Elettricità

Cosa è l’elettricità, dove la si trova, come si manifesta?  L’elettricità, in natura, è un fenomeno abbastanza raro e difficile da utilizzare per fini pratici: si manifesta, per esempio, con il fulmine durante un temporale oppure con l’elettricità statica o anche alcuni animali la usano per difendersi o far luce. In tutti i casi è difficile da utilizzare per far funzionare il televisore che abbiamo in casa.

Il fulmine che si vede durante un temporale è causato dalla presenza di cariche elettriche in alta quota, che si originano tra le nubi. Quando scoppia il temporale quella elettricità si scarica verso il suolo terrestre aiutato dal fatto che l’aria è molto umida. L’acqua infatti è un buon conduttore di elettricità. Quando si genera un fulmine ne consegue un lampo di luce (una forte luce) ed un forte rumore (il tuono).

L’elettricità statica è si origina quando vengono a contatto alcuni materiali, per esempio la vediamo sul maglione oppure su una coperta, oppure quando scendiamo dall’auto e ci sembra di prendere la corrente.

Cosa è la corrente elettrica?

L’elettricità è presente in piccolissime particelle, invisibili, dette elettroni. Queste cariche elettriche possono spostarsi lungo un materiale generando una “corrente” cioè un flusso di particelle dirette tutte in una data direzione. In un filo di rame che alimenta il lume sopra al tavolo, possiamo immaginare che migliaia di elettroni si mettono in cammino lungo il cavo.

Gli “elettroni” sono così piccoli che sono praticamente invisibili e nessun microscopio riesce a vederli per bene. Tuttavia, anche se sono piccolissimi, tutti assieme costituiscono creano una corrente elettrica che può far funzionare la lavatrice di casa tua. Immaginate allora quanto siano potenti. Il fulmine è una corrente elettrica causata da un flusso di elettroni in quantità talmente elevata da bruciare completamente un palo della luce, una casa, un albero.

Isolanti e conduttori.

Alcuni materiali impediscono il passaggio della corrente elettrica e sono detti “isolanti”. Per esempio il legno, la plastica e la gomma sono isolanti. Il manico di un cacciavite è di plastica in modo che non si prenda la corrente elettrica. Se il filo della corrente è coperto di una guaina di gomma non si prende la scossa elettrica.

Altri materiali servono a trasportare la corrente elettrica e sono detti conduttori. Per esempio i metalli sono in genere ottimi conduttori. anche l’acqua è un buon conduttore e per questo motivo, dopo aver fatto la doccia non bisogna usare il phon o altri apparecchi elettici se abbiamo ancora il pavimento bagnato.

I cavi dell’elettricità.

Un filo fatto per trasportare la corrente elettrica è fatto di rame dentro e gomma fuori, in questo modo, mentre il rame lascia passare la corrente elettrica, la gomma impedisce che chi tocchi il filo resti fulminato. Ma perché gli elettroni camminano nel filo di rame?

Il rame, come tutti i materiali, è fatto di tanti piccoli Atomi. Ogni atomo ha molti elettroni che girano attorno ad esso e nel centro dell’atomo abbiamo i protoni ed i neutroni. Quando collego il filo di rame ad una batteria di corrente elettrica un certo numero di atomi entra nel filo e lo percorre, poi passa attraverso la lampadina che si illumina, poi ritorna verso la batteria rientrando dall’altro lato. Se stacco il filo elettrico, oppure apro un interruttore, il flusso di elettroni si ferma perché non c’è più la strada per fare il giro e la lampadina si spegne. Provate a fare l’esperimentato come in figura: comprate una lampadina da 10 Volt ed una pila da 9 Volt, poi collegate i fili come in figura con del nastro adesivo. Appena terminate il collegamento vedrete che la lampadina si accende, gli elettroni trovano un percorso per andare dal “polo” (-) della pila all’altro “polo” (+).

