le scienze

La scienza simpatica – parte 2 – Energia elettrica

Ogni giorno abbiamo a che fare con l’energia elettrica. Ma sappiamo effettivamente cos’è?

…cercherò di spiegare semplicemente di che Mostro stiamo per trattare. Non voglio insegnare nulla, ma solo sperare di farvi passare dei minuti piacevoli. Scriverò Sicuramente strafalcioni! Questo non è un libro di testo.

Nel mio precedente saggio tragicomico sull’Energia scrivo: ““L’energia è quella grandezza fisica che misura la capacità di un corpo o di un sistema di compiere lavoro, a prescindere dal fatto che tale lavoro sia o possa essere effettivamente svolto…soprattutto se si ha voglia di svolgerlo e di non “marcare visita”!””, quindi l’Energia Elettrica sarà quel tipo di grandezza fisica che da la scossa…in dialetto (non so quale) detta “stremìda”.

Cage_de_Faraday

Il lavoro che compirà l’energia elettrica sarà quello per cui è stata scoperta…si, scoperta non inventata, perché cosa naturale, difatti il corpo umano ne sfrutta le proprietà per qualsiasi sua funzione: chi si fosse appropriato di questo tipo di invenzione è un falso e un baro…già, ma cosa diamine è?

Sappiamo che qualsiasi cosa dell’universo è composta da atomi. Gli atomi sono dei piccolissimissimissimi pianetini formati da un nucleo e picolissimissimissimissimissimissime particelle che, a vanvera, gli ruotano attorno. Il nucleo è fatto semplicemente da micro-mini palline chiamate protoni e neutroni, i girovaghi si chiamano elettroni…

Oh, caspita!…ELETTRoni…cominciamo ad intravedere la meta!

Qualsiasi materia quindi, è, come scritto sopra (ma non lo dico solo io), formata da un certo numero di protoni-neutroni e un numero uguale di elettroni che all’impazzata girano: tutto un giramento di elettroni. I Protoni hanno carica elettrica positiva (vedono il bicchiere sempre mezzo pieno), i Neutroni non hanno carica elettrica (credo si stiano chiedendo da sempre chi sono e da dove vengono…) e gli Elettroni hanno carica elettrica negativa (sempre abbacchiati, stanchi a forza di girare come dei pazzi…). Generalmente la carica elettrica complessiva di un atomo è nulla: tutto sto popò di casino per non essere carichi… Alcuni materiali hanno però ottenuto, nella loro vita storica, cariche elettriche…ma lasciamoli perdere…ci cascherebbero tutti i capelli e non credo sia il caso.

La grande scoperta è questa: se si avvicinano nello spazio due materiali diversi, questi cercano di scambiarsi qualcosa… Tutti starete pensando allo scienziato, alchimista, politico Alessandro Volta, ma questi è vissuto tra il XVII e XVIII secolo…troppo tardi…l’avevano già beccata nel 600 a.C. e, tra l’altro, chi ne studiò al tempo le caratteristiche, non era nemmeno uno scienziato, ma un filosofo: Talete di Mileto, greco, padre anch’egli della geometria  (come quel povero diavolo di Pitagora) il quale, sfregando due pezzi di ambra (una particolare resina fossile), si prendeva una scarica di chissà che cosa, facendogli rizzare tutti i peli della ricciuta barba, che andava molto in voga al tempo.

Cosa si scambiano stì due pezzi di resina? Dobbiamo arrivare al XVII-XVIII secolo, quando diversi scienziati pazzi, costruirono con materiali diversi, macchine che producessero quella che poi chiamarono carica elettrostatica: delle piccole fabbriche di fulmini…scoprirono anche che quelle scintille facevano prendere fuoco a materiali diversi: mah, che strano, penserete voi… Avete idea di quanti incendi, per la scienza, sono avvenuti a quei tempi? In pratica, sfregando quei due pezzi di resina, si imprime loro una certa energia potenziale che fa scambiare tra gli atomi sia parte dei nuclei che gli elettroni. Quando si termina lo sfregamento, un pezzo di resina avrà carica elettrica negativa, l’altro positiva oppure tutti e due negativa o positiva…dipende da tante cose che non sto a elencare, c’ho capito poco anch’io… Questa carica elettrica si scaricherà rilasciando energia nel modo per lei più facile possibile…verso un qualcosa che non sia alla stessa carica elettrica, come: la terra, il corpo, l’albero, il campanile di una chiesa, la mano del vostro vicino che poi vi inseguirà col bastone…

Credo di sentire le vostre domande: “ma cosa c’entra tutto questo con la mia lampadina che accendo e spengo quando cavolo mi pare e che, se la lascio accesa quando vado in vacanza due settimane (se posso), mi incavolo perché mi arriverà una bolletta così pesante che dovrò chiedere un mutuo che non mi daranno?”

alessandro volta

Va bene, arrivo al succo del discorso! Uffa…sempre sintetici si deve essere! Tralascio quindi tutte le scoperte storiche dei nostri scienziati, filosofi, distruttori di case.

Fate una prova: immergete in una tazza, riempita d’acqua di rubinetto, un cucchiaino di acciaio e uno d’argento…

“Machicavolo ce l’ha l’argento? In questi tempi di crisi ci stiamo impegnando tutto, anche la dentiera della nonna!”

Vabbè…un cucchiaino di acciaio ed un pezzo d’altro materiale metallico (alluminio, rame, oro, stagno, stronzio…a chi?). Con un voltmetro…”che cosa?”…un tester…”che cosa?”…uffa!

