elettricità

DEFINIZIONI INIZIALI
L'elettrotecnica studia le “applicazioni” dell'elettricità.
Col termine elettricità si fa riferimento a tutti i fenomeni che
coinvolgono l'elettromagnetismo, con particolare riferimento
all'elettrostatica. I responsabili di tali fenomeni sono particelle
cariche su scala molecolare: i protoni nel nucleo di atomi o molecole
ionizzate, e gli elettroni. I tipici effetti visibili sono le correnti
elettriche e l'attrazione o repulsione di corpi elettricamente carichi.
L'elettricità è responsabile di ben noti fenomeni fisici come il fulmine
o l'elettrizzazione, e rappresenta l'elemento essenziale di alcune
applicazioni industriali come l'elettrotecnica e l'elettronica.
Divenuta contemporaneamente il più diffuso mezzo di trasporto per
l'energia (l'elettrotecnica ) e uno dei più diffusi mezzi di trasporto
per l'informazione (l'elettronica), l'elettricità è diventata il simbolo
del mondo moderno: illumina le abitazioni, fa funzionare le fabbriche
e rende vicini i popoli più lontani.
1
L’ATOMO
Struttura atomica
Verso la fine dell'Ottocento (con la scoperta dell'elettrone) fu dimostrato
che l'atomo non era indivisibile, bensì a sua volta composto da
particelle più piccole .
In particolare, l'atomo è composto da un nucleo carico positivamente e
da un numero di elettroni, carichi negativamente, che gli ruotano
attorno senza un'orbita precisa (l'elettrone si dice quindi
"delocalizzato"), nei cosiddetti "gusci elettronici".
Il nucleo è composto da protoni, che sono particelle cariche
positivamente e da neutroni, che sono particelle prive di carica:
protoni e neutroni sono detti nucleoni.
In proporzione, se il nucleo atomico fosse grande quanto una mela, gli
elettroni gli ruoterebbero attorno ad una distanza pari a circa un
chilometro; un nucleone ha massa quasi 1800 volte superiore a
quella di un elettrone.
Infine, è importante osservare che i nucleoni non sono fermi, ma sono in
continuo movimento a velocità molto elevata, circa il 20% della
velocità della luce.
2
L’ATOMO
Particella
Simbolo
Carica
Massa
Elettrone
e-
-1,6 × 10-19 C
9,1093826 × 10-31 kg
Protone
p+
1,6 × 10-19 C
1,6726231 × 10-27 kg
Neutrone
n
0C
1,674 927 29(28) ×
10−27 kg
Atomo di litio
Atomo di elio
3
L’ATOMO
Atomo di berillio
Atomo di bario
4
L’ATOMO
Attorno al nucleo
possono esserci al
massimo 7 gusci con
elettroni orbitanti.
Ogni guscio può
contenere solo un
numero limitato di
elettroni
5
Tabella periodica degli elementi
Nella tabella periodica degli elementi sono riportati tutti i
dati e le caratteristiche degli atomi conosciuti. Di seguito
potete studiare la tabella periodica in uno dei seguenti siti:
http://ww2.unime.it/weblab/ita/pertab_ita.html
http://www.chim1.unifi.it/dida/mendel.htm
http://www.ptable.com/
Tabella periodica degli elementi
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Modello elettronico di un atomo
Teoria degli orbitali atomici
Un orbitale può essere definito come il volume all'interno del quale ci sia una
certa probabilità di trovare un elettrone caratterizzato da una certa energia.
L'elettrone può assumere solo determinati valori di energia.
A ciascuno di tali valori è dunque associato un determinato volume.
A ciascuno di tali volumi è stata attribuita una sigla.
In ordine crescente di energia abbiamo gli orbitali 1s, 2s, 2p, 3s, 3p ....
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Esempi di modelli di alcuni atomi
Consideriamo il carbonio, l’azoto, l’ossigeno e il fluoro
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Esempi di modelli di alcuni atomi
Carbonio (C)
(ha 6 elettroni)
Azoto (N)
(ha 7 elettroni)
Ossigeno (O)
(ha 8 elettroni)
Fluoro (F)
(ha 9 elettroni)
1s2 2s2 2p2
1s2 2s2 2p3
1s2 2s2 2p4
1s2 2s2 2p5
Il carbonio ha 2 elettroni sull’orbitale 1s, 2 elettroni sull’orbitale 2s, 2 elettroni
sull’orbitale 2p. Quindi ha 4 posti liberi nell’orbitale 2p.
