LE ENERGIE

La corrente elettrica

La corrente elettrica si trova negli atomi.

La corrente elettrica è un movimento di elettroni, in particolare di quelli liberi.

La forza elettrica tiene insieme le parti dell’atomo.

La molecola è il minimo componente della materia che possiede ancora le caratteristiche della sostanza di partenza.

Gli atomi sono la parte più piccola che compone la materia. Esistono 92 atomi diversi.

Gli atomi hanno carica neutra.

LA CORRENTE ELETTRICA

La corrente elettrica è un movimento di cariche elettriche elementari, cioè un flusso di elettroni. In particolare i protagonisti della corrente elettrica sono gli elettroni liberi, mentre gli altri restano al loro posto. Infatti, mentre circola la corrente ogni materiale (per esempio il filo di rame) non si consuma.

CONDUTTORI E ISOLANTI 

Si chiamano conduttori quei materiali (metalli, acqua e corpo umano, …) all’interno dei quali gli elettroni si muovono liberamente. Si chiamano isolanti quei materiali (plastica, pietra pomice, lana di vetro, ecc…) i cui elettroni sono fortemente legati ai nuclei degli atomi.

TRE GRANDEZZE DELLA CORRENTE (LEGGE DI OHM)

La corrente che scorre in un circuito elettrico viene definita da tre grandezze principali, meglio conosciute  con le rispettive unità di misura: gli ampere (A), i volt (V), gli ohm (Ω). Queste grandezze sono legate tra loro dalla legge di Ohm, che stabilisce le seguenti relazioni:”l’intensità della corrente elettrica (ampere) che scorre in un conduttore aumenta al crescere della tensione (volt) e diminuisce al crescere della resistenza (ohm).

POTENZA ED ENERGIA

Dalle tre grandezze principali derivano due grandezze di uso pratico: la potenza è “quello che sa fare” un apparecchio, per esempio poca luce o molta luce; l’energia è il suo consumo di corrente.

POTENZA (WATT)

La potenza di un apparecchio elettrico si calcola moltiplicando l’intensità della corrente (amper)che attraversa il filamento, per la tensione (volt) alla quale è sottoposta: watt= amper * volt. Il watt (W) serve per indicare la potenza nei piccoli apparecchi: la lampadina in figura è da 22 W. Il kilowatt (KW) Si usa per grossi apparecchi: 1 kilowatt= 1000 watt. Per esempio un phon può avere 1,8 KW di potenza.

ENERGIA (wattora)

L’energia consumata da un apparecchio, quella che si dovrà pagare nella bolletta, e misurata dalla sua potenza (watt) moltiplicata per il tempio di funzionamento (ore). Il wattora  (Wh) serve per indicare il consumo dei piccoli apparecchi. Una lampadina da 100 W consuma: 100 wattora se funziona per un’ora; 10 wattora se funziona per 6 minuti. 300 wattora se funziona per 3 ore. Il kilowattora (kWh) si usa per i grossi apparecchi: 1 kilowattora = 1kW*1 ora

I GENERATORI DI CORRENTE

LA PILA

La pila è un dispositivo che trasforma l’energia chimica in energia elettrica. È un generatore  caratterizzato da un polo positivo (+) e da un polo negativo (-) tra i quali esiste una differenza di potenziale attiva (forza elettromotrice) e capace di erogare corrente elettrica continua in un circuito esterno di utilizzazione che sia inserito tra i morsetti del polo positivo e del polo negativo.

Essa è costituita essenzialmente da due conduttori di prima classe (lamine metalliche o di carbone dette elettrodi) ciascuno dei quali immerso in un conduttore di seconda classe costituito da soluzioni elettrolitiche, sali fusi, solidi a conducibilità ionica, …

L’ACCUMULATORE 

Con il termine accumulatore si designa generalmente un dispositivo capace di immagazzinare energia sotto varie forme: energia elettrica, energia meccanica, energia termica.

Esistono vari tipi di accumulatori:

Vi sono gli accumulatori di tipo idraulico nei quali l’energia è accumulata sotto forma di liquido in pressione; essi sono in grado di restituire all’occorrenza tale energia convertendola in energia meccanica, cioè in lavoro.

Negli impianti termici vengono impiegati dei dispositivi capaci di immagazzinare calore ogni volta che la produzione di questo è maggiore della richiesta e di restituirlo quando la produzione è minore; con lo stesso scopo vengono impiegati gli accumulatori di vapore.

MAGNETE

Possiamo definire magnete un corpo dotato sempre di due poli magnetici diversi tra di loro noti con il nome di polo nord e polo sud secondo la convenzione utilizzate nelle bussole magnetiche con la seguente caratteristica: poli uguali tendono a respingersi mentre poli opposti tendono ad attrarsi.

La spiegazione di questa forza risiede nella capacità di ogni magnete di creare attorno a sé un campo di forza detto campo magnetico. Le sostanze che acquistano questa proprietà di magnetizzazione si dicono ferromagnetiche come il ferro, il nichel e il cobalto.

ALTERNATORE

L’alternatore è una macchina elettrica rotante che attua la trasformazione di energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

L’alternatore è l’elemento fondamentale delle centrali di produzione di energia elettrica. Le piccole potenze si hanno nei gruppi elettrogeni trasportabili, oggi raramente usati; nelle centrali elettriche si trovano soltanto alternatori di grande e grandissima potenza.

Gli alternatori si suddividono in tre categorie:

• alternatori sincroni;
• alternatori a ferro rotante;
• alternatori a induzione, detti anche asincroni.