Un interruttore è un pulsante che serve a interrompere il flusso degli elettroni. Se gli elettroni non arrivano alla lampadina, la lampadina non si accende. La lampadina ad incandescenza possiede al suo interno un filo di Tungsteno. Quando la corrente passa nel filo, il filo di Tungsteno si riscalda fino a 2000 °C – 3000 °C tanto da diventare incandescente ed emettere una luce quasi bianca. La lampadina emette luce. Nel filo c’è il gas Argo che impedisce al Tungsteno di consumarsi velocemente. Quando il tungsteno si consuma la lampadina si fulmina.

La lampadina elettrica ad incandescenza.

in figura si osservano le parti di una lampadina elettrica a d incandescenza.

Sostituiamo il simbolo della lampadina con quello a dente di sega, come nella figura sotto. La corrente elettrica percorre il filo da un polo all’altro. Possiamo dire sia che gli elettroni vanno dal (-) verso il (+) oppure anche che la corrente va da (+) verso il (-) come nella figura sotto.

Come si calcola la corrente che passa in un circuito?

Gli elettricisti hanno il problemi di mettere i fili elettrici nelle case e fare gli impianti elettrici, ma devono stare attenti allo spessore del filo: se è troppo piccolo per la corrente che passa, il filo si brucia e può nascere un incendio. Per questo motivo l’elettricista deve stare attento allo spessore del filo: troppo grande è anche troppo costoso e difficile da sistemare. Troppo piccolo può bruciarsi perché c’è troppa corrente. Come si può fare a calcolare lo spessore del filo oppure la corrente che scorre nel filo?

Per fare questo calcolo basta la formula di Ohm che ci dice che V=RxI.

Se utilizzo una pila di 9 Volt ed uso una lampadina di resistenza 1000 Ohm quanta corrente passa nel circuito?

Prima legge di Ohm.

La prima legge di Ohm ci serve per scoprire quanta corrente passa in un circuito elettrico. Quello in figura è un circuito elettrico, una lampadina riceve la corrente da una pila. Un interruttore serve a spezzare il percorso delle cariche elettriche. La prima legge di Ohm dice che la corrente che passa in quel circuito si misura dividendo la tensione della pila per la resistenza della lampadina.

V = R * I.   oppure   I = V/R

Esercizio: quanta corrente passa nel circuito se la pila è da 10 Volt e la lampadina è da 10 Ohm? Semplice I=V/R = 10 / 100 Ampere = 0,1 Ampere. Ricordiamo che tensione, corrente e resistenza hanno queste unità di misura:

• La tensione di una pila si indica con la lettera “V” e si misura in Volt
• La corrente in un filo si misura in -Ampere e si indica con la lettera “I”
• La resistenza di una lampadina si indica con la lettera “R” e si misura in Ohm.

Esercizi:

1. Quanta corrente passa in un circuito in cui V=10 Volt e R=10 Ohm?
2. Quanta corrente passa in un circuito in cui V=100 Volt e R=10 Ohm?
3. Quanta corrente passa in un circuito in cui V=10 Volt e R=1000 Ohm?
4. Che tensione ha la pila se i=1 Ampere e R = 100 Ohm?
5. Che tensione ha la pila se i=0,1 Ampere e R = 200 Ohm?

Risposte: 1A, 10A, 0,01A, 100V, 20V.

Domande:

1. come si chiamano le particelle che costituiscono l’atomo?
2. come si chiamano le particelle che costituiscono la corrente elettrica?
3. come si misura l’intensità della corrente elettrica?
4. qual è la formula che esprime la prima legge di Ohm?
5. qual è il metallo presente tipicamente all’interno di un filo della corrente elettrica?
6. come si chiamano i materiali che fermano le cariche elettriche?
7. di quale materiale è fatto il filamento nel bulbo di una lampadina elettrica ad incandescenza?
8. qual è il simbolo della resistenza elettrica e come si misura?
9. come si misura la tensione elettrica?
10. cosa sono i conduttori elettrici?