L’ENERGIA ELETTRICA 

Mattia Fervari

CHE COS’È L’ELETTRICITÀ STATICA? 

L’elettricità è un fenomeno fisico della materia in cui sono presenti diverse interazioni tra particelle.  

La materia, infatti, è costituita da atomi. Questi atomi sono composti da: 

–nucleo: al cui interno sono presenti neutroni e protoni 

– elettroni: particelle che si muovono intorno al nucleo. 

Nel nucleo vi sono cariche elettriche positive + (protoni), e negative – (elettroni). Quelle positive attraggono le negative affinché l’atomo non si scomponga.  

L’atomo può essere in due condizioni:  

• neutro: se quest’ultimo ha un numero uguale di protoni e neutroni e perciò la sua carica elettrica è nulla. 
• È instabile, se perde o acquista elettroni. Gli atomi cercano quindi una nuova situazione di stabilità e per questo verranno attratti da atomi di carica opposta, ovvero con una instabilità contraria a quella dell’altro atomo. Un corpo ha elettroni in eccesso si sposterà verso un corpo con una mancanza di elettroni. Si creano dunque due principi: 
• Le cariche elettriche di segno opposto si attraggono 
• Le cariche elettriche dello stesso segno si respingono.  

LA PILA 

La pila è uno strumento per la trasformazione di energia chimica a energia elettrica 

La prima pila è stata costruita da Alessandro Volta nel 1800. Formata da coppie di dischi di zinco e di rame impilati gli uni sugli altri e separati da n panno imbevuto da acido solforico.  

Una coppia di zinco e rame a contatto tende a reagire chimicamente (ossidoriduzione) e per questo si comincia ad avere una differenza di potenziale: -lo zinco si carica negativamente perché su di esso si accumulano elettroni  

-il disco di rame si carica positivamente per l’eccesso di protoni rispetto agli elettroni.  

-La soluzione acida detta elettrolita permette il passaggio degli elettroni 

Tra le coppie si forma differenza di potenziale. Se si uniscono il primo e l’ultimo dischetto con un filo metallico si avrà la differenza di potenziale complessiva, necessaria per far funzionare il macchinario. 

Ad oggi usiamo pile a secco, ovvero senza soluzioni acquose. Riescono a generare molta più corrente elettrica. 

CIRCUITO IN SERIE: 

In un circuito in serie sono presenti due o più utilizzatori disposti in successione. Entrambe le lampadine sono attraversate dallo stesso flusso di corrente, la luminosità è minore di quella che avrebbero se fossero singolarmente presenti in un circuito, poiché l’energia si distribuisce in ognuna di esse.

CIRCUITO ELETTRICO IN PARALLELO:  

In un circuito elettrico in parallelo due o più componenti sono collegati in modo da avere le estremità in comune 

Il flusso che raggiunge gli utilizzatori non è lo stesso per tutti e due, perché esso si suddivide in più rami per poi riunirsi dopo aver attraversato i componenti. La tensione agli estremi resta invariata, ma la durata delle batterie è maggiore rispetto a quella con le batterie in serie 

Gli impianti elettrici sono costruiti da un insieme di circuiti in parallelo. In questo modo i diversi apparecchi posso funzionare contemporaneamente e in modo indipendente. 

LA PRIMA LEGGE DI OHM 

L’intensità di corrente (i) in un conduttore è direttmente proporzionale alla tensione (ddp) applicata ai suoi due estremi e inversamente proporzionale alla resistenza (R) da esso offerta 

I=ddp/R R=i•ddp   

LA SECONDA LEGGE DI OHM 

La resistenza elettrica (R) di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (l) e inversamente proporzionalealla sua sezione (s) 

R=p•l/s 

In un cavo elettrico la corrente elettrica incontra più resistenza se la lunghezza del cavo aumenta e la sezione del cavo diminuisce. p sta per resistività di un conduttore, ovvero il materiale di cui è fatto il filo

EFFETTO CHIMICO: 

L’effetto chimico della corrente è sfruttato dal fenomeno dell’elettrolisi. 

Se immergiamo due lamine di metallo collegate ad un generatore e ad un utilizzatore all’interno di una bacinella d’acqua distillata, ci accorgiamo che la lampadina non si accende. Per favorire il passaggio della corrente è sufficiente aggiungere del comune cloruro di sodio NaCl (sale da cucina). Ciò avviene perché l’acqua distillata non favorisce il passaggio della corrente. Quando noi aggiungiamo il sale, esso si discioglie nell’acqua e le molecole si scindono in ioni positivi (Na+) e ioni negativi (Cl-), cioè si ionizzano; lo ione positivo viene attratto dal catodo (la lamina o elettrodo collegata al polo negativo del generatore), mentre lo ione negativo dall’ anodo (la lamina o elettrodo collegata al polo positivo del generatore).
Il fenomeno descritto prende il nome di dissociazione elettrolitica e le sostanze capaci di ionizzarsi si chiamano elettroliti. 

Michael Faraday era un fisico e chimico britannico che ha contribuito in maniera determinante allo studio dell’elettromagnetismo dell’800.

La legge di Faraday descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica: Faraday a scoperto che se aumentiamo il numero delle spirali e la velocità della calamita la luminosità sarà più intensa, se invece le spirali e la velocità della calamita diminuiscono la luminosità sarà molto meno intensa.

LA DINAMO

Un esempio di induzione elettromagnetica è la dinamo che funziona grazie al rullo zigrinato verso la ruota che mette in movimento un piccolo albero che trasmette il movimento rotatorio della ruata ad una calamita, in questo caso la calamita è l’induttore.

