venerdì 8 settembre 2017

Corrente Continua e Corrente Alternata

Qualche settimana fa un lettore ha lasciato un commento sull'articolo dedicato all'Invenzione del Telefono mettendo in luce un'altra disputa tra due uomini di scienza: la Guerra delle Correnti, combattuta tra Thomas Edison e Nikola Telsa

Il primo, celebre sviluppatore della Corrente Continua, cercava a tutti i costi di far sì che l'elettricità venisse distribuita in questa forma. Il secondo sosteneva invece la superiorità della Corrente Alternata. 
Ma come sono andate le cose? Chi ebbe la meglio e perché?

La Centrale Elettrica di Pearl Street


Era il 1878 quando Thomas Edison, dopo centinaia di tentativi, realizzò la prima lampada a incandescenza. Si trattava di un bulbo di vetro vuoto, all'interno del quale veniva fatta scorrere della corrente elettrica attraverso un filamento di cotone carbonizzato (i moderni filamenti al tungsteno furono introdotti solo nei primi anni del Novecento). Come quasi ogni altro materiale, quando è percorso da elettricità il cotone si scalda e - se la corrente è sufficientemente elevata - diventa incandescente. Era l'alba dell'illuminazione elettrica.

Fu lo stesso Edison a fondare - appena un paio d'anni più tardi - la Edison Illuminating Company, la prima compagnia finalizzata alla diffusione della luce elettrica. Quest'ultima, dapprima intenzionata a fornire corrente alla sola New York, eresse la prima centrale elettrica del mondo a Pearl Street, Manhattan...



Ben presto emerse un secondo possibile impiego della corrente, persino più rivoluzionario: il motore elettrico. Le potenzialità del congegno non sfuggirono agli occhi degli imprenditori. L'utilizzo del vapore per azionare le imponenti macchine industriali stava per essere soppiantato dalle nuove tecnologie. Ecco perché bastarono pochi anni per veder sorgere un gran numero di centrali elettriche nel Nuovo e nel Vecchio Mondo, tutte quante costruite sul modello della Pearl Street Station.

A destra: La Pearl Street Station

Tuttavia, la centrale elettrica ideata da Edison era destinata a scontrarsi con un ostacolo al tempo insormontabile. Il funzionamento della Pearl Street Station era basato sulla Corrente Continua: un lento flusso di elettroni che scorrono grossomodo nella stessa direzione all'interno di un conduttore. Edison aveva progettato (e fatto costruire) un enorme conduttore metallico che, ramificato per tutta Manhattan, permetteva ai consumatori di collegarsi direttamente al generatore di Pearl Street.

Il problema di questo sistema di trasporto dell'elettricità sono le enormi dissipazioni di energia. Durante il loro moto all'interno di un materiale, gli elettroni finiscono inevitabilmente per scontrarsi con gli atomi del conduttore che li ospita. La conseguenza di un gran numero di urti è un aumento della temperatura del sistema. Chiaramente, inserire nuovi tratti al conduttore di Edison avrebbe comportato spese insostenibili legate alle enormi perdite di energia. In breve, una rete di distribuzione elettrica interurbana era del tutto fuori discussione.

Tesla e la Corrente Alternata

La soluzione ai problemi di Edison giunse per mano di George Westinghouse, un altro imprenditore americano. Si trattava un uomo molto lungimirante: la sua compagnia, la Westinghouse Electric, era stata fondata già nel 1886 con lo scopo di edificare centrali elettriche alternative a quelle proposte da Edison. Le nuove centrali erano progettate per poter fornire energia ai consumatori sotto forma di Corrente Alternata.

L'intera compagnia di Westinghouse si basava sul lavoro del fisico serbo Nikola Tesla, un ex dipendente della Edison Illuminating Company. A dire il vero, Tesla aveva già proposto dei miglioramenti alla dinamo di Edison e aveva persino ventilato a quest'ultimo la possibilità di migliorare il servizio offerto dalla compagnia attraverso l'impiego di corrente alternata, ma senza ricevere la dovuta attenzione dai suoi superiori.

La Corrente Alternata è strutturalmente diversa dalla sua versione Continua. In parole povere, la corrente proposta da Tesla è costituita da un gran numero di elettroni che si muovono avanti e indietro in maniera ordinata per brevissime distanze lungo un conduttore. Intendiamoci: gli elettroni che costituiscono la corrente alternata non si allontanano mai molto dalla loro posizione iniziale, ma l'intera corrente in questa forma può invece propagarsi su grandi distanze.

