Benvenuti nel secondo appuntamento riguardante la teoria elettrotecnica. Nello scorso articolo abbiamo parlato della legge di Ohm, della prima legge di Ohm per essere precisi, ed abbiamo capito la relazione tra tensione e corrente, due valori direttamente proporzionali il cui rapporto è la resistenza. Oggi invece, sempre rimanendo nel mondo della corrente continua, che è un po' più facile da comprendere (e quindi giusto per citare qualche esempio di contesto, rimanendo nel mondo di tutto ciò che viene alimentato via USB, degli impianti elettrici delle auto, moto, camion, ma anche degli smartphone o di tutto ciò che c'è a valle di un alimentatore da PC), vedremo invece cosa sia e come si calcoli la potenza elettrica.
Se c'è una cosa che ci accompagna ogni giorno ovunque andiamo, a casa, al lavoro, in bagno, mentre scrolliamo il telefono, è proprio lei: la potenza elettrica. Un'entità tanto astratta quanto onnipresente, un po' come le notifiche push o i sensi di colpa post binge watching. Ma cosa sarà mai la potenza elettrica e perché tutti parlano di questi Watt con un tono misto di riverenza e terrore?
Se non raggiungiamo 1.21 GW di potenza non faremo il film, Marty
Tuffiamoci allora nel misterioso mondo dell'energia elettrica, dove le lampadine si accendono, i contatori girano come trottole e James Watt è ancora là che si frega le mani da oltre 300 anni.
James Watt
James Watt era uno scozzese, classe 1736, e come ogni scozzese che si rispetti aveva un rapporto complicato con il whisky, le macchine a vapore, l'umidità e l'invenzione.
Un giorno si svegliò tra una rivoluzione industriale e l'altra, come una qualsiasi persona normale, e pensò che forse era arrivato il momento di migliorare quella baracca rumorosa che chiamavano motore a vapore.
E lo fece davvero.
Ma quello che gli diede fama eterna non fu tanto l'invenzione quanto il decidere, con grande - devo dire - onestà intellettuale, che da quel momento tutti avrebbero dovuto chiamare la potenza col suo nome. E chi eravamo noi per non obbedire?
Così, mentre Newton ha un'unità che misura la forza (utile) e Pascal una che misura la pressione (mmh già un po' meno utile), Watt ottenne la gloria popolare. Ogni elettrodomestico in casa tua grida il suo nome, letteralmente.
In origine la potenza era legata ai cavalli, quelli veri. La famosa unità Horsepower, quella degli HP della moto di Battisti, veniva usata per misurare quante volte un cavallo potesse trainare qualcosa prima di scioperare.
Watt trasformò quell'unità un po' bucolica e campestre in qualcosa di più elettrico, meno odoroso e molto più adatto ai tostapane.
La formula della potenza elettrica
Vediamo quindi la formula magica della potenza elettrica che in regime di corrente continua è semplicemente:
$$P=V\cdot I$$
La matematica, purtroppo, è un po' quell'ospite che non è mai invitato ma arriva sempre alle feste della fisica. Se vogliamo però capire cosa sia la potenza elettrica, sto giro ci tocca invitarla. La formula base è comunque semplice da capire e decisamente poco minacciosa al contrario di una mail dell'INPS:
\( P \) è la potenza espressa in Watt
\( V \) è la tensione espressa in Volt, ovvero quanta "spinta" ha la corrente, quanto è inclinato il tubo, vi ricordate?
\( I \) è la corrente espressa in Ampere, ovvero quanta "roba elettrica" scorre nei fili. E se poi non vi ricordate bene Volt, Ampere, cosa siano, la differenza, ecc., trovate qui l'articolo dedicato alla legge di Ohm.
Momento metafora del giorno: immaginate l'elettricità come una sorta di mandria di mucche elettriche che devono passare in un corridoio. La tensione è la forza con cui le spingi, la corrente è quante mucche riesci a far passare, la potenza è il risultato, cioè quanta energia riesci a consegnare alla tua stalla elettrica. Fine della metafora prima che diventi ridicola.
Altre formule derivate
Per i più creativi esistono anche altre versioni della formula, tipo
$$P=R\cdot I^2$$
oppure
$$P=\frac{V^2}{R}$$
che non sono altro che il mix della formula che abbiamo appena visto con la prima legge di Ohm. Queste versioni valgono solo se volete impressionare qualcuno ad una cena tra ingegneri elettrici, perché tra i civili, ve lo dico già, non funziona molto.
La potenza non è gratis
"Mi scusi però, signor Watt, ma ci costa tutto questo?"
