenza campo magnetico) che rimane pressochè tutto confinato nel nucleo e quindi si concatena interamente col secondario ivi mettendo in moto le cariche. Zio!

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Zio!

"Michele Ancis" ha scritto nel messaggio news:1tt09kgck1zid$. snipped-for-privacy@40tude.net...

La mia cultura non arriva al vettore di Poynting ma tu , imho, stai facendo confusione fra "potenza disponibile" e "potenza impiegata". Hai presente, qui sul ng, la fatidica domanda: "Ho una radiolina che funziona a 12V e assorbe 500 mA; se la alimento con una batteria da 12V 40A corro il rischio di bruciarla?" Ovviamente la risposta è no, perchè la radiolina continuerà ad assorbire i suoi 500 mA, consumando gli stessi identici 6W (potenza) di prima. Lavorando coi trasformatori (e quindi in corrente alternata) cambia qualcosina, ma il concetto è il medesimo. Rifletti su questo, accantona momentaneamente Poynting, ripassa un attimino la legge di Ohm e vedrai che tutto sarà più chiaro. :-) Ciao

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Alessandro1958

Il Fri, 29 Jul 2005 21:57:28 +0200, Alessandro1958 ha scritto:

Boh...sicuramente dovrò riflettere sulle tue parole, perché non capisco in che modo tu possa avermi dato questo consiglio! Evidentemente mi devo esser spiegato parecchio male. Il concetto di potenza disponibile, tra l'altro, riguarda i generatori, mentre noi abbiamo un trasformatore, un elemento passivo...

Se posso permettermi, direi di avere sufficientemente chiara la distinzione tra "potenza disponibile" e quella impiegata, ma non mi sembra di ravvisare alcun collegamento con quanto ho esposto.

M
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Michele Ancis

Il Fri, 29 Jul 2005 19:39:47 GMT, Zio! ha scritto:

Qual è la differenza tra "potenza elettromagnetica" e "potenza elettrica"? Alludi alla descrizione in termini di correnti e tensioni, rispetto a quella in termini di campi E e B? In ogni caso, le due descrizioni *devono* coincidere. Bada bene, il mio è un quesito che vuole andare un po' oltre il fatto - palese - che dell'energia venga trasferita tra i due avvolgimenti, e che dunque, visto che il campo magnetico è confinato nel nucleo, sia proprio lì che si debba ricercarne il contributo. Vorrei semplicemente allargare la visuale, magari tenendo in conto - come ho cercato maldestramente di fare - la forma dei campi nello spazio.

Certo, ma mentre il campo magnetico è quello che ci si fa sempre visualizzare, quello elettrico mi vien più difficile da individuare. So che c'è, d'altronde, altrimenti non avremmo trasferimento di energia, ossia potenza. Sei d'accordo?

M
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Michele Ancis

Tieni presente il riferimento alla figura del trasfo a due colonne, che semplifica la vita.

Ok. Per me anche la potenza viaggia, ma se ti fa comodo puoi anche parlare di energia (che probabilmente e` piu` corretto). La ragione per cui mi va bene dire che la potenza transita viene dopo.

Bingo! Serve proprio il vettore di poynting (che e` una densita` di potenza, nel SI sono watt al metro quadro, ed e` per questo motivo che parlo di transito di potenza)

No, non e` OK :-). E per il momento non aggiungo nulla di piu` :-)

In che direzione? Questo mi ha dato un po' da penare per trovarlo.

Le densita` di energia (proporzionali a E^2 o a H^2) lasciale perdere: sono condizioni statiche non si propagano. Cerca il vettore di poynting che e` ortogonale a E e ad H (S=ExH). Il fatto che sia ortogonale ad H indica subito che la potenza non puo` passare attraverso il nucleo, in cui H (molto piccolo a causa dell'elevato mu) e` "per lungo".

Non e` detto che il campo E sia associato necessariamente a una carica: l'integrale di circuitazione di E non dipende da una carica :).

Gia` proprio cosi`. Si tratta solo di vedere come sono messi :-)

Domani esco in barca. Se torno dico qualcosa in piu` :-)

--

Franco

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Franco

Michele Ancis wrote in news:1tt09kgck1zid$. snipped-for-privacy@40tude.net:

[CUT]

[CUT]

Dai un occhiata qui, credo che Franco si riferisca a questo (vedi anche i references dell'articolo):

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Ciao, AleX

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AleX

"Franco" ha scritto nel messaggio news:FcxGe.2556$ snipped-for-privacy@newssvr13.news.prodigy.com...