Per avere un'idea più chiara della situazione possiamo figurarci la corrente come una lunga fune piena di nodi. La fune rappresenta la corrente, mentre i nodi corrispondono agli elettroni (ai nostri occhi la fine stessa e costituita da nodi). Dato che la corrente che utilizziamo quotidianamente scorre in un circuito chiuso, i due capi della fine devono essere collegati. In quest'ottica la corrente continua è rappresentata dalla fune che scorre su se stessa in maniera continua, come un serpente che insegue la propria coda. La corrente alternata invece è schematizzata dalla stessa fune, il cui verso di scorrimento cambia continuamente e in maniera regolare da orario a antiorario. Per avere un'idea più quantitativa: la corrente (alternata) che ci viene fornita dall'attuale rete elettrica cambia verso 50 volte al secondo.

La Corrente Alternata presenta un enorme vantaggio rispetto alla corrispettiva Continua: è possibile farla fluire in un conduttore per lunghissime distanze senza incorrere nelle enormi dissipazioni che caratterizzano la Corrente Continua. Ecco perché una compagnia finalizzata alla distribuzione di energia sotto forma di corrente alternata era destinata ad avere la meglio sul mercato.

La Guerra delle Correnti

Edison tuttavia non era certo propenso a concedere la vittoria a Westinghouse e alla Tecnologia Tesla. Dopo aver fuso la sua compagnia con la Thomson-Houston Company si trovò a dirigere la compagnia più affermata del settore: la General Electric.

La prima mossa di Edison fu quella di sfruttare un timore, in parte giustificato, diffuso tra la popolazione: la Corrente Alternata necessita di un voltaggio particolarmente elevato per viaggiare su grandi distanze senza sostanziali dissipazioni di energia. Tuttavia, la tensione richiesta dalla corrente di Tesla era ritenuta estremamente pericolosa, addirittura fatale, per l'uomo. Chiaramente, l'idea di far scorrere nella propria abitazione una corrente elettrica mortale non doveva essere particolarmente allettante per i potenziali clienti della Westinghouse Company.

In realtà Tesla aveva pensato anche a questo. La Corrente Alternata si propaga per lunghe distanze a voltaggi molto elevati, è vero, ma prima di entrare nelle nostre case il suo voltaggio viene opportunamente ridotto attraverso un trasformatore fino a diventare quasi innocuo.

Edison tuttavia non si curò certo di pubblicizzare le precauzioni prese da Tesla per evitare incidenti fatali nella vita quotidiana. Anzi, per dare adito ai timori dei consumatori fece costruire una sedia elettrica a corrente alternata e la utilizzò pubblicamente per folgorare Topsy, una femmina di elefante "colpevole" di aver assassinato tre persone...

(Il video che segue dovrebbe illustrare la potenza della corrente elettrica, lo sconsiglierei alle persone sensibili.. Io non l'ho visionato .. NdC)




In risposta alla provocazione di Edison, Tesla fece scorrere della Corrente Alternata attraverso il suo stesso corpo (a voltaggio ridotto ovviamente) senza riportare alcun danno.

La rivalità tra i due inventori e le rispettive compagnie proseguì e fu ingigantita da un significativo interesse mediatico, tanto da essere definita "Guerra delle Correnti".

Il colpo di grazia fu inferto nel 1893, quando a Chicago venne inaugurata la Fiera Mondiale Colombiana per celebrare i 400 anni dalla scoperta dell'America.

A sinistra: La Fiera Mondiale Colombiana

Per onorare la ricorrenza fu richiesto che l'intera fiera fosse dotata di illuminazione artificiale. L'occasione non sfuggì alle due compagnie, che tentarono fin da subito di accaparrarsi quest'occasione irripetibile: un evento di tale portata avrebbe dato risalto alla compagnia vincente su scala globale, e in definitiva avrebbe affermato la superiorità di una delle due Correnti sull'altra.

Tuttavia la General Electric, impantanata nelle costose dissipazioni di energia legate all'utilizzo di corrente continua, poté fare ben poco per arginare i costi che una tale opera avrebbe comportato. Ecco perché, quando arrivò il momento di affidare l'illuminazione della Fiera Mondiale a una delle due compagnie, la Westinghouse Company aveva presentato un preventivo pari alla metà di quello offerto da Edison e dalla sua General Electric. E così Tesla ebbe la possibilità di mostrare al mondo le sue invenzioni. 

La Corrente Alternata aveva vinto.

Tuttavia a Edison non si può negare il merito dell'aver saputo accettare la sconfitta: dopo alcuni anni, l'inventore riconobbe di aver commesso un errore imperdonabile e investì gran parte del capitale accumulato con la General Electrics per finanziare la diffusione della stessa Corrente Alternata che aveva fatto di tutto per screditare. Anzi, paradossalmente Edison acquistò il monopolio della produzione di corrente elettrica, tanto che anche oggi continuiamo ad associare il suo nome all'elettricità che sfruttiamo tutti i giorni - senza riconoscere che l'intero impianto di distribuzione della corrente è figlio del lavoro di Nikola Tesla.

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