Eh sì, perché ogni volta che accendi il forno, il phon o quella maledetta stufetta che ti scalda le ginocchia in inverno, stai consumando energia, e non poca.
Un forno elettrico medio ha una potenza di circa 2000 W, cioè come se nel muro ci fosse uno scozzese molto arrabbiato che deve pedalare come un matto per fornirti l'energia necessaria per tenere acceso il tuo forno. Il phon, diciamo che stia tra 1200 e 1800 W, mentre magari l'asciugacapelli della prozia, invece, quello tutto di ferro anni '70 che sembra un 747 quando lo accendi, ecco, quello probabilmente arriva anche a 2500 Watt.
Perché è importante sapere tutto questo? Perché ogni volta che accendi troppe cose insieme, il contatore fa ciaone e scatta. Non perché sia cattivo, ma perché ha paura. È come quel collega che va in tilt quando gli dici troppe cose in una volta sola. Il contatore ha un limite (e nelle case con il gas spesso intorno ai 3 kW, cioè 3000 W): se lo si supera blackout e tu lì al buio a domandarti chi ti abbia fatto accendere la lavatrice mentre cucinavi col microonde e la lavastoviglia che stava ancora andando.
Potenza e consumi
Quindi in un certo senso è vero che più la potenza è alta e più siamo fighi, però è anche vero che più un utilizzatore è potente e più assorbe corrente, che in un modo o nell'altro paghiamo. Ogni kiloWatt consumato nell'unità di tempo, quindi kWh, si trasforma in euro e ogni euro speso è preceduto da una formula matematica che nessuno ha davvero capito fino in fondo, probabilmente nemmeno chi l'ha scritta.
Ad ogni modo, 1 kWh vuol dire 1000 Wh e quindi un po' come dicevamo per gli amperora: se tieni accesa una stufetta da 2000 W per 3 ore, hai consumato 6000 Wh, cioè 6 kWh. Facciamo che 1 kWh costi 0,30 €? 3 ore di stufetta ti costano come un caffè... E tu pensavi che la stufetta non costasse tanto. A fine mese la bolletta arriva come una newsletter non richiesta, confusa e piena di voci misteriose come "quota potenza impegnata" o "oneri generali del sistema" che in pratica è il modo dell'universo per dirti che ti stiano fregando con classe.
Potenza e Energia: non sono la stessa cosa
Attenzione però che potenza ed energia non sono la stessa cosa:
la potenza è quanto velocemente consumi l'energia, l'energia è quanta ne consumi in totale
Quindi se il tuo forno consuma 2000 W di potenza e lo tieni acceso per un'ora, hai consumato 2 kWh che è una misura di energia. È quella che trovi nella bolletta insieme a quelle famose voci misteriose come oneri di sistema, quota fissa o sovrapprezzo per aver acceso Netflix mentre stiravi.
Siamo tutti un po' schiavi dei Watt
Siamo sicuramente in un'epoca Watt addicted, viviamo nel culto dei Watt. Ogni caricabatterie del telefono è giudicato ormai per i suoi Watt: "Ah, eroghi solo 5 W?! Poverino...". Le automobili elettriche stessa cosa, hanno potenze da urlo, viaggiano con centinaia di kW come se fossero cavalli imbizzarriti sotto steroidi. E i gamer, anche loro, se il PC non ha almeno un alimentatore da 1000 W non sei nessuno, sei uno che gioca a campo minato, non sicuramente a Call of Duty.
In definitiva, la potenza elettrica è quella cosa invisibile che ti fa vivere ma ti punisce se la sottovaluti. E' la linfa degli elettrodomestici e l'incubo dei conduttori sottodimensionati, dato che più potenza = più corrente = più calore. Quindi occhio a non scegliere a caso le sezioni dei cavi o vi ritrovate che vi si sciolgono in mano.
In un mondo dove tutto è elettrico, la potenza è la nuova valuta. E' ciò che separa l'efficienza dal disastro, il comfort dal blackout, la cena pronta dal "stasera panini freddi". E tutto per colpa o per merito di un uomo che voleva solo migliorare una macchina a vapore. Quindi grazie, signor Watt, senza di lei oggi chissà come diremmo asciugacapelli da 1800 W: probabilmente "asciugacapelli da 17 cavalli a vapore e mezzo" che diciamolo non suona altrettanto bene.
Quindi la prossima volta che accendete il forno, ricordate, state invocando l'eredità di uno scozzese del '700 che voleva solo migliorare una caldaia e invece ha acceso il mondo.
