1 corrente elettrica 3 media ELETTRICITA’ CORRENTE ELETTRICA FENOMENI ELETTRICI ES Se strofini con un panno di lana una penna o un righello di plastica entrambi acquistano la capacità di attirare pezzi di carta.In ognuno di questi casi noi diciamo che abbiamo a che fare con fenomeni elettrici SE strofiniamo con un panno di lana una bacchetta di plastica(-) appesa a un filo e poi avviciniamo un ‘altra bacchetta di plastica strofinata osserviamo che le due bacchette si respingono.Se invece la bacchetta che avviciniamo è di vetro(+) si osserva che le due bacchette tendono ad avvicinarsi cioè si verifica un’attrazione.Quando un corpo si comporta come una delle nostre bacchette ,si dice che si è elettrizzato per strofinio,cioè si è caricato di elettricità statica RIEPILOGANDO:gli oggetti per effetto dello strofinio acquistano una proprietà che non avevano:quella di respingersi o attirarsi tra loro,cioè si elettrizzano I corpi possono acquistare due tipi di cariche:positiva oppure negativa Corpi carichi dello stesso segno si respingono e corpi carichi di segno opposto si attraggono Osservazioni e risposte:prima di essere strofinati gli oggetti ( lana, vetro,plastica) non avevano ne elettricità positiva ne negativa,erano elettricamente neutri,Qual è la causa che ha fatto acquistare a essi elettricità abbandonando lo stato neutro?Per comprendere la natura dei fenomeni elettrici occorre riprendere il discorso sulla struttura dell’atomo. L’ATOMO è la parte più piccola di un elemento .chimico immutabile nelle reazioni chimiche.E’ costituito da un nucleo con protoni(+) e neutroni(non hanno carica) circondato da elettroni (-) che descrivono orbite ellittiche e il cui numero è uguale a quello dei protoni.Generalmente il numero dei neutroni può essere uguale o maggiore rispetto a quello dei protoni. Z = numero atomico A = numero di massa =peso atomico Isotopi radioattivi o radioisotopi Numero dei protoni contenuti nel nucleo corrisponde anche al numero degli elettroni Somma dei protoni e neutroni presenti nel nucleo di un atomo. Tutti gli atomi di uno stesso elemento possono hanno uguale numero di protoni e elettroni,quindi le medesime caratteristiche fisiche e chimiche.Possono però non avere nel loro nucleo lo stesso numero di neutroni e quindi avere masse diverse..Gli atomi di uno stesso elemento che hanno lo stesso numero di protoni ma un numero diverso di neutroni cioè un numero di massa diverso (A)si chiamano radioisotopi ES uranio 235. carbonio 14, trizio(isotopo dell’idrogeno) Quindi se sull’atomo non agisce alcuna causa esterna esso è elettricamente neutro e sono elettricamente neutri anche i corpi che ci stanno intorno,almeno fino a 2 corrente elettrica 3 media quando ,per effetto di elettrizzazione ,l’equilibrio elettrico non venga sbilanciato in un senso o nell’altro per aggiunta o rimozione di cariche elettriche. Se si sottraggono agli atomi di un corpo uno o più elettroni diciamo che il corpo si è elettrizzato positivamente perché avendo perduti elettroni prevale la carica positiva dei protoni del nucleo.Se aggiungiamo agli atomi di un corpo uno o più elettroni diciamo che il corpo si è elettrizzato negativamente.Da ciò strofinando la plastica con la lana alcuni elettroni sono passati dalla lana alla plastica che (LA PLASTICA)si è caricata negativamente mentre la lana si è caricata positivamente avendo un eccesso di protoni nel nucleo.CONCLUSIONI:lo stato eletrrico non si origina dal nulla ,ma nasce da un passaggio di elettroni che si origina fornendo energia.Quindi la corrente elettrica è un flusso di elettroni VARI TIPI DI ELETTRIZAZIONE ES LANA E PLASSTICA passaggio di elettronica un corpo PER all’altro (vedi sopra) in seguito allo strofinio STROFINIO Consiste nel porre in contatto tra loro un corpo elettricamente PER carico e uno neutro,in modo che una parte delle cariche passi dal CONTATTO primo al secondo Si verifica anche senza passaggio di elettroni da un corpo all’altro.Per es . se avviciniamo