La corrente alternata (AC) è una forma di corrente elettrica in cui il flusso di cariche elettriche inverte direzione periodicamente. Questo tipo di corrente è ampiamente utilizzato in tutto il mondo per la distribuzione di energia elettrica nelle abitazioni, nelle industrie e nei dispositivi elettronici. La predominanza della corrente alternata rispetto alla corrente continua (DC), che scorre in una sola direzione, è attribuibile a diversi fattori, tra cui la facilità di trasformazione della tensione e l'efficienza nella trasmissione su lunghe distanze.

La corrente alternata è caratterizzata da una forma d'onda sinusoidale, anche se possono esistere altre forme d'onda come quelle quadra e triangolare. La frequenza di una corrente alternata è comunemente espressa in hertz (Hz), che indica il numero di cicli completi che si verificano in un secondo. Nella maggior parte dei paesi, la frequenza standard per la corrente alternata è di 50 Hz o 60 Hz. Un altro parametro importante è l'ampiezza della tensione, che determina la potenza disponibile per alimentare i dispositivi.

Un aspetto fondamentale della corrente alternata è la sua capacità di essere trasformata in tensioni diverse attraverso l'uso di trasformatori. Questo è particolarmente utile per la trasmissione di energia elettrica su lunghe distanze, poiché permette di aumentare la tensione per ridurre la corrente e, di conseguenza, le perdite di energia per effetto Joule. La trasformazione della tensione avviene grazie al principio dell'induzione elettromagnetica, scoperto da Michael Faraday nel XIX secolo. Utilizzando trasformatori, l'energia elettrica può essere trasmessa in modo più efficiente dalle centrali elettriche ai centri di consumo.

La corrente alternata è utilizzata in una vasta gamma di applicazioni. Nelle abitazioni, la corrente alternata alimenta la maggior parte degli elettrodomestici, come frigoriferi, lavatrici, asciugatrici e sistemi di illuminazione. Inoltre, è utilizzata per alimentare dispositivi elettronici come televisori, computer e smartphone, molti dei quali utilizzano alimentatori che convertono la corrente alternata in corrente continua per il funzionamento interno.

Nell'industria, la corrente alternata è fondamentale per il funzionamento di motori elettrici, che sono utilizzati in macchinari di vari tipi, dalle linee di assemblaggio agli ascensori. I motori a corrente alternata sono apprezzati per la loro robustezza e la capacità di operare a diverse potenze e velocità, rendendoli versatili in una varietà di applicazioni industriali.

Inoltre, la corrente alternata è utilizzata nei sistemi di trasporto ferroviario, dove alimenta treni elettrici e tram. In questo contesto, la corrente alternata offre vantaggi significativi rispetto alla corrente continua, poiché può essere facilmente trasformata e gestita per adattarsi ai requisiti di potenza e performance dei veicoli.

Dal punto di vista matematico, la corrente alternata può essere descritta in termini di grandezze sinusoidali. Se consideriamo una tensione alternata espressa come una funzione del tempo, possiamo utilizzare la formula:

V(t) = Vmax * sin(ωt + φ)

dove V(t) è la tensione istantanea, Vmax è l'ampiezza massima della tensione, ω è la pulsazione (espressa in rad/s) e φ è la fase iniziale dell'onda. La pulsazione ω è correlata alla frequenza f (in Hz) secondo la relazione:

ω = 2πf

Un'altra grandezza importante è l'impedenza (Z), che rappresenta la resistenza totale che un circuito AC presenta al passaggio della corrente. L'impedenza tiene conto sia della resistenza (R) che della reattanza (X), che è la parte della resistenza dovuta a componenti induttivi e capacitivi. L'impedenza può essere espressa come:

Z = √(R² + X²)

In un circuito in corrente alternata, le leggi di Kirchhoff per la corrente e la tensione si applicano in modo simile a quanto avviene nei circuiti in corrente continua, ma occorre tenere conto della fase delle grandezze. Le correnti e le tensioni sono rappresentate come fasori, permettendo di analizzare i circuiti in modo più semplice.

La storia dello sviluppo della corrente alternata è segnata da una serie di figure chiave e scoperte fondamentali. Nikola Tesla, un inventore e ingegnere serbo-americano, è uno dei principali pionieri della corrente alternata. Negli anni '80 del XIX secolo, Tesla sviluppò il sistema di distribuzione della corrente alternata e concepì il motore a induzione, che ha rivoluzionato il modo di utilizzare l'energia elettrica.

In competizione con Thomas Edison, sostenitore della corrente continua, Tesla e il suo sistema di corrente alternata hanno vinto la guerra delle correnti, che ha portato alla diffusione della corrente alternata nei sistemi di distribuzione elettrica. L'Esposizione Universale di Chicago nel 1893, in cui il sistema di Tesla alimentava le luci dell'evento, rappresentò un punto di svolta cruciale per l'accettazione della corrente alternata.

Un altro contributo significativo viene da George Westinghouse, un industriale e ingegnere americano, che riconobbe il potenziale commerciale della tecnologia di Tesla. Westinghouse Electric Corporation ha implementato e commercializzato i sistemi di corrente alternata, contribuendo a trasformare l'infrastruttura elettrica negli Stati Uniti e in altre parti del mondo.

Inoltre, il lavoro di altri scienziati e ingegneri ha contribuito allo sviluppo della corrente alternata, come Michael Faraday, che ha gettato le basi per l'elettromagnetismo, e Oliver Heaviside, che ha sviluppato le teorie sui circuiti elettrici e ha introdotto il concetto di reattanza.

In sintesi, la corrente alternata è una componente fondamentale della nostra vita moderna, essenziale per alimentare una vasta gamma di dispositivi e sistemi. La sua capacità di essere facilmente trasformata e trasmessa su lunghe distanze ha reso possibile l'espansione delle reti elettriche e ha rivoluzionato il modo in cui utilizziamo l'energia. La storia e lo sviluppo della corrente alternata sono il risultato del lavoro di molti pionieri che hanno contribuito a creare il mondo elettrico in cui viviamo oggi.