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Generatori in serie

Due o più generatori si possono collegare in serie e la forza elettromotrice totale è la somma algebrica delle singole forze elettromotrici (nota 1).
4pile serieIn figura è disegnato lo schema elettrico per il collegamento di 4 pile in serie dove si vede che il polo positivo della pila sotto è in contatto col polo negativo della pila sopra. Il polo positivo della prima pila in alto si collega al circuito esterno che conduce le cariche fino al polo negativo dell'ultima pila in basso.

Le cariche elettriche vengono spinte dal polo meno al polo più verso l'alto accumulando energia mano a mano che risalgono ed ogni pila aggiunge la propria quota di energia. L'energia totale è la somma di quelle parziali.

Il collegamento in serie si realizza disponendo un generatore con il polo positivo in contatto col polo negativo del generatore che lo precede.

 

Tipicamente le pile alcaline forniscono 1,5V ciascuna. Per alimentare apparecchi che richiedono tensioni maggiori si devono collegare in serie più pile da 1,5V per cui si possono avere 3V, 4,5V, 6V etc. a passi di 1,5V.

Le pile ricaricabili, come gli accumulatori NiMh, forniscono una tensione di circa 1,2V ed anche in questo caso occore collegarne diverse in serie per l'alimentazione dei circuiti elettronici che abbisognano come minimo di 3,3V.

Gli accumulatori al piombo delle automobili sono composti da sei celle da 2V ciascuna collegate in serie con cui si ottengono i 12V della batteria (In alcuni modelli vecchi si notano ancora i sei tappi di rabbocco dell'acido solforico).

In pratica si usano appositi contenitori "portapile" che hanno al proprio interno i circuiti che realizzano il collegamento in serie.

Nelle figure seguenti si illustrano diversi portapile.

portapile2

portapile5portapile1

  

 

 

 

 

 

 

 

Si notano le molle che servono a tenere ferme le batterie contro i contatti e la disposizione alternata del verso delle pile.

portapile

 

 

Portapile

Un contenitore da quattro pile ha questo schema (figura a destra)

- all'esterno compaiono solo i due collegamenti positvo e negativo per la connessione col circuito elettrico esterno

- al suo interno ci sono i conduttori (in nero) che realizzano il collegamento in serie delle quattro pile.

 

 portapile3

In questa foto a sinistra si vede il dettaglio del collegamento interno fra il polo negativo (quello con la molla) di una pila ed il polo positivo dell'altra pila (quello con l'occhiello metallico).

 

 

 

 

 

Misurazioni.

Tre fotografie dove si misura la tensione su ciascuna delle due pile separatamente e poi si misura la tensione totale sulle due pile in serie.

misuraPileSerie

 

 

Precisazioni

I generatori collegati in serie sono attraversati dalla stessa corrente; non serve metterne uno più grande perchè comunque il più piccolo ne limita il valore massimo.

Ciascun generatore deve essere previsto di dimensioni adatte per essere attraversato dalla corrente del circuito.

 

Quindi, perchè sia possibile ed utile per alimentare circuiti collegando generatori in serie questi devono essere dello stesso tipo e dimensioni (nota 2):

o tutte per corrente continua e con la stessa capacità

o tutte per corrente alternata della stessa frequenza e forma e, per giunta, in sincronia.

 

Non è in genere utile collegare il polo positivo di una pila col polo positivo di un altra. Così facendo i due generatori sono contrapposti e le due forze elettromotrici si sottraggono invece di sommarsi. Se le due fem sono uguali la tensione risultante è zero. Se una delle due forze elettromotrici prevale la corrente circola in accordo con la fem prevalente e l'altro generatore deve ammettere una corrente inversa (nota 3)(nota 4).

Approfondimento teorico

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note

nota 1: la forza elettromotrice (indicata con fem o E) rappresenta il meccanismo interno al generatore che genera la tensione elettrica ai poli. Si misura in volt come la tensione ed è l'energia in loule che il generatore fornisce ad ogni coulomb di carica elettrica. Per saperne di più vai qui.

nota 2: sono possibili altre soluzioni ma il progettista deve curare molti dettagli per non produrre situazioni pericolose o anche solo dannose per i circuiti.

nota 3: talvolta non è un problema; con gli accumulatori o pile ricaricabili si fa così proprio per ricaricarli. Per le pile "usa e getta" c'è invece il rischio di esplosione perchè la corrente inversa innesca reazioni chimiche pericolose.

nota 4: quando due generatori sono collegati in parallelo si trovano proprio in questa situazione.

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