Intorno alla calamita è posto il circuito indotto composto da una barretta di acciaio attorno alla quale è avvolto un filo di rame, gli estremi del filo sono collegati uno al telaio della bicicletta e l’altro alla lampadina.

Il magnete all’interno della dinamo ha i poli Nord e Sud che si oppongono e quando il magnete si muove al muoversi della ruota i poli si spostano rapidamente, creando un campo magnetico che taglia le spire di rame e per il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, si crea una corrente elettrica continua che si trasmette alla lampadina.

LA CENTRALE IDROELETTRICA

Alessandro Matti

Descrizione
La centrale idroelettrica è un impianto per la produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. Essa è costituita da un insieme di opere di ingegneria idraulica e da una serie di macchinari elettrici accoppiati opportunamente con lo scopo di ottenere energia elettrica sfruttando il movimento di grandi masse d’acqua.

La centrale idroelettrica converte l’energia cinetica dell’acqua in energia elettrica.
L’energia che si ottiene è pulita in quanto la centrale non produce emissioni nocive per l’ambiente.

In base alle caratteristiche di posizione e moto dell’acqua in ingresso possiamo classificare le centrali idroelettriche come segue:

-Centrali ad acqua fluente: sono centrali che sfruttano la naturale portata di un fiume. L’acqua viene convogliata in un canale di derivazione (non una condotta forzata) e attraverso questo inviata alle turbine. In questo tipo di centrali la portata utilizzata coincide in ogni istante con la portata disponibile nel corso d’acqua. Sono adatte quindi a fiumi con portata generosa e regolare.

-Centrali a bacino: in questo caso l’acqua viene immagazzinata in un bacino di raccolta bloccando il naturale corso di un fiume con uno sbarramento detto diga oppure utilizzando dei bacini naturali già esistenti come i laghi. Grazie a delle condotte forzate l’acqua scorre verso le turbine. Questa tipologia è molto utile perché, diversamente dalle centrali ad acqua fluente, l’acqua può essere dosata a seconda dell’esigenza;

Possiamo quindi classificare le centrali idroelettriche anche per il salto in metri (h) che sfruttano come:

-a bassa caduta: h < 20 𝑚
-a media caduta: 20 𝑚 ≤ h ≤ 100 𝑚
-ad alta caduta: : 100 𝑚 < h ≤ 1000 𝑚
-ad altissima caduta: h > 1000 𝑚

e in base alla portata espressa in 𝑚3/𝑠 (Q):
-piccola portata: 𝑄 < 10 𝑚3/𝑠
-media portata: 10 𝑚3/𝑠 ≤ 𝑄 ≤ 100 𝑚3/𝑠
-grande portata: 100 𝑚3/𝑠 < 𝑄 ≤ 1000 𝑚3/𝑠
-altissima portata: 𝑄 > 1000 𝑚3/𝑠

Quella italiana più potente è invece la centrale Luigi Einaudi di tipo ad accumulazione che si trova nel comune di Entracque in provincia di Cuneo. Essa sfrutta l’acqua immagazzinata in due dighe, che generano un salto di 1048 𝑚 e una portata di 156 𝑚3/𝑠, per produrre una potenza massima pari a 1410 MW:

a) Diga Luigi Einaudi Italia 1,4 GW

Le nazioni che producono più energia con centrali idroelettriche sono nell’ordine Cina (370 GW), Brasile (109 GW) e Stati Uniti (103 GW). L’Italia è undicesima (22 GW) davanti a paesi come Germania, Spagna, Austria e Svizzera.

Vantaggi e svantaggi

Le centrali idroelettriche, come qualsiasi fonte di energia, presentano sia vantaggi che svantaggi.

Svantaggi:
L’impianto necessita di essere tenuto spesso sotto controllo;

Per i grandi impianti l’impatto ambientale (distruzione di habitat, modifica del paesaggio) può essere considerevole;

Una centrale idroelettrica non può essere costruita in qualsiasi posto: devono verificarsi alcune condizioni di base, come la vicinanza ad un fiume di sufficiente portata o la possibilità di creare un dislivello tra il bacino di raccolta e le turbine.

Gli svantaggi delle centrali idroelettriche riguardano comunque principalmente quelle di grandi dimensioni, che hanno la sfortuna di creare maggior impatto ambientale, mentre quelle più piccole non presentano le stesse problematiche. Con i dovuti accorgimenti e controlli anche la pericolosità o gli effetti negativi sull’ambiente possono comunque essere ridotti.

La parte centrale di un reattore è il cosiddetto nocciolo: qui avviene la fissione del combustibile nucleare sagomato in barre. Le barre sono immerse in una sostanza che agisce da moderatore e rallenta i neutroni responsabili della reazione: per quanto possa sembrare strano, infatti, i neutroni lenti sono molto più efficaci di quelli veloci nell’innescare la fissione. I moderatori di velocità più utilizzati sono la grafite e l’acqua, meglio se acqua pesante, cioè non formata da idrogeno e ossigeno ma da deuterio (isotopo dell’idrogeno con massa atomica doppia) e ossigeno.

Tutto intorno al nocciolo del reattore ci sono tubi dove scorre acqua. Il liquido, riscaldato dal calore prodotto durante la fissione, viene trasformato in vapore ad alta temperatura. Il vapore poi è adoperato per far ruotare le turbine del generatore di corrente della centrale. I generatori di vapore delle centrali nucleari sono dispositivi analoghi a quelli che si trovano nelle centrali eletrriche alimentate da petrolio e carbone e sono collegati a un alternatore per produrre energia elettrica.