Per l’azoto si hanno 3 elettroni nell’orbitale 2p. Quindi ha 3 posti liberi
nell’orbitale 2p.
L’ossigeno ha 4 elettroni nell’orbitale 2p. Quindi ha 2 posti liberi nell’orbitale
2p.
Infine il fluoro ha 5 elettroni nell’orbitale 2p. Quindi ha 1 posto libero
nell’orbitale 2p.
I posti liberi (appartengono agli orbitali più esterni, cioè lontani dal nucleo)
sono occupabili da elettroni di altri atomi e quindi si hanno i legami chimici.
Gli elettroni che appartengono all’orbitale più esterno (in questi esempi è il
2p) si chiamano elettroni di valenza.
9
Energia di ionizzazione
L'energia di ionizzazione di un atomo o di una molecola è l'energia minima
richiesta per allontanare da esso\a un elettrone e portarlo a distanza infinita.
L'unità di misura con cui vengono espresse è quasi sempre l'elettronvolt, eV.
{ ARGOMENTO DA STUDIARE SUCCESSIVAMENTE }
[Un elettronvolt è 1 volt (cioè 1 joule diviso per 1 coulomb) moltiplicato per la carica
dell'elettrone; ne risulta un quantitativo molto piccolo di energia:
1 eV = 1,602 176 46 × 10-19 J;
1 eV = 1,602 176 46 × 10-12 erg.]
Gruppo
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
4
Sc
6.56144
Ti
6.8282
V
6.746
Cr
6.76664
Mn
7.43402
Fe
7.9024
Co
7.8810
Ni
7.6398
Cu
7.72638
Zn
9.3940
5
Y
6.217
Zr
6.63390
Nb
6.75885
Mo
7.09243
Tc
7.28
Ru
7.36050
Rh
7.45890
Pd
8.3369
Ag
7.57624
Cd
8.9937
6
La
5.5770
Hf
6.82507
Ta
7.89
W
7.98
Re
7.88
Os
8.7
Ir
9.1
Pt
9.0
Au
9.22567
Hg
10.4375
Periodo
10
I metalli e i conduttori
I metalli tendono a cedere con facilità i propri elettroni di valenza a non
tenersi quelli in eccesso per raggiungere la configurazione elettronica
dei gas nobili: hanno cioè una bassa energia di ionizzazione e una
scarsa affinità elettronica. Il contrario accade per i semimetalli ed a
maggior ragione per i non metalli. Quando più atomi metallici si
aggregano a formare una struttura cristallina quindi, gli elettroni di
legame vengono condivisi tra tutti i partecipanti dando luogo ad orbitali
molecolari delocalizzati in tutto il solido. La delocalizzazione elettronica
e l'elevato numero di oggetti presenti contribuisce a tenere insieme gli
ioni costituenti, anche se l'energia di legame per atomo non è molto
elevata; permette di conseguenza alle cariche di muoversi liberamente
all'interno del metallo. Si parla per questo di gas di elettroni. La
disponibilità di tante cariche libere spiega bene l'ottima conducibilità
elettrica e termica, insieme alla proprietà di assorbire e/o riflettere la
luce totalmente anche in strati sottilissimi, di poche decine di atomi.
Generalmente gli elementi chimici metallici sono quasi tutti nella zona di
transizione centrale della tavola periodica, fra gli alcalino-terrosi e gli
alogeni; sono quasi tutti di peso atomico medio o medio-alto; gli
elementi metallici più leggeri possono essere portati allo stato metallico
solo con difficoltà.
