Transcript Elettricità - Sito didattico dell` IT Ghini

ELETTRICITÀ
•Corrente, tensione, resistenza
•Legge di Ohm
•Generazione dell’ energia elettrica
•Pile e accumulatori
•Gli effetti della corrente elettrica
- ottici
- termici
- magnetici
- meccanici
- fisiologici
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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.
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L’ atomo di rame
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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.
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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.
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Circuito elettrico elementare
La pompa spinge l’
acqua con una
certa pressione, ma
affinché essa
fluisca il rubinetto
deve essere aperto
tensione
corrente
La pila spinge gli
elettroni con una
certa tensione, ma
affinché essi
fluiscano il contatto
dell’ interruttore
deve essere
chiuso.
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Il circuito elementare
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L’ intensità di corrente
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
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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)
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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
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Legge di Ohm
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La generazione di energia elettrica - Dinamo
Quando la spira ruota nel
campo magnetico creato
dal magnete, ai suoi capi si
genera una tensione.
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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.
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Centrale idroelettrica
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Centrale termoelettrica
(carbone-gasolio-metano-biomasse)
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Centrale elettronucleare
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Energia eolica
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L’ eolico in Italia
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Energia fotovoltaica
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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.
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Pila
Pila normale
- l’elettrolita è la pasta nerastra con sali
di ammoniaca
Pila alcalina
- l’elettrolita è idrossido di potassio
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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.
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Accumulatori a ioni di Litio (cellulari)
Tutte hanno tensione di 3,6 -3,7 volt
capacità 1000-3000 mAh (milliAmpere ora)
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Pile in serie: se si collegano in serie più
pile da 1,5 volt, si ottengono tensioni
multiple.
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Gli effetti della corrente elettrica
•
Effetto luminoso
•
Effetto termico
•
Effetto magnetico
•
Effetto meccanico
•
Effetto chimico
•
Effetto fisiologico
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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.
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Effetto termico – (effetto Joule)
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Effetto meccanico - Motore elettrico
Il motore elettrico
trasforma energia elettrica
in energia meccanica
facendo ruotare un albero
Una spira immersa in un campo
magnetico, se percorsa da corrente,
tende a ruotare
Il campo magnetico può
essere generato da:
•un magnete
•degli avvolgimenti ausiliari
percorsi da corrente
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Campo elettrico
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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
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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
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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.
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L’ onda elettromagnetica
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Lo spettro elettromagnetico
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Le antenne – trasmittenti / riceventi
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L’ inquinamento elettromagnetico
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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.
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Sicurezza elettrica
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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.
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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
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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.
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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.
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Il salvavita (interruttore differenziale)
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L’ impianto di terra
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Consumi elettrici
•
Potenza di un apparecchio
•
Potenza impegnata
•
Consumi bimestrali
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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.
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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.
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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.
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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).
2
2
Energia (Wh) = Pot. (W) * durata (h)
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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
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