ELETTRICITÀ Corrente, tensione, resistenza Legge di Ohm Generazione dell’ energia elettrica Pile e accumulatori Gli effetti della corrente elettrica - ottici - termici - magnetici - meccanici - fisiologici

L’ atomo Struttura dell’atomo: al centro c’è il nucleo formato da protoni e neutroni ben legati tra di loro; lontano dal nucleo si trovano gli elettroni. In ogni atomo i protoni, dotati di carica elettrica positiva, attraggono gli elettroni, di carica negativa, con una forza elettrica. L’elettricità è quindi la “colla” che tiene insieme l’atomo.

L’ atomo di rame

Cos’è la corrente elettrica Cavo di rame scollegato: l’interno del metallo è formato dai nuclei degli atomi e dai loro elettroni. E’ disegnato però solo un elettrone libero che si sposta tra i nuclei rimanendo però nella stessa zona. Cavo di rame collegato al generatore: il filo di rame è collegato con una pila e una lampadina; l’elettrone si muove quindi a zig zag verso il morsetto positivo della pila, dal quale è attratto.

Conduttori e isolanti Conduttori: sono i materiali che si lasciano attraversare con facilità dalla corrente elettrica, come i metalli, le soluzioni elettrolitiche (per esempio acqua e sale) e i gas ionizzanti (come all’interno dei tubi al neon). Isolanti: sono la ceramica, il vetro, la gomma, le materie plastiche, il legno secco, l’olio e altre sostanze che impediscono il passaggio della corrente elettrica.

Circuito elettrico elementare La pompa spinge l’ acqua con una certa pressione, ma affinché essa fluisca il rubinetto deve essere aperto La pila spinge gli elettroni con una certa tensione, ma affinché essi fluiscano il contatto dell’ interruttore deve essere chiuso. corrente tensione

Il circuito elementare

L’ intensità di corrente 1 ampere (1A) corrisponde al passaggio di 6 miliardi di miliardi (6 * 1018) di elettroni (1 Coulomb) al secondo attraverso una sezione del circuito

La tensione Il concetto di tensione è simile a quello di pressione FASE 1,5 V NEUTRO Tensione La tensione elettrica è la “pressione” con la quale sono spinti gli elettroni e si misura in volt (V)

La resistenza elettrica Resistenza E’ la capacità di un conduttore di opporsi al passaggio di corrente; si misura in ohm (Ω) e dipende dal materiale, dalla sezione e dalla lunghezza del conduttore. L’ energia elettrica dissipata si trasforma in calore

Legge di Ohm

La generazione di energia elettrica - Dinamo Quando la spira ruota nel campo magnetico creato dal magnete, ai suoi capi si genera una tensione.

Dinamo per biciclette La dinamo delle biciclette è un piccolo generatore costituito da: - un rotore, magnete cilindrico con quattro poli Nord e quattro poli Sud; - uno statore, costituito da otto piastre di ferro a contatto con un rocchetto di filo di rame; - una lampadina, collegata col filo di rame.

Centrale idroelettrica

Centrale termoelettrica (carbone-gasolio-metano-biomasse)

Centrale elettronucleare

Energia eolica

L’ eolico in Italia

Energia fotovoltaica

Pila La base o principio chimico-fisico di funzionamento di una pila è una reazione di ossidoriduzione che avviene al suo interno, in cui una determinata sostanza subisce un processo di ossidazione, perdendo elettroni, mentre un'altra sostanza subisce un processo di riduzione, acquistandoli. Data la sua configurazione, la pila consente di intercettare e sfruttare il flusso di elettroni tra le due sostanze. Tale flusso genera dunque una corrente elettrica continua, il cui potenziale elettrico è funzione delle reazioni di ossidazione e riduzione che vi avvengono. Una pila si scarica quando queste reazioni chimiche raggiungono lo stato di equilibrio.

Pila Pila alcalina - l’elettrolita è idrossido di potassio Pila normale - l’elettrolita è la pasta nerastra con sali di ammoniaca

Accumulatore L’accumulatore accumula energia elettrica sotto forma di energia chimica e la eroga a un utilizzatore. Questo processo di carica e di scarica può essere ripetuto molte volte. un accumulatore per automobile formato da sei celle. una singola cella.

Accumulatori a ioni di Litio (cellulari) Tutte hanno tensione di 3,6 -3,7 volt capacità 1000-3000 mAh (milliAmpere ora)

Pile in serie: se si collegano in serie più pile da 1,5 volt, si ottengono tensioni multiple.

Gli effetti della corrente elettrica Effetto luminoso Effetto termico Effetto magnetico Effetto meccanico Effetto chimico Effetto fisiologico

Effetto luminoso - Lampade Lampada comune: dura circa 1000 ore di accensione, costa poco ma è poco efficiente, cioè consuma molto rispetto alla luce che emette. Lampada a fluorescenza: dura circa 8000 ore di accensione, è più costosa ma è molto efficiente, cioè consuma poco rispetto alla luce che emette.

Effetto termico – (effetto Joule)

Effetto meccanico - Motore elettrico Il motore elettrico trasforma energia elettrica in energia meccanica facendo ruotare un albero Il campo magnetico può essere generato da: un magnete degli avvolgimenti ausiliari percorsi da corrente Una spira immersa in un campo magnetico, se percorsa da corrente, tende a ruotare

Campo elettrico

Campo magnetico- esempi Il campo magnetico della calamita agisce sulle scaglie di ferro (limatura di ferro) orientandole secondo le linee di forza del campo Il campo magnetico terrestre agisce sugli aghi magnetici delle bussole orientandoli verso nord

La corrente genera un campo magnetico Se in un conduttore circola una corrente, essa genera un campo magnetico Se in un conduttore si muove in un campo magnetico, ai suoi capi si genera una tensione che tende a far circolare una corrente

Esempio - Campanello elettrico Il campanello è formato da una parte meccanica (campana metallica e martelletto) e da un circuito elettrico con un elettromagnete. Funzionamento: premendo il pulsante l’elettromagnete si magnetizza, attira la lamina e il martelletto batte sul campanello; allo stesso tempo si interrompe il contatto con la vite, l’elettromagnete si smagnetizza e la lamina flessibile torna nella posizione di partenza.