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I metalli e i conduttori
Un conduttore elettrico è un elemento fisico in grado di far scorrere al suo interno la
corrente elettrica con facilità. I metalli, solitamente, sono buoni conduttori, i migliori in
ordine decrescente sono: argento, rame, oro, alluminio, tungsteno, bronzo, nickel,
platino, ferro e piombo. D'altra parte possono condurre facilmente l’elettricità anche
l’acqua, la terra e il corpo umano. I conduttori sono caratterizzati dalla presenza di
elettroni liberi nell'orbita di valenza degli atomi del reticolo cristallino (conduttori di
prima specie) o sono specie ioniche che si fanno carico di trasportare la corrente
elettrica (conduttore di seconda specie).
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Il passaggio di cariche elettriche avviene con modalità diverse a seconda dello
stato di aggregazione della sostanza: nei solidi (metalli e leghe metalliche) ossia
degli elettroni liberi di muoversi entro il materiale perché dotati di un’energia
sufficientemente alta da consentir loro di sfuggire all’attrazione dei rispettivi
nuclei, ma non abbastanza da farli uscire dal materiale.
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Nei liquidi (soluzioni), la corrente è sostenuta dal moto degli ioni, sia positivi che
negativi; nei gas dal moto degli elettroni e degli ioni.
Conduzione elettrica nei liquidi
Buoni conduttori di corrente sono i
metalli, oltre che particolari
soluzioni, le soluzioni
elettrolitiche nelle quali alcune
sostanze, chiamate soluto,
vengono sciolte in acqua, che è il
solvente.
Le soluzioni elettrolitiche sono
soluzioni acquose, nelle quali il
soluto è un acido, un idrossido,
oppure un sale. Quando il soluto si
scioglie nel solvente, le sue
molecole si "spezzano" dividendosi
in ioni, e quindi in cariche, che
possono muoversi liberamente
all'interno del liquido.
Un tipico esempio di soluzione
elettrolitica è quello della batteria
delle automobili.
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Conduzione elettrica nei solidi
IL RAME (CU =
cuprum in latino)
In elettrotecnica ed in
elettronica il
conduttore più usato
è il rame, sebbene il
migliore conduttore
sia l’argento. Però
per motivi economici
si preferisce il rame.
La plastica che avvolge ha una funzione
importante che sarà spiegata tra alcune
diapositive.
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IL RAME – CONFIGURAZIONE DEGLI ELETTRONI SUGLI ORBITALI
17
GLI ISOLANTI
I conduttori sono, come già chiarito, dei materiali che permettono agli elettroni
liberi di circolare facilmente al loro interno. Sorge però a questo punto il
problema di come evitare che essi “escano fuori”, come per esempio in
occasione della manipolazione da parte di una persona per manutenzione o
altro. È evidente che un contatto tra conduttore e una parte del corpo umano
provoca una fuoriuscita di elettroni e questi attraversando la persona
(folgorazione) può causare gravi ferite o addirittura la morte. L’argomento
riguardante l’attraversamento del corpo umano da parte degli elettroni è vasto e
riguarda la medicina. Esso sarà brevemente trattato in appendice per fornire le
necessarie informazioni a chi lavora con l’elettricità ed evitare incidenti. Tuttavia
è necessario proteggere il conduttore ed evitare la dispersione degli elettroni
anche per altri motivi. Per esempio quando si realizzano impianti c’è bisogno di
stendere cavi di rame che alloggiano entro i muri delle case o all’interno di
canaline sovrapposte alle pareti. Spesso ci sono molti cavi che “viaggiano” uno a
contatto con l’altro. Anche in questo caso gli elettroni “non devono passare” da
un cavo all’altro. Questo fenomeno è denominato “corto circuito”, proprio
perché gli elettroni invece di continuare la loro corsa all’interno del loro cavo,
prendono una strada “più breve” passando nel cavo che gli sta a fianco.
Queste sono le motivazioni per cui si devono “rivestire” i cavi di rame con
materiali che impediscano il fenomeno descritto.
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GLI ISOLANTI
I materiali che realizzano la funzione protettiva già descritta sono di diversa tipologia:
naturali ed artificiale, solidi o liquidi.
Gli isolanti che troviamo in natura derivano dalle gomme tipo il caucciù (ora non più
usato),da vegetali come la carta, la seta, da rocce come la mica, vetro, ceramiche,
oppure sono liquidi come oli minerali derivati dal petrolio (infiammabili) oppure oli al
silicone (non infiammabili) .Questi isolanti si usano per alcune grandi macchine
elettriche.