un oggetto carico a un altro oggetto neutro,senza toccarlo nella zona cui i corpi sono più PER vicini gli elettroni del secondo oggetto sentono l’elettrizzazione INDUZIONE del primo e si comportano di conseguenza:se la carica è negativa vengono respinti se è positiva vengono attratti cioè gli elettroni del corpo neutro si allontanano o si avvicinano pur restando all’interno I fenomeni di elettrizzazione si possono osservare mediante un apparecchio detto ELETTROSCOPIO che essendo molto sensibile ti permetterà di notare lo stato elettrico anche di corpi poco elettrizzati.Infine l’elettrizzazione non crea delle cariche ma le trasferisce da un corpo all’altro questa è la legge di conservazione della carica elettrica Dal punto di vista del comportamento elettrico le sostanze possono essere divise in due grandi categorie In cui gli elettroni sono debolmente legati agli atomi e quindi possono muoversi facilmente nel materiale oppure allontanarsi da CONDUTTORI esso.Questi elettroni liberi quando si muovono danno origine proprio alla corrente elettrica. I metalli sono dei conduttori elettrici :oro.argento ,rame, platino,piombo, mercurio,alluminio In cui gli elettroni sono fortemente legati ai nuclei degli atomi,cosi da non potersi staccare facilmente e quindi muoversi ISOLANTI nel materiale o allontanarsi da esso. I non metalli sono isolanti:vetro,plastica,gomma,legno,porcellana,H2O distillata DEFINIZIONE: la corrente elettrica è costituita dal movimento di elettroni che fluiscono in modo ordinato attraverso un conduttore ,più semplicemente è un flusso di elettroni che attraversa un corpo conduttore 3 corrente elettrica 3 media Finora abbiamo parlato di elettricità statica,cioè di cariche che rimangono confinate nella zona in cui sono state prodotte,quindi correnti non durevoli. Per gli usi normali abbiamo bisogno di un flusso continuo di cariche elettriche cioè di corrente elettrica che attraversando il filamento di una lampadina o di una stufa possa produrre luce e calore.Per tenere sempre in moto queste cariche elettriche abbiamo bisogno di energia che viene fornita dalle centrali elettriche che per l’appunto producono energia elettrica sfruttando tutte le fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili. Fonti di energia Sempre disponibili.: energia solare,geotermica,eolica, biomasse ,energia di derivazione marina (onde del mare,maree,correnti) rinnovabili Non rinnovabili Comprendono energia di derivazione fossile (carbone,gas,petrolio) e vegetale (legna) e l’energia nucleare o esauribili Il sole, i combustibili fossili e l’energia nucleare sono chiamate “FONTI PRIMARIE DI ENERGIA” in quanto direttamente utilizzabili cosi come si rendono disponibili in natura CENTRALI ELETTRICHE producono energia elettrica sfruttando tutte le fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili in che modo?Si sfrutta una particolare fonte di energia per ottenere energia termica o meccanica che, azionando le turbine dei generatori di corrente elettrica (GLI ALTERNATORI) si trasforma in energia elettrica .DI qualsiasi tipo di centrale si tratti si trasforma energia meccanica in energia elettrica mediante l’uso di grossi alternatori.DALLE centrali l’energia elettrica viene trasportata a centinaia di km di distanza ai centri di utilizzo,per questo passa attraverso i trasformatori che ne elevano il voltaggio e quindi lungo le linee elettriche (elettrodotti) .Prima di giungere ai centri di utilizzo (case, industrie ) la corrente passa nuovamente in altri trasformatori che ne riducono il voltaggio .QUINDI IL CUORE DELLA CENTRALE ELETTRICA E’ IL GENERATORE (nel caso delle centrali elettriche è l’alternatore) che trasforma energia meccanica( derivante dalle pale della turbina ) in energia elettrica.La differenza tra i vari tipi di centrali sta solo nel modo in cui si procura energia meccanica . Un altro modo per produrre la corrente elettrica è quello che utilizza l’energia chimica,cioè l’energia che deriva da una