Elettricità
Vantaggi e svantaggi
L'energia elettrica non è una fonte energetica primaria, ma deriva dalla trasformazione di diversi tipi
di energia: chimica, idrica, solare, ecc. Per questo motivo viene definita energia secondaria.
L'energia elettrica presenta i seguenti vantaggi:
• È un'energia comoda e facile da usare: basta premere un interruttore e l'energia elettrica è subito
disponibile.
• È un'energia pulita: non produce polveri o elementi inquinanti nel momento in cui viene
utilizzata.
• Si può trasportare con relativa facilità anche a migliaia di chilometri dal luogo di produzione.
• Può essere facilmente trasformata in altre forme di energia: meccanica, termica, luminosa, ecc.
L'energia elettrica anche degli svantaggi:
• La conversione in energia elettrica di altre fonti energetiche primarie (carbone, petrolio, gas )
avviene con una notevole perdita energetica, solo il 30 - 40% di energia primaria viene
convertita in energia elettrica utilizzabile.
• L'energia elettrica non può essere accumulata convenientemente su larga scala.
• L'energia può essere trasportata a grandi distanze ma ciò comporta una notevole perdita
energetica.
La struttura dell'atomo
Possiamo immaginare l'atomo come ad un sistema solare in miniatura. Nel
centro troviamo il nucleo composto da protoni (con carica elettrica positiva)
e neutroni (senza carica elettrica), intorno al nucleo ruotano gli elettroni
(con carica elettrica negativa). Ogni atomo è elettricamente neutro perché il
numero dei protoni è uguale a quello degli elettroni. Nel sistema solare la
forza di gravità trattiene i pianeti, mentre la forza che trattiene gli elettroni
attorno al nucleo è l'elettricità, infatti due corpi carichi di elettricità diversa
si attraggono.
La corrente elettrica
Esistono in natura alcuni elementi (come i metalli) i cui atomi hanno la
tendenza a perdere gli elettroni delle orbite più esterne. La corrente elettrica
è un movimento indotto di elettroni. Tale movimento non si verifica
spontaneamente ma ha bisogno di una qualche forma di energia (generatori).
I generatori di corrente elettrica possono essere divisi in due categorie:
• Generatori che sfruttano l'energia chimica (le pile);
• Generatori che sfruttano l'energia meccanica e magnetica (dinamo e alternatori).
Conduttori e isolanti
Ogni materiale ha un comportamento specifico nei confronti dell'elettricità. Si chiamano conduttori
i materiali che si lasciano attraversare con facilità dalla corrente elettrica ad esempio i metalli e le
soluzioni elettrolitiche (acqua e sale). Sono chiamate isolanti quelle sostanze che impediscono il
passaggio della corrente elettrica (ceramica, vetro, gomma, legno secco, olio).
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Elettricità
Grandezze fondamentali
Tensione (Volt)
La tensione elettrica, detta anche differenza di potenziale, è il dislivello elettrico con cui vengono
mantenuti gli elettroni e si misura in Volt (V). Tale dislivello è mantenuto dal generatore di
corrente.
Intensità (Ampere)
Immaginiamo di essere sul bordo di un'autostrada per misurare l'intensità del traffico in quel punto:
usando come traguardo una linea immaginaria, trasversale alla corsia, conteremo il numero di
autoveicoli che la oltrepasseranno in un certo intervallo di tempo.
Con lo stesso metodo possiamo misurare l'intensità della corrente elettrica, che consiste nello
spostamento di elettroni liberi all'interno di un circuito. L'unità di misura è l'ampere (A).
Resistenza (Ohm)
La resistenza di un conduttore rappresenta la sua capacità di opporsi al passaggio della corrente
elettrica e si misura in ohm (Ω). Tale grandezza dipende:
• Dal materiale, esistono buoni e cattivi conduttori
• Dalla lunghezza, più il conduttore è lungo più oppone resistenza (direttamente proporzionale)
• Dalla sezione, più la sezione è ridotta più oppone resistenza (inversamente proporzionale)
R= ρ (L / S)
ρ indica la resistenza specifica o resistività del materiale
Materiale
Argento
Rame
Alluminio
Zinco
Stagno
Piombo
Nichel – Cromo
Carbone
ρ
0,016
0,017
0,03
0,06
0,13
0,21
1
20 - 100
Legge di Ohm
Le tre grandezze tensione, intensità di corrente e resistenza sono strettamente legate tra di loro
secondo una ben precisa relazione chiamata legge di Ohm, dal nome del fisico tedesco che la scoprì.
