Elettricità

ARGOMENTI:

1. Corrente elettrica;

2. Legge di Ohm;

3. Elettromagnetismo;

4. Alternatore;

5. Trasformatore;

6. Centrali elettriche a fonti rinnovabili e fonti non rinnovabili;

1. CORRENTE ELETTRICA

Per capire il concetto di corrente elettrica occorre spiegare il significato di elettricità.

L’elettricità è una proprietà fisica della materia, che si manifesta attraverso fenomeni di attrazione e respingimento di due o più corpi. 

La materia è composta da molecole, che sono un aggregato di atomi. Ogni atomo è formato da un nucleo centrale che contiene due particelle: neutroni e protoni. Intorno al nucleo si muovono gli elettroni. I protoni hanno carica elettrica positiva mentre gli elettroni hanno carica elettrica negativa.

Le cariche positive interne e negative esterne si attraggono fra di loro, tenendo insieme gli atomi. L’atomo in condizioni stabili è neutro, quindi non positivo e non negativo.

Esistono particolari momenti in cui gli atomi perdono stabilità, ad esempio in seguito ad una strofinatura fra materiali diversi:

uno dei due perde elettroni e l’altro li acquista.

In questo modo gli atomi di entrambe le materie diventano instabili.

Siccome le cariche elettriche di segno opposto si attraggono il corpo con carica elettrica negativa si sposterà verso il corpo con carica elettrica positiva.

Possiamo quindi dire che la carica elettrica è un eccesso o mancanza di elettroni.

Se collegassimo con un conduttore (filo di rame) due corpi con quantità diverse di elettroni, gli stessi si sposterebbero da un corpo all’altro andando a colmare la differenza di carica.

Il flusso di elettroni all’interno di un conduttore costituisce la corrente elettrica.

LE GRANDEZZE DELLA CORRENTE ELETTRICA

L’elettricità è un flusso di elettroni lungo un conduttore che parte da un materiale con potenziale elettrico maggiore e si dirige verso un materiale con potenziale elettrico minore.

Infatti, per il concetto spiegato prima che le cariche elettriche di segno opposto si attraggono, il flusso di corrente elettrica avviene solo se tra i due materiali c’è una differenza di potenziale elettrico.

La differenza di potenziale si indica come TENSIONE (T) e si misura in VOLTS (V).

La quantità di elettroni che attraversano un cavo elettrico in un secondo si chiama INTENSITA’ (I) e si misura in AMPERE (A).

L’ostacolo al passaggio di elettroni fra un corpo ed un altro si chiama RESISTENZA (R), si misura in OHM (O).

MATERIALI CONDUTTORI E MATERIALI ISOLANTI

In natura non tutti i materiali si comportano in ugual modo rispetto alla corrente elettrica: la proprietà di farsi attraversare dalla corrente si chiama conduttività elettrica.

I materiali con gli elettroni meno legati al nucleo si dicono CONDUTTORI perchè gli elettroni hanno più libertà di movimento e sono più facilmente attraversabili dalla corrente elettrica.

I materiali con gli elettroni più legati al nucleo si dicono ISOLANTI perchè sono meno attraversabili dalla corrente elettrica.

Conduttori: metalli (rame, alluminio, acciaio);

Isolanti: legno, vetro, plastica, ceramica.

2. LEGGE DI OHM

La legge di Ohm mette in relazione TENSIONE, INTENSITA’ e RESISTENZA, che sono le tre grandezze dell’ energia elettrica, secondo la seguente regola:

l’intensità di corrente che passa lungo un conduttore aumenta se cresce la tensione, e diminuisce se cresce la resistenza.

FORMULE DELLA LEGGE DI OHM:

INTENSITA’ = TENSIONE/RESISTENZA

RESISTENZA= TENSIONE/INTENSITA’

TENSIONE= RESISTENZA X INTENSITA’                     

GLI EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA

Si generano diversi effetti dovuti al passaggio di corrente elettrica attraverso un conduttore:

1. Effetto Joule o effetto termico: ogni volta che la corrente elettrica attraversa un conduttore si sviluppa calore. Ciò è dovuto dal fatto che l’ energia elettrica si trasforma in energia termica. Da questo effetto nascono i forni elettrici, le stufette, ecc.
2. Effetto luminoso: nelle lampadine ad incandescenza, la corrente attraversa un filamento di tungsteno, che avendo una resistenza molto alta, si riscalda ed emette luce. Questo avviene perchè l’energia elettrica si trasforma per il 10% in energia luminosa e il resto si disperde sotto forma di calore. 

3. Effetto chimico: se in un recipiente di acqua distillata in cui abbiamo sciolto una sostanza facciamo passare della corrente elettrica, avverrà un processo di separazione dei componenti della sostanza, chiamato elettrolisi (dissociazione elettrolitica).

Le molecole si dividono in ioni positivi e ioni negativi. Questo effetto viene utilizzato nella cromatura, doratura, ecc…

4. Effetto magnetico: un filo conduttore attraversato da corrente elettrica genera attorno a sè un campo magnetico che cessa al termine del passaggio di corrente elettrica. (elettromagnetismo).

