Resistenza e Impedenza

[themagiciant95]

Salve ,perché in regime continuo l'unica resistenza che si usa è quella dei resistori , mentre in regime alternato devo considerare anche le impedenze dei condensatori e induttori ?
Grazie

[DanteCpp]

Ti faccio un esempio, supponiamo di avere un circuito rc alimentato da un generatore costante E

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

l'andamento della tensione è riportato qualitativamente nel grafico, la corrente avrà un'andamento complementare, con fattore di proporzionalità .

Fatto sta che, esaurito il transitorio, ossia quella fase in cui il condensatore si sta caricando, il condensatore rimane sempre alla tensione .

Se sostituiamo il condensatore con un generatore costante

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

notiamo che ai capi di R non c'è differenza di potenziale, quindi

modelliamo questo fenomeno con un circuito aperto

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

In buona sostanza, il condensatore in regime stazionario, si comporta come un circuito aperto.

Ragionamenti analoghi si possono fare per l'induttore, che si comporta come un corto circuito.

Noto ciò, ogni qualvolta dobbiamo analizzare una rete in regime stazionario, sostituiamo il condensatore con un circuito aperto, e l'induttore con un corto circuito. Ciò che resta sono proprio i resistori, unici portatori di resistenza (in questo contesto).

[NicolaTM]

In senso pratico puoi anche vederla così:

Nel caso di un circuito a regime sinusoidale con generatori a frequenza w l'induttore in un circuito ha componente:
con
mentre un condensatore ha coponente:
con

Ora , quando lavori con grandezze costanti w = 0 (periodo T=infinito , quindi la frequenza w=0), quindi non avrai impedenze o , ma avrai al poso di un induttore un cto cto e al posto di un condensatore un cto aperto.

[Brianz]

Provo a spiegare la cosa senza formule.
Certamente un modo molto meno rigoroso e semplificato, ma forse più semplice da capire.

Un circuito in cc è una condizione puramente ideale caratterizzata da un flusso di intensità e direzione costante nel tempo. Non varia, cioè, né l'intensità ne la direzione della corrente.
In questa condizione non esistono altri elementi nel circuito se non la terna tensione/corrente/resistenza, legate dalla legge di Ohm.
La resistenza si oppone al passaggio della corrente e quindi il circuito richiede una certa energia. Energia che va in calore. Possiamo calcolare la potenza dissipata in calore (effetto Joule) con P=V*I.

Per il condensatore (ideale), la sua presenza nel circuito cc è sensibile solamente durante la carica (momento in cui il circuito, però, non è più cc…), come è stato esposto sopra. Una volta caricato, non ha più alcun effetto e si comporta come un ramo interrotto. Pensiamo al condensatore come a un secchio che preleva elettroni dalla linea fino ad esserne riempito, dopo di che sta lì senza far nulla.

Un induttore forma un campo magnetico. Un induttore ideale, una volta formato il campo magnetico, non ha più altro effetto e si comporta come un ramo in ctocto.
In cc, né condensatore né induttore assorbono energia.

I problemi nascono quando la corrente non è continua, ma variabile, di intensità e/o di direzione.

Nel caso in cui abbiamo intensità e direzione variabili (ad esempio secondo una legge sinusoidale) abbiamo una corrente alternata (alterna la direzione) o ca (ac in inglese).

La resistenza (ideale) si presenta alla ca esattamente come alla cc; vale la legge di Ohm.
La corrente che la attraversa deve “vincere” comunque la resistenza e questo richiede energia, che si trasforma in calore. Dato che in cc che in ca le cose sono analoghe, si è definita questa potenza come potenza attiva (residuo del concetto di calore della fisica dei secoli XVIII/XIX).

L’induttore, abbiamo detto, attraversato dalla corrente, forma un campo magnetico che ha la direzione determinata dalla regola della mano destra. Il campo è proporzionale all’intensità della corrente.
Ora, pensa alla corrente alternata che in una semionda successiva inverte la direzione: si deve invertire anche la direzione del campo magnetico. Il campo magnetico ha richiesto una energia per essere creato. Continuamente, nel circuito ca, la corrente cambia intensità e direzione ed è quindi richiesta continuamente energia per modificare il campo magnetico. Questa energia è quella che devo fornire al circuito per farlo funzionare.
Dato che non si sviluppa calore, la definiamo potenza reattiva. E l’aspetto dell’induttanza in campo reattivo la definiamo impedenza.