Ci provo io :-) Alla discontinuità ferro-aria si ha il fenomeno della rifrazione delle linee di forza. A causa dell'elevato valore di permeabilità magnetica del nucleo le linee di forza rifratte che si propagano in aria escono dalla superficie dello stesso con un angolo rispetto alla normale di quasi 90 gradi, ovvero sono praticamente radenti alla superficie. Se la permeabilità fosse infinità si avrebbe un angolo di rifrazione esattamente di 90 gradi e quindi le linee di forza di H sarebbero rigorosamente confinate nel ferro.

Quante scemenze ho scritto? ;-)

Marco

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marco©

Il 30 Lug 2005, 00:18, "marco©" ha scritto:

Se la permeabilita' fosse infinita, H non ci sarebbe proprio

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Angela

"Angela" ha scritto nel messaggio news: snipped-for-privacy@usenet.libero.it...

OK. L'idiozia numero uno l'abbiamo trovata ;-)

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marco©

"marco©" ha scritto nel messaggio news:ahyGe.44207$ snipped-for-privacy@tornado.fastwebnet.it...

Piccola "rettifica" della mia autocrocefissione :-) Il campo magnetico H sarebbe nullo _nel volume_ mentre non credo che debba necessariamente essere nullo alla superficie. E se le linee di forza di H fossero tutte concentrate sulla superficie del nucleo ciò sarebbe compatibile con il fatto che le linee di forza vengono rifratte con un angolo di 90 gradi.

Tanto per chiarire: non sono per niente convinto di quello che ho scritto è solo una riflessione che mi è venuta in mente :-) Anche perchè non ricordo assolutamente le condizioni al contorno per il campo magnetico ^^

Marco

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marco©

Il 30 Lug 2005, 01:17, "marco©" ha scritto:

essere

concentrate

è

Ti contestavo solo il fatto delle linee di H concentrate nel nucleo ... essendo la perm. magn. infinita, H nel nucleo e' zero. Cmq, H e' perpendicolare alla superficie e proporzionale alle correnti primaria e secondaria, E perpendicolare ad H, e la direzione di E x H e' quella del trasferimento di energia.

Ciao

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Angela

"Michele Ancis" ha scritto nel messaggio news: snipped-for-privacy@40tude.net...

'spetta un po' che allora rileggo la tua domanda... forse mi è sfugito qualcosa :-)

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Alessandro1958

"Alessandro1958" ha scritto nel messaggio news:dcf9nf$pmo$ snipped-for-privacy@area.cu.mi.it...

Ok, ho riletto il tuo post e, francamente, non capito se tu vuoi:

1) Capire il funzionamento pratico dei trasformatori, studiandone il loro funzionamento teorico. 2) Capire meglio il concetto di "potenza". Nel primo caso, ti hanno già risposto in molti e non aggiungo altro (anche perchè la mia cultura in merito non me lo permette :-) Nel secondo caso, ed era quello che intendevo nella mia prima risposta, non può esservi potenza (W) se non sussistono contemporaneamente tensione (V) e corrente (I). Tutto ciò presuppone un generatore ed un carico. Il fatto che il trasformatore sìa un elemento passivo, se ho capito il senso della domanda (ma ho forti dubbi!), imho non cambia il concetto: immagina un alternatore... esso funziona (moooolto grosso modo) in modo simile ad un trasformatore. Nel trasfo si "muove" la tensione applicata al primario (si muove nel senso che è alternata); nell'alternatore si muove il rotore. Lo scopo finale è sempre quello di indurre nel secondario la tensione da applicare al carico. In questo senso, anche l'alternatore è un elemento passivo, perchè assorbe più energìa (meccanica) di quanta ne potrai spillare dal secondario (elettrica). Ma forse continuo a non capire la tua domanda.... :-) Ciao
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Alessandro1958

Il Sat, 30 Jul 2005 10:05:12 +0200, Alessandro1958 ha scritto:

[brutal cut]

...Mi sa di si :-)

Scusa per il cut brutale...Non ho problemi a calcolare potenze a primari, secondari, circuiti equivalenti con qualsivoglia mix di elementi reattivi e dissipativi.

La domanda è *dove* passa l'energia, nello spazio? Se pensi di capire che passa nel nucleo magnetico, già stai sbagliando. E anche io ho fatto lo stesso "errore".

Però dobbiamo intenderci ad usare il vettore di Poynting per questi discorsi, perché è lui che rappresenta la densità di energia per punto e per unità di tempo, ossia la densità di potenza. Se non hai chiaro questo approccio, è probabilmente questo che ti manda fuori strada rispetto al mio quesito :-)

M
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Michele Ancis

Il Fri, 29 Jul 2005 21:29:09 GMT, Franco ha scritto:

Eh, almeno sin qui c'ero arrivato ;-) Per quanto riguarda il discorso della potenza, siamo d'accordo sulle dimensioni del vettore di Poynting (ovviamente), ma preferisco sempre pensare alla potenza come il transito di qualcos'altro.

