L'ENERGIA ELETTRICA

1. L'ENERGIA ELETTRICA Lavoro di tecnologia Autore: Lorenzo Classe 3 A anno scol. 2007-08

2. Argomenti trattati • Definizione di energia elettrica • Vantaggi e svantaggi • Conduttori e isolanti • Tensione elettrica • Leggi di Ohm • Circuiti elettrici e analogia idraulica • La pila di Volta e di Leclanché • La calamita e le sue proprietà • L’induzione elettromagnetica • L’alternatore e la dinamo • Il motore elettrico

3. Che cos'è l'elettricità Per “elettricità” si intendono fenomeni fisici in cui vi è l’intervento sia statico che cinetico di cariche elettriche. Le cariche elettriche sono una delle proprietà degli atomi. Ogni atomo è costituito da un nucleo, formato da neutroni (di carica neutra) e protoni (di carica positiva), e da elettroni (di carica negativa) che girano intorno al nucleo seguendo determinate orbite.

4. Vantaggi e svantaggi VANTAGGI É comoda da usare Non produce residui o polveri É facile da trasportare Può essere ritrasformata facilmente SVANTAGGI Difficile da immagazzinare Le vie per produrla sono inquinanti

5. Conduttori ed isolanti • Per conduttore si intende un corpo o una sostanza che permette il passaggio di cariche elettriche nel corpo stesso. Vi sono vari tipi di conduttori: • I buoni conduttori: i metalli, soprattutto argento, rame e alluminio, il carbone, il suolo, i corpi umidi e l’acqua. Vi sono anche soluzioni elettrolitiche ottenute dallo scioglimento in acqua di un acido, di un idrossido o di un sale. • I semiconduttori come il germanio e il silicio, che vengono usati per costruire i componenti elettronici. • Gli isolanti come il vetro, la porcellana, le materie plastiche, la gomma, l’ambra, la seta, il cotone, il legno asciutto e la carta secca. • I superconduttori, elementi chimici che a temperature bassissime trasportano bene la corrente come la ceramica YBCO formata da yttrio, bario, rame e ossigeno. • I gas sono isolanti ma diventano conduttori sotto l’azione di forze elettriche molto intense.

6. La tensione elettrica La tensione elettrica in un campo elettrico generico quantifica il lavoro necessario per spostare una carica (unitaria) tra i due punti estremi di una curva σ. È la differenza di potenziale elettrico presente fra due corpi che è tanto più alta quanto maggiori sono le cariche accumulate sui due oggetti.

7. Le leggi di Ohm Le leggi di Ohm sono necessarie per la costruzione di un impianto elettrico. Esse indicano il legame tra tensione e corrente. R = V / I R = ſ • l : s Dove: R sta per la resistenza elettrica che il filo oppone al passaggio della corrente; I sta per l’intensità di corrente che passa per il filo; V sta per tensione elettrica o voltaggio. Dove: ſ sta per la capacità di conduzione che varia da conduttore a conduttore; S sta per la sezione del filo conduttore; L sta per la lunghezza del filo conduttore.

8. Circuiti elettrici e analogia idraulica • Un circuito elettrico può essere paragonato a un circuito idraulico. Ecco le analogie: • Il generatore elettrico, che forma differenza di potenziale, equivale ad una pompa che mantiene il dislivello nei serbatoi • La corrente elettrica equivale al flusso d’acqua che passa nei tubi • L’interruttore svolge lo stesso compito di una saracinesca • L’utilizzatore è uguale a una turbina

9. La pila di Volta La pila di Volta è una colonna di elettrodi, cioè dischetti di rame e zinco, intervallati a coppie da un cuscinetto di feltro imbevuto in una soluzione acida. Nello zinco gli elettroni si muovono più velocemente di quelli del rame e così il rame attira gli elettroni dello zinco diventando negativo. Il feltro imbevuto di un acido serve a ridare elettroni allo zinco e a acquistare elettroni dal rame. All’esterno della colonna c’è un filo metallico che collega l’inizio della pila di zinco con la fine della pila di rame, per continuare il circuito e per creare uno squilibrio di cariche.

10. La pila di Leclanché La pila di Leclanché, o pila zinco-carbone, è formata da un contenitore cilindrico di zinco, l’elettrodo negativo, e un nucleo centrale di carbone, l’elettrodo positivo. Il nucleo è circondato da una mistura di biossido di manganese e di grafite che assorbe l’ossigeno che manomette il funzionamento della pila. L’elettrolito è composto da cloruro d’ammonio e cloruro di zinco. Il contenitore di zinco è rivestito da una guaina di plastica e da un lamierino, che evitano la fuoriuscita dell’elettrolito in caso di corrosione dello zinco. Vi è una variante della pila di Leclanché, la pila alcalina, che utilizza metalli alcalini come l’idrossido di potassio come elettrolito.

11. La calamita e le sue proprietà La calamita è un oggetto di minerale ferroso, spesso magnetite, capace di attrarre il ferro. La calamita è formata da due parti: i poli magnetici nord e sud. Quando i poli di due magneti sono uguali, i magneti si respingono, quando sono diversi si attraggono. La calamita, se divisa a metà, forma altre due calamite perché ogni calamita è formata da “mini calamite”. Se si sospende una calamita a mezz’aria questa si orienta in modo preciso: il polo nord del magnete va verso il Nord geografico e il polo sud va verso il Sud geografico. Inoltre un magnete provoca un campo magnetico e delle linee di forza su cui avvengono i fenomeni magnetici come l’attrazione e la repulsione di due magneti.

12. L'induzione elettromagnetica L’induzione elettromagnetica è un fenomeno fisico che consiste nella generazione di corrente elettrica attraverso la dinamicità di un filo conduttore all’interno di un campo magnetico. Questa affermazione fu verificata con gli esperimenti di Faraday, che fece muovere un filo conduttore in mezzo a un magnete e un magnete ai fianchi del filo conduttore. Sull’induzione elettromagnetica si basano i generatori di corrente, dalla dinamo agli alternatori delle centrali elettriche.

13. L'alternatore L’alternatore è un’apparecchiatura in cui un grande numero di spire ruotano all’interno di un campo magnetico prodotto da elettromagneti fissi, gli statori. Le spire che ruotano sono sistemate su un albero rotante, il rotore, che, facendo continuamente allontanare e avvicinare i poli dell’elettromagnete, provoca il continuo cambio di verso della corrente elettrica.

14. La dinamo Una dinamo è una macchina elettrica rotante per la trasformazione di lavoro meccanico in energia elettrica, sotto forma di corrente continua assumendo la funzione di trasduttore. Funziona come un alternatore, ma la tensione di uscita è più o meno costante a causa delle parti, suddivise in molte sezioni, che prelevano la corrente solo nel momento di massima induzione.

15. Il motore elettrico Col termine motore elettrico si definisce una macchina elettrica in cui la potenza di ingresso è di tipo elettrico e quella di uscita è di tipo meccanico, assumendo la funzione di attuatore. Nel motore a corrente continua l’elettromagnete, costituito da una spira, tende ad allinearsi con quello del magnete fisso, con poli opposti affacciati. Invertendo la corrente della spira, si invertirebbe la direzione di rotazione.