Molto più usati oggi sono gli isolanti derivati dalla sintesi chimica che hanno vantaggi
rispetto a quelli naturali. Innanzi tutto riescono a “contenere”, cioè ad isolare, meglio
gli elettroni e costano anche di meno. Anch’essi possono essere solidi o liquidi.
In seguito accenneremo agli isolanti in PVC, mentre altri tipi si studieranno quando si
parlerà dei condensatori.
Le proprietà isolanti riguardano la capacità che essi hanno di resistere alle energie
possedute dagli elettroni, ma anche di resistere al calore ed al fuoco.
Parleremo subito della prima capacità e successivamente della seconda.
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GLI ISOLANTI
Occorre discutere del comportamento degli isolanti nei riguardi delle quantità di
energia che possono trasportare.
Facciamo un esempio non elettrico.
Supponiamo di dovere realizzare un impianto idraulico. Sorge il problema di
scegliere opportunamente la sezione dei tubi ed il loro spessore in funzione della
quantità di acqua al secondo che deve trasportare (portata). È intuitivo rispondere
che se la portata è grande occorreranno tubi di grande sezione e con pareti di
grande spessore. Viceversa se la portata è piccola. Perché è così? Per grandi
portate, la sezione grande serve a favorire il passaggio di grandi quantità d’acqua,
mentre lo spessore delle pareti del tubo serve a resistere alla grande pressione
esercitata dall’acqua. Il contrario sarà per piccole portate.
Se adesso torniamo a considerare l’elettrotecnica si può dire che la sezione del
tubo dipende da quanti elettroni al secondo bisogna far passare (cioè dalla loro
quantità), mentre l’isolante ha la funzione che aveva lo spessore del tubo del caso
idraulico. L’isolante quindi ha la funzione di resistere alla “pressione” esercitata
dagli elettroni, che dipende dalla loro energia (non dalla loro quantità!).
Il concetto esposto è importantissimo e sarà ancora studiato fra qualche lezione.
Facciamo ancora un esempio tratto dal traffico delle automobili.
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GLI ISOLANTI
Consideriamo una strada di città: in essa può aversi un grande traffico ma le
automobili potrebbero avere una bassa velocità. È ciò che accade in occasione di
partenze per le vacanze, incidenti, ecc. Le automobili sono tantissime, ma
viaggiando a velocità minima hanno anche una energia cinetica altrettanto piccola.
È ovvio che non c’è bisogno di grandi protezioni per i pedoni che camminano sui
marciapiedi, poiché le basse velocità rendono molto improbabile che una
automobile “finisca fuori strada” (se l’autista è sobrio!).
Questa è la situazione che si verifica in elettrotecnica quando non occorre l’uso di
isolanti particolarmente buoni.
Consideriamo ora un’autostrada o addirittura una pista per corse automobilistiche:
in questi due casi si avrà un traffico minore ma le automobili saranno velocissime.
Per la verità accade qualche volta che le autostrade si intasino per qualche
situazione particolare, ma negli autodromi questo non accade mai. Quello che
interessa ora è la grande velocità e quindi la grande energia cinetica delle
automobili. È ovvio che adesso bisogna proteggere chi si trova ai margini
dell’autostrada o dell’autodromo con protezioni serie, poiché l’evento che una
automobile “finisca fuori strada” è molto più probabile.
Questa è la situazione che si verifica in elettrotecnica quando occorre l’uso di
isolanti particolarmente buoni.
21
GLI ISOLANTI
L’isolante è rappresentato dalla barriera che impedisce all’automobile di uscire
“fuori strada”. Dal paragone fatto si ricava che l’isolante deve essere migliore
non quando ci sono tante automobili, ma quando le automobili sono molto
veloci. In elettrotecnica la velocità delle automobili è rappresentato dall’energia
posseduta da 1 C di carica. Di questo si parlerà ancora meglio nelle prossime
lezioni.
Naturalmente si può agire oltre che sullo spessore (che non sempre si può
aumentare a piacere), anche su tipi di materiali più resistenti Gli isolanti non
sono tutti uguali: ci sono quelli che isolano meglio di altri.