Alternatori sincroni

La grandissima maggioranza degli alternatori sono di questo tipo. Essi sono caratterizzati dal fatto che la frequenza della tensione generata è invariabilmente legata alla velocità di rotazione: è appunto per questa caratteristica che essi assumono il nome di sincroni.

Il funzionamento degli alternatori sincroni è fondato sull’induzione elettromagnetica in base al quale si ha che in una spira conduttrice concatenata con un flusso magnetico variabile si genera una forza elettromotrice indotta.

Gli alternatori sincroni sono costituiti : da una parte rotante o rotore, detta induttore, destinata a produrre il campo magnetico per mezzo di masse magnetiche chiamate poli eccitate da corrente continua; da una parte fissa o statore, detta indotto, che contiene i conduttori o avvolgimenti nei quali si genera la f.e.m. indotta.

Alternatori a ferro rotante

Si fondano sullo stesso principio fisico degli alternatori sincroni; ne differiscono nell’applicazione, perché hanno fissi tanto gli avvolgimenti indotti quanto gli avvolgimenti induttori; la variazione del flusso magnetico è prodotta dalla rotazione di corpi ferromagnetici fra un avvolgimento elettrico e l’altro. Hanno impieghi molto limitati e sono usati essenzialmente per la produzione di energia elettrica a frequenza più elevata di quella delle reti di distribuzione, da qualche centinaio a qualche migliaio di hertz.

Alternatori a induzione o asincroni

Un alternatore a induzione o asincrono non è altro che un motore asincrono trifase che viene fatto ruotare per mezzo di un motore primo a velocità superiore a quella di sincronismo.

Non avendo eccitazione, questi alternatori possono funzionare soltanto in parallelo a reti alimentate da generatori sincroni, che forniscano la corrente magnetizzante. La frequenza della tensione generata non è legata alla loro velocità, ma è imposta dalla rete sulla quale lavorano. Data la loro semplicità costruttiva questi tipi vengono impiegati soprattutto in centraline idrauliche automatiche di piccola potenza collegate a centrali sincrone di grande potenza.

ESPERIMENTI PROGETTO “ENERGY TRANSFORMER”

Motore a luce o radiometro di Crooks

Un mulinello con quattro palette con facce nere e riflettenti è posto tramite uno spillo su un supporto all’interno di un’ampolla di vetro che contiene gas rarefatto. L’idea del suo inventore era di dimostrare la natura anche corpuscolare della luce, attraverso gli impulsi che i corpuscoli avrebbero dovuto
esercitare sulle palette.

VEICOLO SOLARE 

Il principio di funzionamento è basato sul fatto che l’energia
elettrica generata dalla cella fotovoltaica alimenta motorini che muovono gli ingranaggi che fanno girare ruote ed oscillare eccentrici.

Elettroscopio A FOGLIE e generatore piezoelettrico

L’elettroscopio a foglie registra la presenza di uno sbilanciamento tra cariche positive e negative su se stesso attraverso la divaricazione delle due laminette metalliche contenute al suo interno. Cariche dello stesso segno si respingono mentre se di segno diverso si attraggono. Il palloncino gonfio, inizialmente neutro (avvicinato  all’elettroscopio le foglie restano immobili), si carica se

strofinato su una stoffa. Avvicinando ora il palloncino alla sferetta dell’elettroscopio osserviamo che le foglioline, si divaricano perché caricate elettricamente per induzione. Lo stesso si potrà ottenere premendo un accendigas in prossimità della sferetta. Ma in questo caso le cariche migreranno sull’elettroscopio lasciandolo stabilmente carico e le foglie resteranno divaricate. Basterà toccare con un dito la
sferetta per scaricare a terra le cariche in esubero e per far
ritornare in equilibrio elettrico le due lamine.

LATTINA E PALLONCINO

Una lattina metallica è posta orizzontalmente. Si gonfia un palloncino e lo si avvicina alla lattina, senza contatto, dopo averlo strofinato sulla manica (elettrizzazione per strofinio). Si osserverà che il palloncino esercita un’attrazione elettrostatica sulla lattina provocandone la rotazione.

MOTORI ELETTRICI E DINAMO

Come appreso dal dimostratore sull’induzione a led, sappiamo che per produrre energia elettrica da energia meccanica si usano campi magnetici che attraversano avvolgimenti di filo di rame smaltato….Ebbene la serie di semplici motori illustrati sono composti da magneti che interagiscono con bobine alimentate con corrente elettrica sincronizzata con idonei accorgimenti tecnici. Il funzionamento delle dinamo è opposto a quello dei motori: un trasferimento di energia meccanica muove il rotore dell’apparato e produce a sua volta corrente elettrica. Le fonti di energia che producono il moto rotatorio sono principalmente aria ed acqua, ma anche il moto delle maree o le correnti marine sono candidati ottimali per i generatori di nuova concezione.

Minigeneratore eolico

Il minigeneratore eolico mostra, con un semplice soffio, come il suo funzionamento sia del tutto confrontabile con quello di un grande aerogeneratore che produce energia elettrica sfruttando i moti ventosi. L’altro modello illustra come l’energia del vento dipenda dalla sua velocità. Il ventilatore posto su un supporto mobile orientabile simula il vento. Un galvanometro collegato alla dinamo mossa dal rotore a tre pale indicherà la corrente prodotta dalla dinamo in funzione
della forza impressa alle pale dal flusso d’aria e dalla sua direzione.

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