trasformazione chimica, Gli apparecchi che trasformano l’energia chimica in energia elettrica sono le PILE e gli ACCUMULATORI. Quello che causa il movimento delle cariche elettriche è la differenza di potenziale o tensione (volt) ,cioè il dislivello elettrico tra due punti di un conduttore,la PILA che è un generatore di corrente ha la funzione di mantenere il dislivello elettrico tra due punti di un conduttore.LA prima pila elettrica venne costruita da Alessandro Volt (1745-1827) ed è stato il primo generatore di corrente..Anche le pile di oggi sono altrettanti generatori di corrente.Quando si collegano i poli di una pila con un conduttore,si genera un flusso di elettroni (corrente elettrica)L’insieme costituito dal generatore (PILA)e dal filo conduttore collegato ai suoi poli si chiama circuito elettrico. In esso l’energia degli elettroni viene sfruttata dai cosiddetti apparecchi utilizzatori (lampadine,stufe,elettrodomestici). 4 corrente elettrica 3 media L’energia meccanica viene ottenuta sfruttando quella cinetica di una di una massa d’acqua mediante la Centrali idroelettriche costruzione di una diga L’energia meccanica viene ottenuta sfruttando quella termica derivante dalla combustione di carbone o derivati del petrolio, che riscaldando Centrali termoelettriche l’acqua contenuta in una grossa caldaia produce un potente getto di vapore che aziona le turbine Centrali termonucleari o elettronucleari ( energia nucleare vedi approfondim) L’energia meccanica viene ottenuta sfruttando quella termica derivante dalla fissione dei nuclei di uranio (radioattività provocata mediante bombardamento con neutroni accelerati) che riscalda l’acqua al punto da generare vapore che espandendosi muove le turbine..approfondimento:all’interno del reattore nucleare (un contenitore dove si trova il materiale utilizzato nella maggior parte dei casi uranio sotto forma di pastiglie) si bombarda il nucleo ,che è la parte centrale di un atomo, con un neutrone che colpendolo lo spezza liberando l’energia nucleare presente(.Questo fenomeno si chiama fissione nucleare)I frammenti che ne risultano di solito due più qualche neutrone ,si muovono rapidamente e urtando ciò che li circonda per attrito generano calore(energia termica).NEL frattempo almeno uno dei neutroni ,liberati dal precedente bombardamento, va a colpire a sua volta un altro nucleo,spezzandolo..In questo modo si formano nuovi frammenti e nuovi neutroni che,colpendo altri nuclei,con opportuni controlli (barre di regolazione) sono in grado di generare la cosiddetta reazione nucleare controllata .[QUANDO la reazione a catena non è controllata e l’uranio è in quantità superiore a un certo valore critico la reazione diventa esplosiva come accade in una bomba atomica]L’enorme quantità di calore che si sprigiona dalla reazione viene allontanata dall’acqua fatta circolare appunto nella zona ,che si scalda al punto da generare vapore che espandendosi muove le pale della turbina. A questa è accoppiato un alternatore che provvede a ottenere ,infine energia elettrica. Questo tipo di trasformazione presenta il problema della radioattività( disintegrazione spontanea degli isotopi accompagnata dall’emissione di radiazioni α β γ,)che esiste per natura negli elementi utilizzati ,uranio,plutonio,torio e che viene rafforzato dal bombardamento dei neutroni,LA RADIOATTIVITA’ è un fenomeno di emissione spontanea e continua di energia sotto forma di radiazioni nocive alla salute.(provocano alterazioni del materiale genetico cioè nel dna) Questo fatto pone il problema della pericolosità potenziale dell’energia nucleare e di conseguenza quello della sicurezza delle centrali nucleari Tutti gli atomi di uno stesso elemento possono hanno uguale numero di protoni e elettroni,quindi le medesime caratteristiche fisiche e chimiche.Possono però non avere nel loro nucleo lo Isotopi stesso numero di neutroni e quindi avere masse diverse..Gli atomi radioattivi o di uno stesso elemento che hanno lo stesso numero di protoni ma radioisotopi un numero diverso di neutroni cioè un numero di massa diverso (A)si chiamano radioisotopi ES uranio 235. carbonio 14, trizio(isotopo dell’idrogeno) 5 corrente elettrica 3 media ENERGIA NUCLEARE:energia emessa dai nuclei degli atomi nel passare da una configurazione all’altra.