Si useranno gli isolanti adeguati all’impianto che si sta realizzando, poiché gli
isolanti non hanno tutti lo stesso costo.
Tra qualche lezione sarà precisato meglio il significato di maggiore o minore
capacità di isolamento.
Un’ultima osservazione da fare riguarda l’importanza degli isolanti: senza di essi
non sarebbe possibili realizzare impianti o macchine o circuiti elettrici. Quindi gli
studiosi di elettricità e di elettrotecnica sono sempre alla ricerca di nuovi
materiali.
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Isolanti autoestinguenti
Trattiamo ora della seconda proprietà che devono avere gli isolanti.
Per i cavi elettrici sono utilizzate plastiche sintetiche con proprietà speciali
riguardo al fuoco. In base alle normative in vigore questi isolanti non devono
incendiarsi. Quindi hanno la proprietà denominata “autoestinguente”, che
significa che si spengono da soli.
Facciamo qualche approfondimento su questa importante questione.
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Isolanti autoestinguenti
COMPORTAMENTO AL FUOCO
In funzione del loro comportamento al fuoco, i cavi elettrici possono essere: non
propaganti la fiamma; non propaganti l’incendio; a bassa emissione di fumi, gas
tossici e corrosivi (LSOH); resistenti al fuoco. Qual è la differenza?
Un cavo “non propagante la fiamma”, è dotato di un isolamento autoestinguente,
ma è efficace soltanto se è installato da solo; se i cavi non propaganti la fiamma
vengono installati in fascio, l’incendio si propaga lungo il fascio stesso. Due cavi
distanti meno di 25 cm costituisco già un fascio.
L’isolamento di un cavo “non propagante l’incendio”, invece, è autoestinguente
anche quando è posato in fascio.
E’ bene ricordare che se i cavi non propaganti l’incendio sono installati in numero
maggiore di quello previsto dalle norme di prodotto, non è più garantita
l’autoestiguenza del fascio.
Un cavo LSOH (Low Smoke Zero Halogen) ha un isolamento che brucia con
bassa emissione di fumi, gas tossici e corrosivi.
Un cavo “resistente al fuoco” deve continuare a funzionare, per un tempo
stabilito dalle norme, anche se sottoposto al fuoco.
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Isolanti autoestinguenti in PVC
I cavi che hanno l'isolante e la guaina in PVC (polivinilcloruro) sono idonei per
temperature di esercizio fino a 700°C, sono a ridotta e missione di gas alogenidrici,
autoestinguenti e non propaganti l'incendio. Sono previsti per trasporto di energia e
per segnalamento. La tensione di utilizzazione è di 450/750 V per i tipi N07V-K e
N07V-R e 600/1000V per tutti gli altri: N1VV-K, NlVC7V-K, N1VC4V-K. Le ottime
prestazioni e il costo contenuto consentono un largo impiego nel settore industriale
e civile. La costruzione è conforme alle normative CEI/UNEL, e può essere
modificata, per esempio utilizzando materiale per guaine resistente agli idrocarburi,
quale miglioria alle caratteristiche di base.
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Definizione di “intensità corrente elettrica”
Abbiamo discusso sulla presenza di elettroni liberi all’interno dei conduttori (rame).
Dobbiamo adesso trovare un modo per contare quanti di essi attraversano un
punto del conduttore in un secondo.
Tale grandezza deve essere significativa teoricamente e facile da utilizzare
praticamente.
Siccome il numero di elettroni liberi (che cioè sono in grado di muoversi) presenti
all’interno di un conduttore è estremamente elevato, è difficile contarli
singolarmente.
Per superare tale ostacolo si considera una grandezza macroscopica che è molto
più semplice da utilizzare nei calcoli e nelle misure.
Si introduce l’unità di carica elettrica denominata COULOMB = [C].
Questa unità di misura fa parte del sistema di unità di misure MKSQ, dove Q
significa proprio carica elettrica.
Il Coulomb si può definire come la quantità di carica posseduta da 1,6 × 1019
elettroni. 1 C cioè è costituito da 16 miliardi di miliardi di elettroni.
Questo numero enorme di elettroni è esattamente quello contenuto in 1 Coulomb.