3. ELETTROMAGNETISMO

Il fisico danese Hans Oersted, nel 1819 scoprì l’effetto magnetico o elettromagnetismo della corrente elettrica.

Egli posizionò l’ago di una bussola vicino a un conduttore di corrente: si accorse che quando l’energia elettrica passava nel conduttore l’ago della bussola si spostava.

Da ciò dedusse che l’energia elettrica crea al suo passaggio un campo magnetico.

Anche il campo magnetico può generare corrente elettrica.

Utilizzando uno strumento composto da un filo di rame avvolto a spirale (bobina) collegato ad un amperometro, muoviamo avanti e indietro una calamita a forma di barra all’interno della bobina.

Ci accorgeremo che durante il movimento della calamita l’ago dell’amperometro si muoverà.

Ciò significa che è stato rilevato un flusso di corrente elettrica.

La capacità di un campo magnetico di produrre corrente elettrica si chiama induzione elettromagnetica.

Questa proprietà è alla basa del funzionamento dei generatori di corrente delle centrali elettriche.

4.    L’ALTERNATORE

L’alternatore è una macchina elettrica rotante che converte l’energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

Prendiamo ad esempio uno strumento formato da spire di rame rotanti che si muovono fra due poli di magnete. La spira viene collegata ad una lampadina che si accende e spegne ad ogni passaggio della spira.

La corrente prodotta, che in questo caso serve ad accendere una lampadina, si chiama ALTERNATA, perchè la corrente arriva alla lampadina prima in un verso e poi in quello contrario.

Gli alternatori vengono impiegati in quasi tutte le centrali di produzione di energia elettrica, che poi la trasformano in modo da consentirne il trasporto e la distribuzione.

5.  IL TRASFORMATORE

Il Trasformatore è una macchina alimentata a corrente alternata che ha la funzione di trasformare una corrente ad alta tensione in una corrente a tensione più bassa.

Questo strumento consente alle centrali elettriche di abbassare l’intensità della corrente prodotta dall’alternatore in maniera tale che possa essere trasportata e distribuita.

6. LE CENTRALI ELETTRICHE

Una centrale elettrica è un impianto industriale dedicato alla produzione di energia elettrica, partendo da una fonte di energia primaria.

L’energia elettrica che ogni giorno utilizziamo nella nostra vita, deve essere prodotta, immagazzinata, e trasferita da una centrale fino alle nostre abitazioni.

Lo schema di funzionamento di una centrale elettrica è uguale per tutte le tipologie.

La produzione della corrente elettrica inizia sfruttando un combustibile o una fonte di energia primaria che muove le pale di una turbina producendo energia meccanica.

Questa viene trasformata in energia elettrica alternata  dall’ ALTERNATORE.

Successivamente la corrente passa nel TRASFORMATORE, che rende la corrente elettrica trasportabile con più facilità.

Lo schema di funzionamento delle centrali elettriche è lo stesso per tutte, ciò che cambia è la fonte di energia primaria che utilizzano:

Le centrali che producono energia elettrica da fonti inesauribili sono chiamate CENTRALI ELETTRICHE A FONTI RINNOVABILI.

Fra queste ricordiamo:

• centrali idroelettriche
• centrali solari
• centrali geotermiche
• centrali eoliche
• centrali a biomassa
• centrali mareomotrici

Tra le CENTRALI ELETTRICHE A FONTI NON RINNOVABILI, che utilizzano combustibili fossili o materiali fissili, rientrano:

• centrali termoelettriche (carbone, petrolio e metano)
• centrali nucleari (fonte: uranio e plutonio)

CENTRALI IDROELETTRICHE

Le centrali idroelettriche sfruttano la movimentazione di grandi masse d’ acqua attraverso il salto che si genera da un dislivello per azionare una turbina.

CENTRALE SOLARI

Le centrali solari sfruttano il calore dei raggi solari che, riscaldando il fluido presente nei pannelli solari, genera vapore che a sua volta azione una turbina.

CENTRALI GEOTERMICHE

Una centrale geotermica funziona tramite delle sonde poste nella crosta terrestre che hanno lo scopo di raccogliere il vapore caldo che aziona la turbina.

CENTRALI EOLICHE

Le centrali eoliche sfruttano l’ azione del vento che, facendo girare le pale azione la turbina.

CENTRALI A BIOMASSA

Le centrali a biomassa utilizzano scarti agricoli, industriali e urbani che vengono bruciati producendo vapore che aziona la turbina.

CENTRALI MAREOMOTRICI

Le centrali mareomotrici sfruttano gli spostamenti d’ acqua causati dalle maree.

CENTRALI TERMOELETTRICHE

Le centrali termoelettriche utilizzano il calore generato dalla combustione di combustibili fossili (carbone, petrolio e metano) per generare vapore che a sua volta aziona una turbina.

CENTRALI NUCLEARI

Le centrali nucleari utilizzano materiali fissili (uranio e plutonio) posti all’interno di un reattore nucleare in cui viene bruciato l’ uranio tramite la reazione di fissione.

Si produce così molto calore che scalda l’ acqua e produce vapore che aziona la turbina.