L’ onda elettromagnetica

Lo spettro elettromagnetico

Le antenne – trasmittenti / riceventi

L’ inquinamento elettromagnetico

La scossa elettrica Effetto fisiologico È l’azione che l’elettricità può compiere su un organismo vivente. Contatto diretto: la donna tocca un filo scoperto in tensione senza saperlo; se le suole sono di gomma non prende la scossa. Contatto indiretto: il ragazzo tocca la lavatrice che è in tensione per un cavo elettrico difettoso a sua insaputa.

Sicurezza elettrica

La scossa elettrica Contatto diretto: la persona sta sistemando la presa senza avere staccato l’interruttore generale e per errore tocca i cavi. Contatto diretto: la donna tocca un filo scoperto in tensione senza saperlo; se le suole sono di gomma non prende la scossa. Contatto indiretto: il ragazzo tocca la lavatrice che è in tensione per un cavo elettrico difettoso a sua insaputa.

Effetti della corrente sul corpo umano Gli effetti più frequenti e più importanti che la corrente elettrica produce sul corpo umano sono fondamentalmente quattro: •Tetanizzazione; contrazione completa del muscolo che perdura fino a che gli stimoli elettrici non sono cessati. L’infortunato può non riuscire ad allontanarsi dall’elemento in tensione, il contatto permane nel tempo determinando fenomeni di asfissia, svenimenti e stato di incoscienza •Arresto della respirazione; quando il fenomeno della tetanizzazione interessa i muscoli coinvolti nella respirazione determinando perdita di conoscenza e soffocamento •Fibrillazione ventricolare; il cuore a causa della corrente elettrica si contrarrà in maniera caotica e disordinata determinando il fenomeno della fibrillazione ventricolare, responsabile del 90 % delle morti per folgorazione •Ustioni. Dovute all’ effetto Joule sulla pelle

Cenni di Pronto Intervento Per prima cosa, in caso di folgorazione, il soccorritore deve fare molta attenzione a non rimanere a sua volta folgorato.  Se l'infortunato è rimasto attaccato alla fonte elettrica bisogna immediatamente interrompere la corrente, se l'interruttore è a portata di mano, altrimenti è necessario staccare la vittima dalla corrente facendo molta attenzione: evitare, come verrebbe spontaneo di toccare l'infortunato, vi trasmetterebbe la scossa.  Per allontanarlo dalla fonte di elettricità si può utilizzare un legno, che è un cattivo conduttore, facendo attenzione che non abbia parti metalliche, che sia ben asciutto e che non ci sia dell'acqua intorno che propaga l'elettricità. Per compiere questa operazione è bene cercare di isolarsi da terra mediante un asse di legno o di gomma. Dopo aver interrotto la corrente, bisogna immediatamente verificare le condizioni dell'infortunato. L'individuo presenterà delle ustioni, potrebbe aver perso coscienza, e potrebbe essere entrato in arresto respiratorio o anche cardiaco. E' perciò importante controllare respirazione e polso e, eventualmente, procedere alla rianimazione artificiale.

Per evitare la scossa Non tenere apparecchi elettrici sul bordo della vasca o lavandino. Non impugnare l’asciugacapelli con le mani bagnate. Non toccare la vite metallica del portalampada per cambiare una lampadina. Non avvolgere il filo sul ferro da stiro caldo.

Il salvavita (interruttore differenziale)

L’ impianto di terra

Consumi elettrici Potenza di un apparecchio Potenza impegnata Consumi bimestrali

Potenza di un apparecchio La tabella mostra i consumi approssimativi dei vari apparecchi: - gli apparecchi con resistenza richiedono molta energia; - gli apparecchi con solo motore consumano molto meno; - gli apparecchi “luce e suono”, assorbono poca potenza.

Potenza impegnata La potenza impegnata è quella disponibile in ogni appartamento in base al contratto con la Società Elettrica. Essa è riportata anche sulla bolletta bimestrale.

Consumi bimestrali Scaldabagno elettrico: è l’apparecchio che più incide sui consumi; è meglio scegliere un modello di dimensioni non eccessive. Lavatrice: i consumi riguardano soprattutto l’energia necessaria per scaldare l’acqua. Utilizzare la lavatrice a pieno carico e preferire i programmi di lavaggio a temperature non elevate. Lavastoviglie: i consumi dipendono soprattutto dall’energia per scaldare l’acqua. Utilizzare la lavastoviglie solo a pieno carico. Frigorifero: scegliere un modello di dimensioni adeguate. Illuminazione: non tenere le lampade accese inutilmente.

Potenza ed energia Potenza (watt: W): P = V * I. Energia (wattora): l’energia consumata da un apparecchio è misurata dalla sua potenza moltiplicata per il tempo di funzionamento (ore). Energia (Wh) = Pot. (W) * durata (h)

Vantaggi e svantaggi Vantaggi: È un’energia comoda e facile da usare È un’energia pulita Si può trasportare con relativa facilità Può essere trasformata facilmente in altre forme di energia Svantaggi La produzione di elettricità partendo da altre fonti energetiche comporta una notevole perdita di energia. L’elettricità non può essere convenientemente accumulata Il trasporto dell’elettricità comporta una notevole perdita energetica