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Definizione di “intensità corrente elettrica”
Adesso sappiamo quanti elettroni sono contenuti in 1 Coulomb di carica. Il
passo successivo è quello di contare quanti ne passano in un secondo
attraverso un punto qualsiasi di un conduttore.
Ci occorre una nuova unità di misura: essa è denominata AMPERE = [A].
La sua definizione è semplice: è la quantità di carica (espressa in Coulomb)
che attraversa un punto di un conduttore in 1 secondo.
Quindi:
[
] [ ]
[A ] = Coulomb = C
[secondo ] [s ]
Per fare un paragone familiare, che abbiamo sotto gli occhi tutti i giorni,
consideriamo il traffico delle automobili che passano sotto casa nostra.
Se ci affacciamo alla finestra possiamo contare quante automobili passano in
un minuto (o anche in un secondo!) e possiamo capire se c’è poco o tanto
traffico.
È evidente che per capire il valore del traffico abbiamo stabilito un intervallo di
tempo adeguato al fenomeno (il minuto).
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Definizione di “intensità corrente elettrica”
Per completare il paragone con l’elettrotecnica, abbiamo le automobili che
rappresentano la carica elettrica e il traffico che rappresenta l’intensità di corrente
elettrica.
In elettrotecnica “l’intensità di corrente elettrica” si può chiamare semplicemente
“corrente” e si indica sempre con la lettera “I”.
DEFINIZIONE
La corrente I si misura in Ampere. 1 A equivale al passaggio di 1 C in un intervallo
di 1 s, attraverso un qualunque punto di un conduttore.
Esempio numerico: un conduttore è attraversato, in un suo punto, in 3 secondi da
una carica di 15 C. Quanto vale la corrente che scorre nel conduttore?
I = C/s = 15/3 = 5 A
Commento: l’unità di misura Ampere è molto grande. In una casa normale può
scorrere nei conduttori al massimo 17 A. Infine si conosce qual è la corrente in
grado di uccidere una persona: circa 50 mA. Il mA è la millesima parte
dell’Ampere, quindi è un sottomultiplo, di si parlerà nella prossima diapositiva. 28
Multipli e sottomultipli dell’Ampere
Come già detto l’Ampere è una unità di misura molto grande. Tuttavia esiste un
suo multiplo, usato raramente, denominato kA = kilo Ampere, del valore di 1000 A.
Questo multiplo è usato negli impianti delle navi dove c’è bisogno di molta energia
(su questo argomento si parlerà molto in seguito).
Esempio: 10 A = 0,01 kA; 1,5 kA = 1500 A; 0,5 kA = 500 A.
La regola da seguire per passare da A a kA o viceversa è la seguente:
Da A a kA si deve dividere per 1000 o moltiplicare per 10-3.
Da kA ad A si deve moltiplicare per 1000 = 103.
Molto più usati sono i sottomultipli dell’Ampere:
mA = milli Ampere = millesima parte dell’A = 10-3 A
µA = micro Ampere = milionesima parte dell’A= 10-6 A
nA = nano Ampere = miliardesima parte dell’A= 10-9 A
pA = pico Ampere = millesima parte della miliardesima parte dell’A= 10-12 A
In elettrotecnica si usano spesso l’A, il mA, in elettronica si usano molto anche gli
altri sottomultipli.
29
Multipli e sottomultipli dell’Ampere
Per passare da una unità di misura ad
un’altra più piccola ricordare le
seguenti regole:
Per passare da una unità di misura ad
un’altra più grande ricordare le
seguenti regole:
Da A a mA = moltiplicare per 103
Da pA a nA = moltiplicare per 10-3
Da A a µA = moltiplicare per 106
Da pA a µA = moltiplicare per 10-6
Da A a nA = moltiplicare per 109
Da pA a mA = moltiplicare per 10-9
Da A a pA = moltiplicare per 1012
Da pA a A = moltiplicare per 10-12
Da mA a µA = moltiplicare per 103
Da nA a µA = moltiplicare per 10-3
Da nA a mA = moltiplicare per 10-6
Da nA a A = moltiplicare per 10-9
Da mA a nA = moltiplicare per 106
Da mA a pA = moltiplicare per 109
Da µA a mA = moltiplicare per 10-3
Da µA a A = moltiplicare per 10-6
Da µA a nA = moltiplicare per 103
Da mA a A = moltiplicare per 10-3
Da µA a pA = moltiplicare per 106
Da nA a pA = moltiplicare per 103
30
Multipli e sottomultipli dell’Ampere
Regole per l’effettuazione dei calcoli.
