Valore efficace
Programmi: A-level, GCSE (ac and dc), Sek I/II
Obiettivo¶
Confrontare l'effetto della corrente alternata e di quella continua e capire il significato del valore efficace.
Il montaggio¶
In alto — un generatore di tensione continua da 7,07 V e una lampadina da 12 V / 5 W. In basso — un generatore di tensione sinusoidale con un'ampiezza di 10 V, 50 Hz, e una lampadina identica, con sopra un voltmetro in modalità AC. A destra — un oscilloscopio collegato al generatore di tensione alternata (CH1, 5 V/div, 5 ms/div).
Procedimento¶
- Confrontare la luminosità delle lampadine.
- Annotare la lettura del voltmetro e le misure automatiche dell'oscilloscopio (Vpp, Vrms).
- Passare il voltmetro in modalità DC.
- Sul generatore di tensione alternata selezionare l'onda quadra e confrontare di nuovo la luminosità.
Risultato atteso
Le lampadine brillano con la stessa intensità: una sinusoide con un'ampiezza di 10 V scalda il filamento quanto 7,07 V in continua. Il voltmetro in modalità AC indica circa 6,9 V: una parte della tensione cade sulla resistenza interna del generatore da 0,5 Ω. Il valore picco-picco sull'oscilloscopio è di circa 19,5 V. In modalità DC il voltmetro indica circa 0. Per un'onda quadra con un'ampiezza di 10 V il valore efficace è 10 V, e la lampadina in basso brilla di più.
Domande¶
- Perché il valore efficace di una sinusoide è \(\sqrt{2}\) volte più piccolo della sua ampiezza?
- Quale tensione continua serve perché le lampadine brillino con la stessa intensità dopo il passaggio all'onda quadra?
Risposte
- La potenza dissipata in calore in una resistenza è \(u^2 / R\). Per una sinusoide \(u^2 = U_m^2 \cdot \sin^2(\omega t)\), e la media di \(\sin^2\) su un periodo è un mezzo, quindi la tensione continua che scalda allo stesso modo soddisfa \(U^2 = U_m^2 / 2\), cioè \(U = U_m / \sqrt{2}\): 10 V / √2 ≈ 7,07 V su questo banco.
- 10 V. Un'onda quadra con un'ampiezza di 10 V vale +10 V o −10 V in ogni istante, e il filamento si scalda allo stesso modo con entrambe le polarità, quindi il valore efficace dell'onda quadra è uguale alla sua ampiezza.