Energia elettrica

Oggi, possiamo dire con certezza che tutta la nostra civiltà è fondata sull' energia elettrica. Le attività industriali, l'illuminazione, i trasporti e le comunicazioni, gli elettrodomestici, ..., hanno bisogno di energia elettrica per funzionare. Rispetto alle altre forme di energie, l'energia elettrica, è molto vantaggiosa perché può essere trasformata in altre forme di energia, è facilmente trasportabile a basso costo e a qualunque distanza, mediante fili conduttori che la ripartiscono fra un gran numero di utilizzatori.
Nei materiali conduttori, nei quali gli atomi sono più vicini tra di loro, gli elettroni liberi sono sempre molto numerosi; con appositi metodi (generatori) è possibile farli muovere determinando così un flusso di elettroni, cioè un flusso di cariche elettriche, ovvero una corrente elettrica.
La lampadina, il personal computer, il frigorifero, la radio, il televisore, la lavatrice, il ferro da stiro, l'aspirapolvere, ... per funzionare devono essere collegati alla rete elettrica, affinché possano ricevere l'energia necessaria per compiere il proprio lavoro; l'energia elettrica viene trasformata quando gli utilizzatori vengono percorsi da una corrente elettrica.


L' ele
ttricità   è un' energia intrinseca della materia, così chiamata fin dal sec. 17º dal vocabolo èlektron (gr. «ambra»), poiché questa sostanza ha la proprietà di attirare, se strofinata, corpi leggeri; con tale termine si indicano oggi svariati fenomeni fisici.


Struttura dell' atomo dal greco - àtomos = indivisibile. L'atomo è la più piccola particella in cui, con mezzi chimici, si può dividere la materia.  Dal 1938 è stato dimostrato che l' atomo si può dividere, adottando la fissione nucleare. L'atomo  ha dimensioni di un decimilionesimo di mm.; il nucleo (composto da protoni con carica elettrica positiva e neutroni che non possiedono carica elettrica) è circa 100.000 volte più piccolo, ma raccoglie in sè la quasi totalità della materia costituente l'atomo. L'atomo allo stato normale è elettricamente neutro: il numero di protoni presenti nel nucleo è uguale a quello degli elettroni. Gli elettroni sono particelle dotate di carica elettrica negativa che ruotano attorno al nucleo descrivendo un orbita ellittica. Quando gli elettroni si spostano in un conduttore si ottiene la corrente elettrica.

 

La corrente elettrica per definizione è
un flusso di elettroni che si muove in un conduttore.
 

La corrente elettrica può essere continua e alternata. Quella continua è costante e gli elettroni si spostano in un unico verso. Quella alternata varia di intensità con una determinata frequenza. Se prendiamo ad esempio, come si farà anche in seguito, un canale dove scorre dell' acqua, possiamo immaginare che se il canale viene alimentato da un rubinetto la corrente sarà continua. Se invece, si versa nel canale l' acqua con un secchio, la corrente sarà alternata. Sia la corrente continua che quella alternata, possono essere convertite l' una
nell' altra mediante dispositivi adatti. La corrente continua viene generata da: pile, batterie, accumulatori e dinamo. La corrente alternata viene generata dagli alternatori.
 

 

grandezze elettriche


Si possono misurare diversi elementi della corrente elettrica. Quelli che ci riguardano sono:
l' intensità (I),  la tensione (V) e la potenza elettrica (W). Queste tre grandezze stanno tra di loro nel seguente rapporto W = V · I
 


L'
intensità rappresenta la quantità di elettroni che si muove in un conduttore nell' unità di tempo (un minuto secondo). L' unità di misura è l' ampère (A) dal nome del fisico francese André-Marie Ampère.
Si misura con l' amperometro che viene inserito in serie nel circuito

 

La tensione è la differenza di potenziale  che si manifesta sui 2 poli di una corrente elettrica. Si misura in volt (V), in onore al fisico italiano Alessandro Volta, con uno strumento che si chiama voltmetro che viene inserito in parallelo nel circuito.
Per rendere l' idea della differenza di potenziale si ricorre quasi sempre all' esempio di due serbatoi di acqua collegati tra di loro, come mostrato in figura. Maggiore è l'altezza del serbatoio
A, rispetto al serbatoio B, maggiore risulterà la differenza di potenziale. L'acqua arriverà nel serbatoio B con maggiore violenza.

