Corrent altern

Llums de ciutat. La pulsació del corrent altern fa que les línies siguin de punts en lloc de contínues.

El corrent altern (CA o AC, de l'anglès Altern current) és un tipus de corrent elèctric que es caracteritza per canviar al llarg del temps, ja sigui en intensitat o en sentit, a intervals regulars.

El voltatge varia entre els valors màxim i mínim de manera cíclica, el valor del voltatge és positiu la meitat del temps (semicicle positiu o semiperíode positiu) i negatiu l'altra meitat. Això significa que la meitat del temps el corrent circula en un sentit, l'altra meitat de temps en l'altre sentit. La forma més habitual de l'ondulació segueix una funció trigonomètrica tipus sinus, atès que és la forma més eficient i pràctica de produir energia elèctrica mitjançant alternadors. Tanmateix hi ha certes aplicacions a les que s'utilitzen altres formes d'ona, com ara l'ona quadrada o l'ona triangular.

De manera general el corrent elèctric es distribueix en forma de corrent altern a 50 Hz (50 canvis per segon). Un exemple de corrent altern és el que hi ha als endolls de casa, de 230 volts i 50 hertzs. Això vol dir que la tensió va de -230*√2 volts a +230*√2 volts i torna, 50 vegades per segon.

El corrent sinusoïdal

1 = Amplitud,
2 = Amplitud cresta a cresta,
3 = Amplitud eficaç,
4 = Període

L'electricitat que es distribueix a través de la xarxa elèctrica que s'utilitza en electrotècnia presenta una forma sinusoïdal perquè aquesta forma es deriva directament de la manera de treballar dels alternadors i de la llei de la inducció electromagnètica. La força electromotriu produïda per un alternador té la forma que descriu l'equació:

$f(t)=F_{0}\sin(\omega t+\phi )\;$

on $F_{0}$ és el valor màxim constant de la força electromotriu, o dit d'altra manera, l'amplitud del senyal, $\omega$ és la pulsació, relacionada amb el període T i a la freqüència $\nu$; $\phi$ és el desfase o fase inicial.

Freqüència i període

El nombre d'oscil·lacions per unitat de temps es mesura en hertz (nombre d'oscil·lacions per segon). El període és el temps transcorregut entre dos punts equivalents de l'oscil·lació, equival al temps necessari per completar una oscil·lació i es mesura en segons. El període es calcula com la funció recíproca de la freqüència (ν):

$T={\frac {1}{\nu }}$

El corrent habitual a les nostres llars té un període de

$T_{50}={\frac {1}{50}}\;{\rm {Hz}}={1}{50}\;{\rm {s}}=20\;{\rm {ms}}$

El càlcul de la pulsació o freqüència angular ω es fa a partir de la freqüència:

$\omega =2\pi \nu$

Amb un alternador funcionant a 50 Hz tindríem:

$\omega =2\pi \cdot 50\;{\rm {Hz}}=100\pi \;{\rm {Hz}}\approx 314{,}16~{\rm {rad}}/{\rm {s}}$ (radians per segon)

Si suposem un alternador amb només dos pols, durant un període (20 ms) el rotor donaria una volta completa (360° = $2\pi \;{\rm {rad}}$).

En conseqüència el corrent altern tindrà la forma:

$i(t)=I_{0}\sin \left({\frac {2\pi t}{T}}+\phi \right)=I_{0}\sin(\nu 2\pi t+\phi )=I_{0}\sin(\omega t+\phi )\;$

Valor eficaç

Per definició, atès que la meitat del temps és positiu i l'altra meitat negatiu en oscil·lar entorn de zero, una magnitud sinusoïdal té un valor mitjà durant un període T igual a zero. Per aquest motiu la magnitud mesurable és el que s'anomena valor eficaç entès com la mitjana quadràtica:

$I_{ef}^{2}={\frac {1}{T}}\int _{t}^{t+T}I^{2}(t)\ dt$

Del que es deriva que el valor del corrent eficaç depèn del valor màxim:

$I_{ef}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{t}^{t+T}I_{0}^{2}\sin ^{2}\ \omega \ t\ dt}}={\frac {I_{0}}{\sqrt {2}}}$

Per a la tensió tenim:

$V_{ef}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{t}^{t+T}V_{0}^{2}\sin ^{2}\ \omega \ t\ dt}}={\frac {V_{0}}{\sqrt {2}}}$

La tensió eficaç $V_{ef}$ permet d'escriure el mòdul de la potència elèctrica com

$|{\bar {P}}|=V_{ef}I_{ef}$

que és una expressió similar a $P=VI$, que correspondria a un règim constant, altrament dit corrent continu.

Per exemple, el corrent elèctric domèstic, de tipus monofàsic, té una tensió eficaç V_ef = 230 V, per a la que hi ha una tensió de cresta V_c = 325 V i una tensió cresta a cresta V_cc = 650 V.

Efectes biològics sobre els éssers humans

Efecte sobre el cos humà (a 50 Hz, uns 230 V i uns 1000 ohms de resistència del cos)

Efecte	Exposició al corrent durant 10 ms	Exposició al corrent durant 1,5 s
Habitualment, cap efecte	0,1–0,5 mA	0,5 mA
Es nota a la llengua	0,5–200 mA	0,6 mA
Es nota als dits	0,5–200 mA	2 mA
Dificultats per respirar, els muscles pateixen rampes	10–500 mA	13 mA
Dificultats per respirar, 5% de probabilitat de fibril·lació del cor	500–700 mA	30 mA
Fins al 50% de probabilitat de fibril·lació del cor	700–1000 mA	50 mA
Més del 50% de probabilitat de fibril·lació del cor	1000–2000 mA	80 mA
Aturada cardíaca, aturada respiratòria, cremades severes	> 2000 mA	> 130 mA

Vegeu també

• Alternador
• Cable elèctric
• Corrent continu
• Electricitat

Referències

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Corrent altern