( Quindi energia emessa dall atomo) In natura ogni elemento è un miscuglio di isotopi (atomi con lo stesso numero di protoni e di elettroni m diverso numero di neutroni) quando il numero dei neutroni di un isotopo è molto diverso da quello medio dell’elemento , il nucleo diventa instabile e perde particelle (decadimento radioattivo) trasformandosi in un altro isotopo cioè nel nucleo di un elemento più stabile .ES (URANIO238 SI TRASFORMA NELL’ATOMO DI TORIO , CARBONIO 14 SI TRASFORMA IN UN ATOMO DI AZOTO) IN QUESTO PROCESSO DI TRASMUTAZIONE ,IL NUCLEO EMETTE ENERGIA SOTTO FORMA DI RADIAZIONI ( alfa, beta e gamma) PER QUESTO MOTIVO GLI ISOTOPI VENGONO ANCHE DETTI RADIOISOTOPI Per capire in che modo l’atomo produce energia dobbiamo rifarci alla teoria della relatività elaborata da ALBERT EINSTEIN. Secondo questa teoria è possibile trasformare la materia in energia e l’energia in materia secondo la relazione E = m* c2 dove m è la quantità di materia e c la velocita della luce (300.000hm/s) dunque secondo questa teoria ,la materia non è altro che un grumo di energia altamente concentrata e localizzata LA RADIOATTIVITA PUO’ ESSERE ANCHE INDOTTA ANCHE ARTIFICIALMENTE,BOMBARDANDO I NUCLEI CON NEUTRONI OPPORTUNAMENTE ACCELLERATI CHE RIESCONO A ROMPERE IL NUCLEO IN PIU’ FRAMMENTI LIBERANDO UNA GRANDE QUANTITA DI ENERGIA CALCOLATA SECONDO L’EQUAZIONE DI ALBERT EINSTEN E = m* c2 Questo fenomeno si chiama FISSIONE NUCLEARE (radioattività provocata artificialmente) es.:nel caso dell’uranio U235 esso viene spaccato in due frammenti,più o meno delle stesse dimensioni , e in due o tre neutroni secondari.La produzione di neutroni secondari rende possibile lo stabilirsi di una reazione a catena :in altre parole i neutroni prodotti da una fissione possono, a loro volta, produrre altre fusioni, nel senso che colpiscono altri nuclei, che a loro volta si dividono ,liberando altri neutroni e cosi via.SE la reazione non è controllata il fenomeno diventa esplosivo come accade in una bomba atomica).Questo meccanismo rende possibile lo sfruttamento del fenomeno (fissione nucleare ) per produrre energia su larga scala ( vedi approfondimento centrali nucleari descritte sopra) Nel reattore nucleare elementi radioattivi sono bombardati con neutroni;con l’energia ricavata si produce vapore per far girare le turbine. I PROBLEMI PRINCIPALI sono la sicurezza e le scorie radioattive , che devono essere smaltite in modo da non danneggiare l’ambiente e i viventi RIEPILOGANDO: fissione nucleare : radioattività provocata artificialmente mediante bombardamento con neutroni accelerati e’operata dai reattori nucleari delle centrali nucleari.Oggi si cerca di produrre energia dalla FUSIONE NUCLEARE(,la reazione nucleare che avviene nelle stelle, il sole) in cui nuclei di idrogeno si fondono originando nuclei di elio con una massa minore perché una parte della loro massa si trasforma in energia secondo A. Einstein E=m*c2. QUINDI il sole può essere paragonato a un’ enorme centrale nucleare vale a dire l’energia solare è energia nucleare di fusione 6 corrente elettrica 3 media Affinché possa avvenire la FUSIONE ,è necessario è necessario avvicinare moltissimo i due nuclei di partenza. L’energia necessaria può essere ottenuta riscaldando il deuterio a una temperatura elevatissima,di milioni di gradi,e per questo ora, avviene in natura solo all’interno delle stelle.LA REAZIONE DI FUSIONE produce scorie radioattive in quantità molto minori della fusione,ma avviene quando si raggiungono milioni di gradi e non esistono materiali resistenti a questa temperatura Energia nucleare ricavata per fissione e fusione I frammenti che si formano per divisione