ENERGIA ELETTRICA
Per capire cos’è l’elettricità dobbiamo fare riferimento alla struttura della materia.
La materia è costituita da molecole, costituite a loro volta da atomi.
L’atomo è costituito da un nucleo (composta da cariche neutre, neutroni, e cariche positive, protoni) intorno al quale ruotano velocissimamente cariche negative, elettroni, in orbite ellittiche.
Gli elettroni rimangono “agganciati” al nucleo perchè attratti dalle cariche positive dei protoni, che sono in numero uguali a quelle negative, quando l’atomo è “elettricamente neutro”.
Così come la gravità tiene i pianeti agganciati all’orbita solare, allo stesso modo l’elettricità è la forza di attrazione che tiene agganciati gli elettroni al nucleo.
Esistono alcuni elementi (es. i metalli) in cui gli atomi tendono a perdere elettroni dalle orbite più esterne. Questi elettroni entrano nelle orbite degli atomi vicini, non prima che altri elettroni si siano “spostati” negli atomi contigui, generando così la corrente elettrica: un movimento di elettroni attraverso un corpo da un luogo dove sono in eccesso verso un luogo dove sono in difetto.
Questo movimento non si innesca automaticamente, ma necessita di una sollecitazione di un generatore. I generatori possono sfruttare energia chimica (pile, accumulatori...) energia meccanica (dinamo...), energia magnetica (alternatori...), etc...
I corpi isolanti sono quelli in cui gli elettroni non sono liberi di muoversi (vetro, plastica, cotone, legno, carta...)
--------------------------------------------------------------------
Trasmissione dell’energia elettrica
Poiché l’energia si manifesta come un movimento di elettroni, si può trasportare semplicemente prolungando i circuiti che uniscono i generatori agli utilizzatori.
Si ha corrente continua quando il movimento degli elettroni avviene sempre nello stesso verso.
Si ha corrente alternata quando il movimento avviene per metà tempo in un verso e per l’altra metà nel verso opposto.
Effetto termico
Perché quando una corrente elettrica attraversa un conduttore, questo si riscalda?
Gli elettroni, muovendosi, cedono parte della loro energia aumentando i moti di agitazione termica delle molecole del conduttore
Possiamo quindi affermare che l’energia elettrica può essere trasformata in energia termica (forno, stufetta, ferro da stiro, phon...)
Effetto chimico
L’acqua pura si può considerare una sostanza isolante.
Ma l’acqua non è quasi mai pura, perché contiene, disciolti, sali e acidi. In tali condizioni le molecole dell’acqua si dividono i due parti: una parte si arricchisce di un elettrone e assume quindi una carica negativa (ione negativo); un’altra, perdendo l’elettrone, assume carica positiva (ione positivo). Tale effetto prende il nome di idrolisi. In tali condizioni l’acqua è un conduttore di corrente.
Infatti, se immergiamo nella soluzione acquosa due elettrodi (cioè gli estremi di due conduttori), di cui uno positivo (l’anodo) e uno negativo (il catodo) vedremo che gli ioni negativi dell’acqua saranno attratti dall’anodo mentre gli ioni positivi andranno verso il catodo.
Gli ioni negativi cedono l’elettrone in eccesso all’anodo.
Gli ioni positivi ricevono dal catodo un elettrone.
In entrambi i casi gli ioni diventano neutri.
Un generatore esterno preleva l’elettrone ceduto dall’anodo e lo rimanda al catodo attraverso un circuito esterno: tale fenomeno di separazione delle molecole provocato dalla corrente elettrica si chiama elettrolisi. L’apparecchio nel quale avviene il fenomeno si chiama voltametro.
Gli accumulatori al piombo
Gli accumulatori al piombo, comunemente chiamati batterie, altro non sono che esempi di voltametri.
Al posto dell’acqua viene utilizzata una soluzione (elettrolita) di acqua e acido solforico e invece che una coppia si utilizzano sei coppie di elettrodi.
Durante la carica dell’accumulatore gli ioni positivi si depositano si depositano sul catodo (sotto forma di atomi di piombo). Sull’anodo invece si depositano atomi di biossido di piombo.
Quando l’accumulatore viene collegato al circuito esterno, esso restituisce l’energia accumulata durante la carica tramite lo spostamento degli ioni, in quanto questi, non più sospinti dal generatore, ritornano al punto di partenza generando una corrente elettrica.
La pila
Inventata da Volta nel 1796 si basa sul principio secondo il quale ponendo a contatto due sostanze, come ad esempio rame e zinco, si verifica un passaggio di corrente in quanto alcuni elettroni passano dallo zinco (che si carica, quindi, positivamente) al rame (che assume invece carica negativa) generando una differenza di potenziale.