Intensità = Tensione / Resistenza
Che in forma abbreviata si scrive
I=V/R
La legge si può esprimere in questo modo: in un circuito elettrico con una resistenza costante
aumentando la tensione aumenta anche l'intensità di corrente ovvero sono direttamente
proporzionali.
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Elettricità
I generatori
La pila
È un apparecchio generalmente di piccole dimensioni, ermeticamente
sigillato, senza parti in movimento. Quando l'apparecchio è inserito in un
circuito elettrico si sviluppano delle reazioni chimiche che generano una
corrente continua.
La pila di Volta
Il primo generatore di corrente continua è stato realizzato da Alessandro
Volta nel 1801. Le coppie rame - zinco sono impilate a colonna, separate
da feltri imbevute in acqua acidula ( con acido solforico), l'apparecchio
utilizzatore (lampadina) viene poi collegato alle due estremità della pila,
cioè polo positivo e negativo.
Le pile a secco
Sono le pile che attualmente utilizziamo. Sono formate da
un guscio cilindrico con tre strati diversi: quello esterno è un
lamierino di latta, con funzione protettiva; quello intermedio
è di plastica, con funzione isolante; quello interno è di zinco
e costituisce il polo negativo. Il cilindro di zinco è riempito
con l'elettrolito, una pasta nerastra che contiene dei sali
ammoniacali, dentro vi è immerso un cilindro di carbone
che costituisce il polo positivo. Questo tipo di pile vengono
dette Leclanchè (Leclanscè) e forniscono una tensione di
1,5V.
L'alternatore
È una macchina che trasforma energia di movimento in energia elettrica. Dentro vi sono dei
magneti che, ruotando, producono corrente elettrica.
L'alternatore sfrutta il principio dell' induzione elettromagnetica: un campo magnetico variabile da
origine, in un conduttore, ad una forza elettromotrice capace di indurre un movimento di elettroni,
corrente elettrica indotta.
Ogni alternatore è costituito da una parte mobile (rotore), che genera il campo magnetico variabile,
e da una parte fissa (statore), nella quale si trova il filo conduttore che raccoglie la corrente indotta.
Esistono alternatori di dimensioni e potenza diverse:
• Nelle centrali elettriche l'energia elettrica è prodotta da enormi alternatori messi in movimento
da grandi turbine
• Nelle automobili c'è un alternatore che sfrutta l'energia di movimento del motore
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Tipi di circuiti
Circuito in serie
È formato da apparecchi utilizzatori collegati uno di seguito all'altro. La tensione (Volt) viene ripartita tra i singoli
apparecchi. In questo tipo di circuito se anche solo un utilizzatore non funzione (ad esempio una lampadina fulminata)
si interromperà tutto il circuito. Il collegamento in serie si usa raramente. L'illuminazione dell'albero di Natale e alcuni
tipi illuminazione pubblica sono esempi di circuiti in serie
Circuito in parallelo
È formato da apparecchi utilizzatori collegati alla stessa linea di alimentazione, ognuno per proprio conto. Ogni
apparecchio è sottoposto alla stessa tensione (Volt) ed assorbe l'intensità di corrente (Ampere) previsti per il suo
funzionamento. Il collegamento in parallelo è molto comune ad esempio il circuito della nostra rete domestica.
I tipi di circuiti sopra descritti (serie e parallelo) possono essere applicati anche alle pile (o altri generatori).
Nel collegamento in serie di pile la tensione di ciascuna pila si somma, si produrrà, quindi, una corrente di maggiore
intensità.
Nel collegamento in parallelo di pile la tensione totale sarà uguale a quella fornita da ciascuna singola pila. Aumenterà
l'intensità.
Realizza i collegamenti fra le pile e le lampadine delle figure in modo tale che i circuiti funzionino correttamente
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