del nucleo (bombardando il nucleo con neutroni Energia nucleare di fissione o accelerati) hanno complessivamente massa minore scissione del nucleo di partenza. Infatti una parte della massa si trasforma in energia E=m*c2 Energia nucleare prodotta dalle stelle ,il sole il nucleo che si forma dalla fusione di due nuclei più Energia nucleare di fusione leggeri ha massa minore di quella dei due nuclei fusi perchè una parte della loro massa si trasforma in energia RADIOATIVITA è la disintegrazione spontanea degli isotopi (nucleo) accompagnata dall’emissione di radiazioni (particelle) α β γ. Quando un nucleo più è instabile tanto più velocemente si disgrega cioè è più radioattivo.la radioattività trova molto impieghi in campo scientifico,tecnologico e medico.NEL CAMPO MEDICO es. CURA DEI TUMORI,viene impiegato l’isotopo o radioisotopo cobalto (RADIOTERAPIA) cioè emette radiazioni gamma capaci di distruggere le cellule tumorali.Per tumori alla tiroide si utilizza lo iodio radioattivo.ALTRI ISOTOPI in medicina vengono usati come traccianti all’interno di organismi che si fissano nell’organo o nel tessuto del malato da esaminare e con un rivelatore dei radioattività si ottengono immagini degli organi interessati ES scintigrafia tiroidea I135 . LO STRUMENTO PIÙ USATO PER RIVELARE LE RADIAZIONI è IL CONTATORE GEIGER-MULLER CHE PERMETTE DI CONTARE IL NUMERO DI RADIAZIONI EMESSE IN UN DATO PERIODO DI TEMPO. L’UNITA DI MISURA DELLA RADIOATTIVITA è IL BECQUEREL E costituita da particelle formate da due protoni e due .RADIAZIONE ALFA neutroni,cioè nuclei di elio, sono poco penetranti infatti possono essere fermate da un foglio di giornale Costituita da elettroni con carica negativa ; attraversano RADIAZIONE BETA la carta non il legno RADIAZIONE GAMMA Sono onde elettromagnetiche molto penetranti,tanto molto pericolose per gli da poter superare lastre di piombo spesse vari organismi esse possono centimetri provocare alterazione del materiale genetico cioè nel dna provocando mutazioni o aberrazioni cromosomiche 7 corrente elettrica 3 media Anche l’elettricità è misurabile i valori che la descrivono sono diversi :sono È il numero delle cariche elettriche (quantità di elettricità) che INTENSITA’ nell’unità di tempo (secondo) passano attraverso la sezione di un in ampere (A) corpo conduttore. L’unità di misura dell’intensità della corrente elettrica è L’ampere A e viene misurata con l’amperometro È una misura dell’energia disponibile per muovere le cariche di un circuito , o meglio la misura della spinta degli elettroni con cui TENSIONE O VOLTAGGIO O vengono fatti fluire attraverso un conduttore. LA corrente si sposta dai DIFFERENZA DI punti con potenziale maggiore verso quelli con potenziale minore.Più POTENZIALE è alto il voltaggio maggiore è il numero di elettroni che scorre in VOLT (V) conduttore..tensione o voltaggio o differenza di potenziale si misura in VOLT (V) es:220 V. 380 V È la forza che si oppone al passaggio degli elettroni ,cioè il conduttore oppone una resistenza al passaggio degli elettroni o meglio il numero degli elettroni che può scorrere in un conduttore dipende anche dalla resistenza .L’unità di misura della resistenza è l’ohm.Parecchi sono i fattori che influenzano la resistenza di un conduttore.TEMPERATURA :quando aumenta la temperatura aumenta anche la resistenza.DIAMETRO DEL CONDUTTORE:aumentando il diametro del conduttore la sua RESISTENZA resistenza diminuisce.LUNGHEZZA:maggiore è la lunghezza del e legge di Ohm conduttore maggiore è la sua resistenza..NATURA DEL I =V/R da cui CONDUTTORE: gli elettroni scorrono più facilmente attraverso i V=I*R ; materiali conduttori che attraverso quelli isolanti. L’intensità la R =V/I resistenza e la tensione sono fra loro correlati .Tale correlazione è espressa dalla legge di Ohm I =V/R ; V =I x R; R =V/I. ESSA SI RIASSUME DICENDO:l’intensità di corrente è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale e inversamente proporzionale alla resistenza. Cioè