Nella prima pila di Volta, gli strati di zinco e rame erano uniti attraverso uno strato intermedio di feltro o cartone imbevuto in acqua salata o acidulata.
Se le due lastrine di rame e zinco si immergono invece in una soluzione di acqua e acido solforico (elettrolita) si nota che:
- il rame attira elettroni dal liquido e si carica negativamente;
- anche lo zinco attira elettroni e si carica negativamente, ma in misura maggiore;
- tra le due lamine si crea una piccola differenza di potenziale;
- se a questo punto si uniscono le due lastrine (ad esempio con un circuito esterno) per effetto della pila di Volta si crea un’ulteriore differenza di potenziale che si somma alla precedente generando una maggiore tensione totale disponibile.
Possiamo definire la pila come uno strumento che converte energia chimica in energia elettrica.
Le pile a secco o Leclanché
Sono le più comuni pile in commercio e si chiamano a secco in quanto l’elettrolita è sostituito da sostanze pastose nelle quali viene immerso un bastoncino cilindrico di carbone che sostituisce il rame. Il tutto è inserito in un contenitore di zinco che serve anche come polo negativo.
Le pile alcaline
Rappresentano l’ultima generazione delle pile di larga diffusione, la cui caratteristica è quella di fornire una tensione costante per un tempo tre volte superiore a quello offerto dalle pile al carbone.
La differenza con le precedenti sta nell’elettrolita, che in questo caso non è più costituito da una sostanza acida, bensì da idrossido di potassio, una sostanza alcalina (sostanza antagonista degli acidi, dei quali annullano l’acidità)
Le pile al mercurio
Per fornire l’energia necessaria al funzionamento di alcuni apparecchi di piccole dimensioni, come orologi da polso o calcolatrici, si utilizzano pile che hanno come sostanze conduttrici ossido di mercurio e polvere di zinco e come elettrolita utilizzano idrossido di potassio.
La loro caratteristica principale è quella di avere una durata di funzionamento ancora più elevata di quella delle pile alcaline.
Queste pile hanno forma molto piatta, per cui sono dette bottone, e sono contenute un un rivestimento di acciaio.
Bibliografia:
"Progetto Tecnologia - Vol.B" (Benente, Ferraiolo, Vitale - Ed. Paravia)
Per capire cos’è l’elettricità dobbiamo fare riferimento alla struttura della materia.
La materia è costituita da molecole, costituite a loro volta da atomi.
L’atomo è costituito da un nucleo (composta da cariche neutre, neutroni, e cariche positive, protoni) intorno al quale ruotano velocissimamente cariche negative, elettroni, in orbite ellittiche.
Gli elettroni rimangono “agganciati” al nucleo perchè attratti dalle cariche positive dei protoni, che sono in numero uguali a quelle negative, quando l’atomo è “elettricamente neutro”.
Così come la gravità tiene i pianeti agganciati all’orbita solare, allo stesso modo l’elettricità è la forza di attrazione che tiene agganciati gli elettroni al nucleo.
Esistono alcuni elementi (es. i metalli) in cui gli atomi tendono a perdere elettroni dalle orbite più esterne. Questi elettroni entrano nelle orbite degli atomi vicini, non prima che altri elettroni si siano “spostati” negli atomi contigui, generando così la corrente elettrica: un movimento di elettroni attraverso un corpo da un luogo dove sono in eccesso verso un luogo dove sono in difetto.
Questo movimento non si innesca automaticamente, ma necessita di una sollecitazione di un generatore. I generatori possono sfruttare energia chimica (pile, accumulatori...) energia meccanica (dinamo...), energia magnetica (alternatori...), etc...
I corpi isolanti sono quelli in cui gli elettroni non sono liberi di muoversi (vetro, plastica, cotone, legno, carta...)
--------------------------------------------------------------------
Trasmissione dell’energia elettrica
Poiché l’energia si manifesta come un movimento di elettroni, si può trasportare semplicemente prolungando i circuiti che uniscono i generatori agli utilizzatori.
Si ha corrente continua quando il movimento degli elettroni avviene sempre nello stesso verso.
Si ha corrente alternata quando il movimento avviene per metà tempo in un verso e per l’altra metà nel verso opposto.
Effetto termico
Perché quando una corrente elettrica attraversa un conduttore, questo si riscalda?
Gli elettroni, muovendosi, cedono parte della loro energia aumentando i moti di agitazione termica delle molecole del conduttore
Possiamo quindi affermare che l’energia elettrica può essere trasformata in energia termica (forno, stufetta, ferro da stiro, phon...)
