L'elettricità: un flusso ordinato di elettroni e i generatori di corrente

Le molte "forme" dell'energia elettrica

L'energia elettrica ci ha permesso di ideare alcuni dispositivi che hanno rivoluzionato la vita sul Pianeta

• la luce elettrica
• gli "elettrodomestici"
• l'elettronica

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Illuminazione, Elettrodomestici e dispositivi elettronici

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Un flusso ordinato di elettroni

Per capire che cos'è l'energia elettrica dobbiamo partire dall'atomo, il componente fondamentale della materia

• esso è costituito da particelle più piccole
  • le particelle del nucleo
  • i protoni
  • i neutroni
  • gli elettroni, che ruotano intorno al nucleo

H H +

Nei protoni e negli elettroni risiede la carica elettrica

• i protoni hanno carica positiva (+)
• gli elettroni hanno carica negativa (-)

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Che cos'è la corrente elettrica?

Quando un flusso ordinato di elettroni attraversa un conduttore (solitamente un cavo metallico) si genera una corrente elettrica che può compiere diversi lavori, per esempio "accendere" una lampada o far muovere le pale di un ventilatore. La capacità degli elettroni in movimento di compiere un lavoro è definita energia elettrica

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I generatori di corrente elettrica fanno muovere gli elettroni

Un atomo è elettricamente neutro se ha il numero di elettroni pari a quello dei protoni contenuti nel nucleo

• Se questo equilibrio si rompe una delle due cariche prevale sull'altra

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Cosa "genera" energia elettrica? I generatori

= le pile

La pila è un "convertitore di energia": è in grado di trasformare l'energia chimica in energia elettrica

• fin dall'inizio della sua storia ha avuto un grande successo poiché rendeva "portatile" la corrente elettrica

L'origine della pila è tutta italiana

• Alessandro Volta, fisico comasco vissuto a cavallo fra il XVIII e il XIX secolo, ne è l'inventore

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Come funziona un generatore (una pila)

Per "convincere" gli elettroni a spostarsi in modo ordinato, utilizziamo un generatore

• dispositivo in grado di convertire una qualunque forma di energia in corrente elettrica

Nel generatore si creano due poli

• uno positivo
• l'altro negativo
  • le particelle con carica negativa si accumulano a una delle estremità
  • dalla parte opposta prevale invece la carica positiva dei protoni rimasti
  • Questa differenza di cariche agli estremi si chiama differenza di potenziale o tensione e si misura in volt (V)

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La differenza di potenziale e il conduttore

La differenza di potenziale può essere bilanciata collegando i poli con un conduttore (=un filo di rame)

• il flusso di elettroni attraversa il conduttore e genera una corrente elettrica

Componenti e funzionamento della pila

Capsula metallica (+)

Bastoncino di carbone È affondato nella pasta ed è il polo positivo (+)

Contenitore di plastica Ha una funzione isolante.

Elettrolita È una pasta che riempie il contenitore.

Lamierino Ha funzione protettiva.

Cilindro di zinco È il polo negativo (-)

Fondello metallico (-)

1 Funzionamento Quando i due poli sono collegati da un filo conduttore inizia a scorrere la corrente. Infatti, lo zinco è corroso dall'acido che gli sottrae cariche positive (diventa polo -); questo flusso di cariche si dirige verso il bastoncino di carbone (diventa polo +) e si ha una corrente. Lo zinco si consuma poco per volta fino a quando la pila non funziona più.

Il conduttore è in grado di convogliare questo spostamento di elettroni

• dal polo negativo
• a quello positivo del generatore

1 Delpiano @ Sanoma Italia

L'energia elettrica e i generatori portatili

L'energia elettrica

• consente di utilizzare anche dispositivi "senza spina"
• può essere
  • immagazzinata
  • ottenuta da generatori portatili (pila)

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La pila di Volta: come funzionava la prima pila

In una struttura di legno, Volta impilò dischi di rame e zinco intervallati da feltri imbevuti da una soluzione di acqua e acido solforico

La sequenza zinco-feltro-rame provoca una reazione chimica in cui

• lo zinco perde elettroni
• li cede "ai piani successivi", formando
  • un polo negativo alla sommità della pila
  • uno positivo al fondo

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Reazioni chimiche e passaggio di elettroni

come abbiamo visto, la differenza di potenziale può essere bilanciata collegando i poli con un conduttore

• il flusso di elettroni attraversa il conduttore e genera una corrente elettrica

Le reazioni chimiche che avvengono in una pila si chiamano reazioni di ossidoriduzione

• due sostanze a contatto tra loro reagiscono generando una cessione di elettroni tra due elettrodi
  • catodo (con il segno +)
  • anodo (con il segno -)
  • Se anodo e catodo vengono collegati da un conduttore si verifica un passaggio di elettroni

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Grandezze elettriche fondamentali

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Intensità di corrente (I)

è il numero di cariche elettriche che in un secondo attraversano una sezione del circuito intensità di corrente I Si misura in Ampere (A)

Resistenza (R)

è la resistenza che un conduttore oppone al passaggio della corrente resistenza R quali sono si misura in Ohm ($2)

Tensione (V) o differenza di potenziale elettrico

è la capacità di spingere gli elettroni lungo un circuito elettrico tensione V o differenza di potenziale elettrico Si misura in Volt (V)

Potenza (P)

potenza € è l'energia liberata nell'unità di tempo P Si misura in Watt (W)

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