a una tensione maggiore corrisponde una intensità maggiore,(DIRETT:) a una resistenza maggiore (mantenendo costante il voltaggio nel conduttore) corrisponde una intensità di corrente minore (inversamente propor) È la quantità di energia elettrica consumata nell’unita di POTENZA tempo(secondo).Cioè tutti i dispositivi che funzionano per mezzo WATT (W) della corrente elettrica ,dunque assorbono una certa potenza per funzionare ,cioè hanno bisogno di una precisa quantità di energia nell’unità di tempo.La potenza si misura in watt (W) Es.. Più è ALTO IL NUMERO DI WATT di una lampadina,più intensa è la luce emessa ,maggiore è l’energia consumata È formato da un generatore di corrente,da utilizzatori o resistenze CIRCUITO ELETTRICO (lampadine o apparecchi elettrici ) e da un interruttore per aprirlo e chiuderlo.Nei circuiti collegati in serie , le lampadine sono collegate tra loro e si accendono e spengono tutte insieme.Nei circuiti collegati in parallelo ,ogni lampadina è indipendente dalle altre ,la luminosità è più marcata (argomento trattato con approfondimento in tecnica) 8 corrente elettrica 3 media EFFETTO CHIMICO CHIAMATO ELETTRO LISI EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA Con il passaggio della corrente elettrica( in una soluzione salina NaCl) la molecola di sale è stata scomposta nei suoi due componenti Na+ Cl- questo effetto chimico è chiamato elettrolisi cioè un composto separato nei suoi componenti mediante passaggio della corrente elettrica..Da ciò si evince che una soluzione salina conduce corrente elettrica,acqua normale anche l’acqua distillata no perché non contiene sali è demineralizzata RICORDA :elettrodo conduttore che attrae o fornisce elettroni Elettrolita :sostanze che si dissociano in ioni quindi conducono elettricità in conclusione:se in una soluzione contenente elettroliti ,vengono introdotte due sbarrette metalliche ,elettrodi,collegati ai poli di una pila ,si verifica un flusso degli ioni verso l’elettrodo negativo quelli positivi, verso l’elettrodo positivi quelli negativi .Agli elettrodi ,gli ionicedono o acquistano elettroni ,trasformandosi in atomi neutri Anodo + Elettodo positivo nell’elettrolisi che attrae gli anioni (-) che cedono i loro elettroni es Cl- avvengono reazioni di ossidazione quindi acquista elettroni (ANODO) Catodo - Elettrodo negativo che attrae i cationi (+) che avvengono reazioni di riduzione . es Na + riacquista l’elettrone che gli mancava (catodo perde elettroni) EFFETTO Come in tutti i moti ,nel moto degli elettroni una parte dell’energia si TERMICO trasforma in calore Questo effetto termico della corrente elettrica viene utilizzato negli elettrodomestici e nella lampadina in cui ,filamento che rappresenta la resistenza , a causa del passaggio della corrente diventa incandescente al punto da emettere luce. Altre applicazioni dell’effetto termico della corrente sono il ferro da stiro,che si riscalda grazie alla resistenza,la stufa elettrica ecc.. EFFETTO Un conduttore percorso da corrente è in grado di influenzare l’ago di MAGNETICO una bussola posta nelle sue vicinanze ciò significa che la corrente elettrica ha un effetto magnetico cioè di attirare i corpi ,significa genera campo magnetico Es. prendi una sbarretta di ferro avvolgila più volte con un filo elettrico e collega i capi a una pila di 4,5 volt, la sbarretta di ferro diventa un magnete un elettrocalamita ( che ha proprietà di attirare oggetti di ferro).Quindi il passaggio della corrente elettrica ha generato magnetismo cioè campo magnetico l’elettrocalamita ne è un esempio.Di conseguenza il magnetismo genera corrente elettrica.Questo dimostra che elettricita e magnetismo sono correlati vale a dire esiste una stretta relazione fra fenomeni elettrici e magnetici CORRENTE ELETTRICA—genera campo elettrico e una sua variazione genera campo magnetico –produce effetti magnetici(ago bussola,elettrocalamite) MAGNETISMO (CALAMITA)—produce effetti elettrici (dinamo della bicicletta)