Deheheihoihi! Suspence...

Infatti, è il punto che non riesco a risolvere. Ora che ho letto il link di AleX già va meglio. Tra l'altro, visto che come ho detto in realtà il campo magnetico non l'ho mai capito, non mi era chiaro che ci fosse campo anche fuori dal nucleo, anche in caso ideale. Per cui mi arrabattavo a far girare il vettore di Poynting in qualche modo, visto che avevo già H bello dritto nella direzione che mi sarebbe servita...come noti tu più avanti.

Uhm...questo mi lascia perplesso. Per la mia comprensione delle cose, densità di energia e vettore di Poynting sono parenti molto, molto stretti. Ed è proprio l'energia a propagarsi come un'onda. Se alludi al fatto che con E^2 hai uno scalare, occhei.

Ed è qui che ho scatenato la mia fantasia!! Mi sono immaginato un S "uscente" dalla superficie laterale, che in qualche modo rientrasse poi nell'altro solenoide...

Eh già, Maxwell docet ;-)

Anche questo però è un punto dolente...non so perché ma sono convinto che - in qualche modo - una densità di carica debba apparire *ogni volta* che c'è un campo elettrico...Non ho ancora capito da dove mi arriva questa convinzione, e se sia completamente sbagliata o solo "correggibile" :-)

Forse è per via della spiegazione del campo B come campo elettrico relativistico che ci fecero all'Uni. Mai digerita...

Occhei, non vedo l'ora. Io dal canto mio ho deciso che forse questa volta è la volta giusta che metto un po' di ordine...

M
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Michele Ancis

Il Fri, 29 Jul 2005 22:09:49 GMT, AleX ha scritto:

Grande! Oltretutto mi sembra di aver trovato un buon filone...Hai robine allegre di elettromagnetismo? Te ne sarei grato :-)

M
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Michele Ancis

"Michele Ancis" ha scritto nel messaggio news: snipped-for-privacy@40tude.net...

ragà!! voglio capire anch'io,il fenomeno dell'indizione magnetica. Non sono gli elettroni che si spostano da una parte all'altra. Come l'esempio se avviciniamo un magnete ad una spira questa produce corrente. Ma come?? gli elettroni nella spira di rame cosa fanno esattamente per produrre energia??

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KoK

Angela ha scritto:

Scusa ma:

H = mu*B

se mu -> infinito... H?

Ciao

Artemis

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Artemis

La potenza elettrica è quella associata al moto delle cariche in un conduttore, la potenza elettromagnetica è quella del campo e.m. irradiato, che nel caso specifico è quasi completamente confinato nel nucleo.

La forma più semplice di sorgente di campo magnetico è la spira. La forma più semplice di sorgente di campo elettrico è il dipolo. Un solenoide reale in regime dinamico è in realtà entrambe le cose, anche se il campo elettrico generato è di intensità molto più piccola rispetto al campo magnetico. Nello studio dei campi elettromagnetici la propagazione del campo e.m. a partire da una sorgente è noto come problema non omogeneo. Se il nostro solenoide irradiasse il campo e.m. nello spazio libero misureremo in prossimità del solendoide un campo magnetico particolarmente intenso, e un campo elettrico praticamente trascurabile: mano a mano che ci allontaniamo il primo si riduce e il secondo aumenta fino a stare tra loro secondo la impedenza intrinseca del vuoto (377Ohm). Esistono quindi due espressioni del campo a seconda che siamo a breve distanza o a grande distanza. Il rapporto tra i campi uguaglia la impedenza intrinseca del mezzo solo a grande distanza, a breve ditanza le intensità del campo elettrico piuttosto che di quello magnetico sono dovute al tipo di sorgente. Nel caso del trasformatore noi confiniamo il campo magnetico all'interno del nucleo: solo una piccola parte dovuta a dispersione si irradia e subisce il fenomeno sopra citato. Per altro considera che se f=50Hz la lughezza d'onda è l=6000km quindi direi che a distanze "normali" dal trasformatore tu misurerai sempre un campo magnetico notevolmente maggiore del campo elettrico ossia il trasformatore è definito una sorgente di campo magnetico a bassa frequenza (tra l'altro la combinazione piu' difficile da schermare). All'interno del nucleo altresi il campo magnetico è notevolmente piu' intenso del campo elettrico tanto che il contributo nell'integrale del teorema di Poynting dovuto al campo elettrico lo pui trascurare. La potenza è quindi trasferita in prevalenza al campo magnetico (e in piccolissima parte al campo elettrico perchè sappiamo che in regime dinamico non possono esistere saparatamente!). Ciao, Zio!

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Zio!

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