Cosa significa “ moltiplicare per 10n “ o “moltiplicare per 10-n “ ??
1. moltiplicare per 10n significa moltiplicare per un numero formato da 1
seguito da “n” zeri. Per esempio moltiplicare per 103 significa moltiplicare
per 1000, moltiplicare per 106 significa moltiplicare per 1000000 ecc.
2. moltiplicare per 10-n significa moltiplicare per un numero formato “n” zeri(il
primo zero seguito da virgola) seguito da 1. Per esempio moltiplicare per
10-3 significa moltiplicare per 0,001, moltiplicare per 10-6 significa
moltiplicare per 0,000001 ecc. In alternativa
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I pericoli della corrente elettrica
(contatto diretto)
In elettrotecnica, un contatto diretto si ha quando si viene a contatto con una parte
attiva dell'impianto, ovvero una parte normalmente in tensione, come ad es. un
conduttore, un morsetto, l'attacco di una lampada.
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I pericoli della corrente elettrica
(contatto indiretto)
Un contatto indiretto si verifica quando un individuo viene in contatto con parti
metalliche che si trovano in tensione elettrica accidentale ed imprevedibilmente.
Questo avviene in condizioni di guasto, come per esempio quando l'isolamento
elettrico di un apparecchio cede o si deteriora in seguito ad un guasto o ad un
degrado spesso non visibile. L'involucro metallico dell'apparecchio elettrico
(massa) si trova in questo caso sotto tensione ed in caso di contatto la persona
può essere investita dal passaggio della corrente elettrica verso terra.
33
I pericoli della corrente elettrica
Una persona può venire a contatto con parti in tensione e quindi subire gli effetti del
passaggio di corrente mediante contatto diretto oppure contatto indiretto. Quindi per
evitare ciò si devo attuare delle contromisure imposte dalla norma vigente
(norme CEI).
La protezione contro i contatti diretti si attuano prevenendo i contatti accidentali con
le parti in tensione:
isolamento delle parti attive con materiale isolante non removibile,
involucri o barriere tali da impedire ogni contatto con le parti in tensione,
ostacoli o distanziatori, interruttori differenziali ad alta sensibilità, con correnti
differenziali di soglia di Is ≤30 mA
La protezione contro i contatti indiretti si realizza nei seguenti modi:
Messa a terra delle masse, Interruzione automatica dell'alimentazione tramite
interruttori automatici, Doppio isolamento delle apparecchiature Separazione
elettrica
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I pericoli della corrente elettrica
zona 1 - al di sotto di 0,5 mA la corrente elettrica non viene percepita (si tenga
presente che una piccola lampada da 15 watt assorbe circa 70 mA);
- zona 2 - la corrente elettrica viene percepita senza effetti dannosi;
- zona 3 - si possono avere tetanizzazione e disturbi reversibili al cuore, aumento della
pressione sanguigna, difficoltà di respirazione;
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- zona 4 - si può arrivare alla fibrillazione ventricolare e alle ustioni.
La tensione elettrica
La seconda grandezza elettrica (dopo la corrente elettrica) è la tensione
elettrica. Questa seconda grandezza è legata all’energia trasportata dagli
elettroni che costituiscono la corrente. Anche ora possiamo fare un paragone
con il traffico di automobili. In precedenza gli elettroni (cioè la corrente) erano
paragonate alle automobili, ora la tensione si può paragonare al combustibile
che permette il movimento. Infatti il combustibile termina dopo avere
percorso un numero di chilometri sufficienti e quindi l’automobile si ferma.
Anche in elettrotecnica avviene qualcosa di simile: gli elettroni (cioè la carica
elettrica) riceve dal generatore l’energia per mettersi in movimento e dopo
averla fornito ad un utilizzatore occorre fare di nuovo “il pieno” (come le
automobili devono andare dal distributore).
36