Le cariche elettriche                                             Autore: Alessio e Gianmaria Bernini     

Ci sono due tipi di cariche elettriche:quelle positive e quelle negative. Una caratteristica principale delle cariche elettriche è che due cariche dello stesso tipo si respingono tra loro,mentre cariche di tipi diversi si attraggono a vicenda. Tutti i corpi che ci circondano sono fatti di minuscole particelle:gli atomi,i quali a loro volta sono formati da protoni,elettroni e neutroni.

 

La corrente elettrica. Isolanti e conduttori

Più precisamente la corrente elettrica è un flusso di elettroni,cioè cariche negative. Non tutte le sostanze si lasciano attraversare facilmente da una corrente elettrica. Si chiamano conduttori le sostanze attraverso cui la corrente elettrica passa agevolmente,invece gli isolanti sono quelle che impediscono il passaggio della corrente elettrica.

Buoni conduttori di corrente sono la maggior parte dei metalli,soprattutto l’argento,rame e l’alluminio. Fra gli isolanti troviamo il vetro,la gomma,il legno e le materie plastiche. L’acqua allo stato puro è un isolante,però se contiene delle impurezze diventa uno dei principali conduttori di corrente elettrica.

 

Circuiti elettrici

Per i circuiti elettrici si verificano fenomeni analoghi:prendiamo due conduttori,uno carico positivamente(A) e l’altro carico negativamente(B) e colleghiamoli con un filo elettrico. Gli elettroni del corpo B,attratti dalle cariche positive A,si sposteranno lungo il filo da B ad A.

Questo flusso di elettroni costituisce una corrente elettrica che,per la convenzione adottata,è diretta da A a B. Questa corrente elettrica ha però durata brevissima:essa infatti si arresterà non appena gli elettroni si saranno distribuiti in maniera uniforme nei due corpi. In generale un circuito elettrico è formato da quattro componenti: il generatore elettrico,gli apparecchi utilizzatori,gli interruttori e i fili conduttori che collegano il generatore agli apparecchi utilizzatori e agli interruttori.

 

Le tre grandezze che caratterizzano un circuito elettrico

Intensità della corrente

La corrente elettrica consiste,come sappiamo,di un flusso di elettroni:anche per questo flusso possiamo definire una “portata” in modo analogo a quanto si è fatto per il flusso di acqua che scorre in un fiume. Quindi la portata della corrente possiamo chiamarla intensità.

Tensione

Il generatore di corrente solleva le cariche elettriche mantenendo fra i conduttori A e B una differenza di livello elettrico costante. A questa differenza viene dato il nome di differenza potenziale elettrico o tensione. Essa viene misurata con strumenti chiamati voltometri ed è espressa in volt (V).

Resistenza

Si trova sperimentalmente che l’intensità della corrente è direttamente proporzionale alla tensione. Indicando con V la differenza di potenziale elettrico fra i poli del generatore e con L l’intensità della corrente che scorre nel circuito vale la formula: L=R x I dove R è una costante,chiamata resistenza elettrica del circuito.

Calore dalla corrente elettrica

La corrente elettrica,fluendo attraverso il filo di rame,ha sviluppato calore. Questo fenomeno è chiamato effetto Joule,in onore del fisico inglese James Prescott Joule,il quale ha scoperto questo effetto. Molteplici sono le applicazione dell’effetto Joule: una stufa elettrica,un asciuga capelli,un ferro da stiro,uno scaldabagno elettrico sfruttando il calore sviluppato da una corrente elettrica che attraversa un filo conduttore,fatto di speciali leghe metalliche. Anche il funzionamento delle lampadine ad incandescenza è basato sullo stesso fenomeno.

 

I magneti

I magnetini elementari non si trovano soltanto nelle calamite,ma in tutti i corpi. Nei corpi ordinari,tuttavia,essi sono distribuiti a caso,per cui il loro effetto magnetico complessivo è trascurabile. Certi metalli,il più comune dei quali è il ferro,hanno però una singolare proprietà. Se un oggetto di ferro si trova nelle vicinanze di una calamita,i suoi magnetini elementari vengono orientati,per azione dalla calamita,tutti nella stessa direzione. L’oggetto diventa,allora,una calamita artificiale o magnete artificiale(si chiamano,invece calamite naturali o magneti naturali,quei corpi che possiedono una magnetizzazione naturale). Il fenomeno che abbiamo descritto(chiamato induzione magnetica) spiega per esempio perché le calamite attirano gli oggetti di ferro.

 

L’elettrocalamita

Fra una calamita ordinaria e una elettrocalamita esiste un’importante differenza. La prima è un magnete permanente,cioè conserva per sempre,o per lo meno molto a lungo,la propria magnetizzazione. La seconda è invece,un magnete temporaneo:essa infatti si magnetizza non appena viene interrotto il passaggio della corrente. Un’elettrocalamita costruita da soli si magnetizza molto debolmente e inserendo nel tubo di cartone un blocchetto di  ferro dolce si migliora le sue prestazioni. In molte applicazione pratiche le elettrocalamite vengono preferite alle calamite perché utilizzando correnti abbastanza intense si possono ottenere elettrocalamite di gran lunga più potenti delle calamite permanenti e perché in molti dispositivi occorre disporre di magneti temporanei,che possano essere magnetizzati e smagnetizzati in tempi brevissimi.  

 

La produzione della corrente elettrica

Costruire una bobina,avvolgendo un filo elettrico rivestito su un tubo di cartone. Collegate poi gli estremi della bobina a un galvanometro. Introducendo rapidamente nel tubo di cartone una grossa calamita,il galvanometro segnerà un improvviso passaggio di corrente. La corrente elettrica si interrompe non  appena cessiamo di muovere il magnete e riprende a circolare se lo moviamo di nuovo. La corrente che si è sviluppata nella bobina prende il nome di corrente indotta. In una centrale la corrente elettrica viene formata dai generatori,che nelle centrali vengono chiamate alternatori.