Effetto chimico
L’acqua pura si può considerare una sostanza isolante.
Ma l’acqua non è quasi mai pura, perché contiene, disciolti, sali e acidi. In tali condizioni le molecole dell’acqua si dividono i due parti: una parte si arricchisce di un elettrone e assume quindi una carica negativa (ione negativo); un’altra, perdendo l’elettrone, assume carica positiva (ione positivo). Tale effetto prende il nome di idrolisi. In tali condizioni l’acqua è un conduttore di corrente.
Infatti, se immergiamo nella soluzione acquosa due elettrodi (cioè gli estremi di due conduttori), di cui uno positivo (l’anodo) e uno negativo (il catodo) vedremo che gli ioni negativi dell’acqua saranno attratti dall’anodo mentre gli ioni positivi andranno verso il catodo.
Gli ioni negativi cedono l’elettrone in eccesso all’anodo.
Gli ioni positivi ricevono dal catodo un elettrone.
In entrambi i casi gli ioni diventano neutri.
Un generatore esterno preleva l’elettrone ceduto dall’anodo e lo rimanda al catodo attraverso un circuito esterno: tale fenomeno di separazione delle molecole provocato dalla corrente elettrica si chiama elettrolisi. L’apparecchio nel quale avviene il fenomeno si chiama voltametro.
Gli accumulatori al piombo
Gli accumulatori al piombo, comunemente chiamati batterie, altro non sono che esempi di voltametri.
Al posto dell’acqua viene utilizzata una soluzione (elettrolita) di acqua e acido solforico e invece che una coppia si utilizzano sei coppie di elettrodi.
Durante la carica dell’accumulatore gli ioni positivi si depositano si depositano sul catodo (sotto forma di atomi di piombo). Sull’anodo invece si depositano atomi di biossido di piombo.
Quando l’accumulatore viene collegato al circuito esterno, esso restituisce l’energia accumulata durante la carica tramite lo spostamento degli ioni, in quanto questi, non più sospinti dal generatore, ritornano al punto di partenza generando una corrente elettrica.
La pila
Inventata da Volta nel 1796 si basa sul principio secondo il quale ponendo a contatto due sostanze, come ad esempio rame e zinco, si verifica un passaggio di corrente in quanto alcuni elettroni passano dallo zinco (che si carica, quindi, positivamente) al rame (che assume invece carica negativa) generando una differenza di potenziale.
Nella prima pila di Volta, gli strati di zinco e rame erano uniti attraverso uno strato intermedio di feltro o cartone imbevuto in acqua salata o acidulata.
Se le due lastrine di rame e zinco si immergono invece in una soluzione di acqua e acido solforico (elettrolita) si nota che:
- il rame attira elettroni dal liquido e si carica negativamente;
- anche lo zinco attira elettroni e si carica negativamente, ma in misura maggiore;
- tra le due lamine si crea una piccola differenza di potenziale;
- se a questo punto si uniscono le due lastrine (ad esempio con un circuito esterno) per effetto della pila di Volta si crea un’ulteriore differenza di potenziale che si somma alla precedente generando una maggiore tensione totale disponibile.
Possiamo definire la pila come uno strumento che converte energia chimica in energia elettrica.
Le pile a secco o Leclanché
Sono le più comuni pile in commercio e si chiamano a secco in quanto l’elettrolita è sostituito da sostanze pastose nelle quali viene immerso un bastoncino cilindrico di carbone che sostituisce il rame. Il tutto è inserito in un contenitore di zinco che serve anche come polo negativo.
Le pile alcaline
Rappresentano l’ultima generazione delle pile di larga diffusione, la cui caratteristica è quella di fornire una tensione costante per un tempo tre volte superiore a quello offerto dalle pile al carbone.
La differenza con le precedenti sta nell’elettrolita, che in questo caso non è più costituito da una sostanza acida, bensì da idrossido di potassio, una sostanza alcalina (sostanza antagonista degli acidi, dei quali annullano l’acidità)
Le pile al mercurio
Per fornire l’energia necessaria al funzionamento di alcuni apparecchi di piccole dimensioni, come orologi da polso o calcolatrici, si utilizzano pile che hanno come sostanze conduttrici ossido di mercurio e polvere di zinco e come elettrolita utilizzano idrossido di potassio.
La loro caratteristica principale è quella di avere una durata di funzionamento ancora più elevata di quella delle pile alcaline.
Queste pile hanno forma molto piatta, per cui sono dette bottone, e sono contenute un un rivestimento di acciaio.
Bibliografia:
"Progetto Tecnologia - Vol.B" (Benente, Ferraiolo, Vitale - Ed. Paravia)
Commenti
Posta un commento