Generatori in corrente continua: La pila
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Generatori in corrente continua: La pila
Finora nei miei articoli vi ho parlato di tensione e corrente, ma ancora nulla è stato detto su come viene prodotta questa famigerata energia elettrica. Le grandezze che tratteremo al momento sono definite "continue" poiché i loro valori non cambiano continuamente nel tempo. Ovviamente la continuità in natura non esiste, in quanto ogni cosa ha inizio e fine, ma noi considereremo continuo, ovvero senza alcuna variazione di tensione, l'intervallo di tempo in cui stiamo lavorando.
Il più comune generatore di corrente continua esistente è la pila. La pila più semplice è costituita da due metalli differenti chiamati elettrodi, tra cui viene interposta una soluzione elettrolitica. Di pile ne esistono di svariati tipi; parleremo ovviamente delle pile commerciali, quelle che utilizziamo nelle nostre apparecchiature, tralasciando quelle per applicazioni specifiche. Le pile commerciali si differiscono tra di loro per la diversa erogazione di corrente elettrica, oltre che per la differente tensione erogata. Naturalmente queste differenze vengono fuori dalla diversa composizione dell’elettrolita e dal tipo di elettrodi utilizzati, che in alcuni casi particolari possono essere formati anche da sostanze liquide. Esistono due tipi fondamentali di pile: quelle ricaricabili e quelle monouso. Le pile non ricaricabili sono quelle zinco-carbone o alcaline, di tensione nominale di 1,5 V. Le più utilizzate sono quelle in formato ministilo (AAA), stilo (AA), 1/2 torcia (C), torcia (D), in ordine crescente di erogazione massima di corrente.
Esistono anche altri formati, ma sono usati pochissimo o sono addirittura fuori produzione. Naturalmente, più aumenta la capacità di erogare corrente da parte della pila, più aumentano le dimensioni. Il discorso è leggermente diverso per quello che riguarda la tensione delle pile ricaricabili, in quanto ne esistono di diversi tipi, con tensioni diverse tra loro. In questo caso le tensioni per elemento vanno da 1,2 V per i modelli al NiCd e Ni Mhidride a 2 V per i modelli al piombo con elettrolita acido (acido solforico) ad un massimo di 4 V per un elemento al Litio di tipo ricaricabile. Ogni cella o pila viene definita elemento. E’ possibile connettere più elementi tra loro, per aumentare la corrente massima erogabile e/o la tensione. Vediamo un po’ come fare.
Iniziamo col collegamento in serie. Gli elementi vengono collegati uno in seguito all’altro, in modo che il positivo del primo elemento sia connesso sul negativo del secondo, e così via di seguito. Ci ritroveremo alla fine con un positivo ed un negativo liberi, costituenti i terminali della nuova serie, definita BATTERIA.
In questo modo s'incrementa il valore della tensione rispetto al singolo elemento. Il valore finale è dato dalla somma della tensione nominale dei singoli elementi. In questo caso la corrente erogabile sarà la stessa che può erogare il singolo elemento. La spiegazione pratica è molto semplice. Ricorriamo ancora una volta all’idraulica, ed immaginiamo di connettere uno appresso l’altro, tanti tubi in cui scorre l’acqua, tutti di ugual sezione. La portata d’acqua, e quindi la corrente, sarà sempre la stessa. Se mettiamo un solo tubo più stretto nel mezzo, la portata totale sarà quella del tubo più stretto. Questo ci fa capire che è inutile connettere in serie elementi di diversa capacità, visto che il massimo della corrente sarà fornita dall’elemento più piccolo.
Passiamo al collegamento in parallelo. Gli elementi vengono connessi riunendo insieme tutti i poli positivi e tutti i poli negativi. La corrente verrà prelevata da questi due collegamenti ottenuti. Per intenderci meglio, osserviamo la figura sottostante.
Attenzione a non connettere elementi con diversa tensione nominale: la pila a tensione maggiore si scaricherà su quella a tensione inferiore, generando calore con conseguente pericolo d’esplosione! Con questo tipo di connessione la corrente generale sarà data dalla somma di tutte le correnti erogate dai singoli elementi. E’ altresì necessario che le pile siano tutte uguali, addirittura con lo stesso livello di carica, altrimenti si scaricherebbero prima le più vecchie, rendendo inutile il collegamento in parallelo. Ricorrendo di nuovo all’idraulica, capiremo subito perché la corrente totale è la somma delle singole correnti. Immaginiamo tanti tubi che confluiscono in un tubo più grande: la quantità d’acqua che scorrerà in esso sarà quella fornita dal contributo contemporaneo dei singoli tubi.
Questa è solo una presentazione semplice e globale, non abbiamo certo la pretesa di descrivere al 100% un argomento così ampio. Nei prossimi articoli entreremo nel dettaglio di ogni tipo di pila, descrivendo i sistemi di carica, completando la descrizione con eventuali schemi per costruirsi da soli un caricabatterie per Pile di tipo ricaricabile.