 

Il trasporto della corrente elettrica

Le centrali elettriche sono spesso lontane dai luoghi dove la corrente elettrica viene adoperata. Per trasportare la corrente a grandi distanze si impiegano linee elettriche,dette ad alta tensione perché vi circola corrente a tensione molto elevate. Gli alternatori di una centrale elettrica producono corrente a una tensione di circa 10000 V. Vi sono poi dei dispositivi chiamati trasformatori,che innalzano la tensione della corrente. La corrente ad alta tensione così ottenuta viene inviata alle linee elettriche dotate di particolari sistemi di isolamento per evitare che si producano scariche. La corrente ad alta tensione è molto pericolosa:infatti prima di utilizzarla,si provvede con gli altri trasformatori,ad abbassare la tensione. I treni sono alimentati,per esempio,da corrente da corrente a 3000 V, i macchinari delle industrie da corrente a 380 V. Nostre case,come sapete,la corrente viene distribuita a 220 V.

 

Come è costruito un motore elettrico

Un motore elettrico è un dispositivo che utilizza energia elettrica(cioè l’energia posseduta dalla corrente elettrica) per compiere un lavoro. Il lavoro eseguito dal nostro motore consiste nel far ruotare l’ago della bussola. In un motore elettrico qualsiasi si distinguono due parti: una parte fissa chiamata statore,e una parte rotante chiamata rotore. In generale la rotazione del rotore viene prodotta da continue inversioni del senso di una corrente elettrica:per realizzare tali inversioni si sfrutta la corrente della rete elettrica che come già sapete è alternata.

 

Funzionamento tecnico

Le parti principali di un motore elettrico sono:statore,rotore,campo magnetico e magneti. La corrente passa in un avvolgimento di spire che si trova su un pezzo di ferro dolce. Questo avvolgimento composto da fili di rame crea un campo magnetico al passaggio della corrente. Questo campo elettromagnetico è immerso in un altro campo magnetico creato dallo statore,il quale è caratterizzato dalla presenza di due o più coppie polari(calamite,elettrocalamite,ecc..). il rotore per induzione elettromagnetica inizia a girare in quanto il nord del campo magnetico del rotore è attratto dal “sud”del campo magnetico dello statore e viceversa.

 

Statore

Lo statore in una macchina avente parti in movimento,è l’insieme delle parti fisse. Il termine è di uso comune nelle macchine rotanti,quali i motori elettrici,le turbine o altre macchine,in quanto contrapposto al rotore.

 

Funzioni

Lo statore ha la funzione di sostenere,almeno parzialmente,la macchina. Nelle macchine elettriche,è parte del circuito magnetico insieme allo statore e contiene gli avvolgimenti indotti o induttori installati in apposite cave.

 

 

 

Motore lineare

Questo motore è chiamato motore sincrono lineare e trova applicazione nella trazione ad alta velocità che nella  movimentazione di carichi e di pezzi per applicazioni robotizzate e per la realizzazione di attuatori lineari.

 

 La forma di energia più pregiata

Il fenomeno dell’elettricità osservato fin dai tempi dell’antica Grecia,ma compreso solo molti secoli più avanti,consiste essenzialmente nel passaggio da un atomo a un altro di particelle dotate di carica negativa(elettroni) vero particelle con carica positiva. Attualmente la maggior parte dell’energia elettrica utilizzata nel mondo viene generata a partire da fonti primarie di origine fossile(petrolio,gas naturale e carbone). Sotto il profilo ambientale si tratta di un problema rilevante,poiché un crescente utilizzo di fossili è sempre meno compatibile con le indispensabili esigenze dello sviluppo sostenibile. Di qui la necessità di operare una maggiore diversificazione delle fonti energetiche destinate alla produzione elettrica,dando priorità ai combustibili più largamente disponibili,alle tecnologie più avanzate e alle fonti prive di emissioni climalteranti. L’Enel ha un più accelerato sviluppo delle fonti rinnovabili, prevede di accrescere il ricorso al gas naturale e al carbone pulito in sostituzione dell’olio combustibile.

 

 

 Come risparmiare sul costo della luce in casa:

- Accendiamo solo le lampade necessarie per illuminare gli ambienti in cui       soggiorniamo.

- Ricordiamoci sempre di spengere le luci non necessarie.

- Sfruttiamo il più possibile la luce naturale proveniente dalle finestre.

- Tinteggiamo con colori chiari (è sempre bene che il soffitto sia bianco).

- Evitiamo lampadari centrali a più bracci,meglio una lampadina di potenza alta           che due lampadine di potenza bassa:il consumo può essere più basso anche del 50%.

- Puliamo regolarmente le lampade e i lampadari.

 Potenza e consumi degli elettrodomestici

 

ELETTRODOMESTICI	POTENZA	CONSUMI ANNUALI
Stufa elettrica	2 kw	120 kwh
Scaldabagno	1 kw	1200 kwh
Condizionatore	1 kw	1700/2500kwh
Frigorifero	200 w	500 kwh
Congelatore	60w-100w	420 kwh
Illuminazione	2 kw	360 kwh
Lavatrice	2 kw	300 kwh
Lavastoviglie	100 w	1800/2200 kwh
Televisore	1 kw	80/100 kwh
Forno elettrico	80 w	100 kwh
Videoregistratore	100 w	165 kwh
Computer	100 w	170 kwh
Hi - fi	30 w