Per i condensatore è lo stesso. In ca si inverte la polarità ad ogni semionda e quindi occorre energia per caricare il condensatore a polarità opposte. Analogamente all’induttanza, attribuiamo anche al condensatore una impedenza (in ca nel condensatore "scorre" corrente: pensa all'esempio idraulico del secchio, che qui si svuota e si riempie ciclicamente facendo circolare l'acqua).

Le formule riportate prima rendono possibile il calcolo, che dipende sia dai valori propri degli elementi, sia dalla frequenza della ca.

---

Introducendo formule semplici, possiamo anche dire che la tensioni ai capi di un induttanza di valore L, vale:

V = L dI/dt

In corrente continua tutte le derivate rispetto al tempo sono nulle (non c'è variazione...) e quindi dI/dt = 0
Ovvero, in cc, per qualsiasi valore della corrente sarà V = 0, cioè un ctocto.

Per il condensatore abbiamo:

I = C dV/dt

Dato che dV/dt = 0, per qualsiasi tensione ai suoi capi, la corrente che circola è zero, ovvero un circuito aperto.

Ora, se hai una variazione di intensità/tempo, le derivate non sono più nulle e di conseguenza acquistano valore sia la tensione ai capi della bobina (f.e.m. autoindotta) , mentre in un condensatore circola una corrente (corrente di spostamento), i cui valori sono legati alla variazione, ovvero al tempo, ovvero alla frequenza.

Possiamo aggiungere che in ca induttanza e capacità fanno circolare correnti in quadratura (mentre la corrente nella resistenza è in fase) con la tensione. Questo richiede nella formula al post [3] l'usi dell'indicatore j nel calcolo del valore dell' impedenza, che assume un aspetto vettoriale

Con la speranza di essere stai utili, passiamo la mano al richiedente per sapere se effettivamente è così.

[Candy]

In una visione meccanicistica estremamente semplificativa, puoi vedere il circuito elettrico come un circuito idraulico. Come nello schema sottostante:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Un circuito chiuso dove compaiono tutti gli elementi corrispondenti:
La rete tubiera, nel circuito elettrico si rappresenta come resistenza equivalente concentrata.
La valvola di non ritorno come induttore.
Il recipiente di capacita' definita come condensatore.
Infine la pompa, come generatore equivalente di tensione.

Immagina il sistema a riposo: quando la pompa parte, mette in pressione il liquido che quindi fara' aprire la valvola di non ritorno. Come per l'induttore, la valvola tendera` a non farsi investire dalla circolazione di flusso, causa la resistenza della molla, ma, vincendo la pompa la forza della molla, la valvola si aprira` e, passato il primo transitorio di apertura, la valvola sara' aperta e si comportera` come se non ci fosse piu`. L'induttore ha un comportamento equiparabile: trascorso il transitorio iniziale di reazione, lascia passare tutta la corrente come un corto circuito.
Parimenti il recipiente, che era vuoto. Una volta che si sara` riempito, non entrera` piu` nulla. Come il caso del condensatore che, una volta carico, non assorbira` piu` corrente.
Quindi, passati i transitori iniziali, il fluido circola in una rete tubiera che vede solo piu` l'effetto dei tubi, la perdita di carico, come la resistenza elettrica.

E` una visione davvero riduttiva, ma, se non ti riesce di capire diversamente...

[Brianz]

Optimus, non riduttivo, ma realistico.
Io ritengo che una spiegazione a partire da 0 conoscenza debba esimersi dalle formule e far leva su quanto è nell'esperienza, anche con esempi come quello idraulico.
Che non ritengo meno valido della teoria del gas di elettroni e simili.
Solo quando è stato compreso il meccanismo, si potranno introdurre le formule, mostrando come si tratti di un modello come il precedente, ma scritto nel linguaggio della matematica.
Dico questo perche a mio parere si sono notatici diversi esempi di persone che dimostrano di aver assorbito una consistente informazione teorico matematica, ma mancano completamente della corrispondenza con il fatto fisico. Il che, a mio parere, non è buona cosa.

Anche se stiamo illazionando che il richiedente stia partendo da 0, il che può essere non vero.