 

La potenza elettrica si misura in  Watt (W) da James Watt (1736-1819), ingegnere scozzese, inventore della macchina a vapore.
Essa è direttamente proporzionale alla tensione e alla intensità di corrente:
W=V·I
Un multiplo molto usato del W è il
Kilowatt (1.000 Watt). Il lavoro che può produrre (nell' unità di tempo) una c.e. non è quindi proporzionale alla sua tensione o alla sua intensità, ma dal prodotto dei due fattori. La c.e. che viene utilizzata nelle nostre abitazioni (220 V alternata) viene misurata dai contatori installati dai gestori della distribuzione. La potenza (Kw/h = Chilowattora) che si può prelevare, mediamente è di 3,3 Kw/h, oltre questo limite interviene un limitatore di potenza che interrompe
l' erogazione della corrente.

 

circuiti elettrici

Un circuito elettrico è composto da utilizzatori, organi di controllo e conduttori.
Da ricordare che un circuito funziona quando è chiuso. Vale a dire che partendo da uno dei due poli del generatore di corrente, seguendo tutto il percorso fino ad arrivare all' altro polo del generatore, non si devono incontrare interruzioni.
 

circuito aperto circuito pratico circuito chiuso

Più utilizzatori (es. lampadine), più organi di controllo (es. interruttori) e più alimentatori (es. pile). Possono essere collegati in serie, in parallelo o in tutti e due i modi.

 
  • Le pile collegate in serie (collegando il polo positivo della prima con il polo negativo della seconda e così di seguito se sono più di due) forniscono una corrente elettrica dove:

    • la tensione è data dalla somma delle tensioni di ogni pila o il prodotto della tensione di una pila per il numero delle pile collegate

    • l' intensità rimane quella di una singola pila

Stesso discorso vale per le lampadine.

  • Le pile collegate in parallelo (collegando tutti i poli negativi di ognuna con un conduttore e tutti i poli positivi con un secondo conduttore) forniscono una corrente elettrica (da prelevare sui due conduttori)dove:

    • la tensione è uguale a quella di una sola pila

    • l' intensità si ricava dal prodotto dell'intensità fornita da una pila per il numero delle pile

Stesso discorso vale per le lampadine

Vt = V1 + V2 + V3 + ...
It = quella di una pila o una lampadina

Vt = quella di una pila o una lampadina
It = I1 + I2 + I3 + ...

 

effetti della corrente elettrica


effetto magnetico

Un conduttore avvolto in spire, in modo da formare un solenoide, se viene percorso da una c.e. genera un campo magnetico. Se
all' interno del solenoide si inserisce un nucleo di ferro dolce, questo viene magnetizzato fino a quando circola la corrente nel solenoide.

effetto luminoso
Quando la c.e. percorre un particolare filamento metallico o un gas rarefatto, si produce luminosità

1 ampolla
2 filamento
3 sostegni del filamento
4 codetta in vetro
5 zoccolo filettato
6 piastrina di contatto

effetto termico
Quando un conduttore è attraversato da corrente elettrica produce calore in quantità proporzionale alla resistenza del conduttore e al quadrato della corrente stessa.
Questo fenomeno è oggi chiamato effetto Joule (In onore al fisico inglese
James Prescott Joule  1818 –  1889)
Le vecchie stufe e. usavano un filamento di tungsteno.

effetto chimico
Il passaggio di una corrente in una soluzione, può scomporre la molecola. Questo fenomeno (elettrolisi) ha trovato vaste applicazioni nel campo industriale nei processi di doratura, argentatura, cromatura, nichelatura di oggetti vari.

effetto meccanico
Si ottiene quando vengono alimentati i motori elettrici che sono composti da due parti essenziali. Lo statore, che è la parte esterna, e il rotore che ruota nello statore.

effetto fisiologico
Quando il corpo umano viene attraversato da c.e. di una certa intensità si possono manifestare incidenti spesso mortali.

Induzione elettromagnetica

E' il fenomeno che sfruttano i trasformatori per ridurre o elevare la tensione di una corrente elettrica. Un trasformatore è costituito da un nucleo di ferro dolce composto da lamine sottili e disposte in modo da formare un rettangolo. Attorno ai due lati opposti del rettangolo sono avvolte delle spire di rame smaltato, il primario o induttore è composto di poche grosse spire, il secondario o indotto è composto da numerose e sottili spire.