Credetemi allora! Tra i due metalli si crea una certa tensione elettrica facilmente misurabile detta “differenza di potenziale” la quale si misura in Volt (questo si arriva dall’Alessandro citato sopra, difatti si indica con la V maiuscola, perché è esistito il Signor Volta!). Se nell’acqua sciogliessimo del sale, questa differenza di potenziale aumenterebbe, perché aumentiamo gli atomi della brodaglia che abbiamo composto… Abbiamo costruito, in pratica, una pila. Anche se i due materiali non li immergessimo in quell’acqua, ma li accostassimo, otterremo una tensione elettrica: lo scambio di elettroni e ioni (gli atomi a cui sono scappati degli elettroni) avviene lo stesso, in maniera minore perché tra un corpo e l’altro vi è comunque un po’ d’aria che è, se secca, un ottimo isolante elettrico. Attenzione, se accostate oro e piombo, quest’ultimo rimarrà quello che è…’na chiavica!

pila a limoni

Per spiegare cos’è la differenza di potenziale c’è un vecchio, ma sempre in voga, esperimento. Procuratevi un tubo di qualsiasi materiale con dei tappi alle estremità, fatti di un materiale tipo la pellicola per gli alimenti. Riempite il tubo d’acqua. “Ma non si parlava di elettricità? L’acqua e l’elettricità non sono proprio degli amici!” È un esempio, un’esperienza per similitudine, cavolo!

Se il tubo lo mantenete orizzontale, l’acqua flette i due tappi allo stesso modo…”oh, flette a chi?”…se invece, il tubo pieno d’acqua lo inclinaste, vedreste il tappo inferiore flettersi all’esterno, mentre il tappo superiore si fletterebbe all’interno del tubo stesso, per effetto del peso dell’acqua. Riposizionate il tubo in orizzontale e con un dito imprimete una forza (poca, se no vi lavate) su uno dei tappi…vedrete immediatamente l’altro tappo flettersi in egual misura rispetto a quello premuto. Nel primo esperimento la differenza di potenziale è dovuta all’inclinazione del tubo, nel secondo al dito; ne consegue che i due effetti simili, hanno ricevuto energia in due modi diversi… La gravità terrestre ed il vostro dito, sono dei generatori d’energia. Che figo eh? Vabbè…

“Uffa, ancora! Cosa c’entra il tubo e l’acqua con la stracavolo di lampadina?”…niente, lasciamo stare! Certo che a volte siete proprio intrattabili!

Alessandro Volta scoprì che due materiali diversi, posti uno sopra l’altro, imbevuti magari d’acido, fornivano una differenza di potenziale (lui provò con dei dischetti di feltro bagnati d’acqua salata interposti tra un dischetto di zinco e uno di rame…e funzionò subito!). Un polo positivo ed uno negativo. Inventò, e questa è veramente un’invenzione, la pila che prese il suo nome…ladra!

Questa differenza di potenziale si chiamò in seguito Corrente Continua. La corrente continua, in un circuito elettrico, “circola” convenzionalmente per il verso opposto rispetto a quello vero…tanto per complicarci la vita.

“Quindi, quando accendo la luce, ho corrente continua?”…NO! Non ci siamo ancora. Quella che “circola” nei nostri impianti è alternata!

I vari sviluppi della corrente continua portarono diversi altri scienziati alle invenzioni di altrettante macchine. Una delle prime è la Lampadina…”ma se mi hai detto di no?”…siamo ancora alla storia, anche se ho scritto che non ne parlavo più…v’ho fregato! “Ma la lampadina non è una macchina!”…una macchina è quel qualcosa che compie un lavoro! La luce è un lavoro!

motore cc

Illustri scienziati scoprirono anche che il passaggio della corrente elettrica in un cavo elettrico, produceva anche un effetto magnetico, come quello delle calamite, che già venivano usate per le dinamo, o per fregare soldi in ferro dalle tasche dei passanti: un avvolgimento elettrico di filo di rame che ruota entro un campo magnetico – o viceversa – produce corrente elettrica continua, come per far luce sulle biciclette di pochi anni fa…il problema della corrente continua è che è difficile trasportarla per lunghi percorsi e decisamente pericolosa. Inventarono, quindi, dopo approfonditi studi, i primi generatori di corrente alternata…sfruttando le leggi studiate da un pazzo scatenato di nome Faraday al quale piaceva entrare in una gabbia di ferro opportunamente collegata alla corrente elettrica, nella quale tutti i capelli si rizzavano a raggiera… Attenzione: la gabbia di Faraday è ciò che ci salva le apparecchiature elettriche di casa dai fulmini e dalle correnti parassite…La corrente alternata è, molto semplicemente, una corrente continua che continua a variare invertendo i suoi poli…in Europa lo fa 50 volte al secondo (50Hz…H grande perché deriva dal Signor Heinrich Rudolf Hertz, altro scienziato che ha contribuito pesantemente agli studi sulla corrente alternata ed ai campi elettromagnetici). Il campo elettromagnetico della corrente alternata, quindi, non è “statico” come quello della corrente continua, ma crea “movimento”. Se in quel campo elettromagnetico, opportunamente gestito con vari avvolgimenti di rame, immergiamo qualcosa che in se abbia altri avvolgimenti di rame, quest’ultimo gira…un motore elettrico!

“Che bello! Quello che c’è nelle nuove Formula 1 e nelle macchine ibride…ma la cavolo di lampadina?”…facciamo luce!

lampada ad incandescenza

La stracavolo di lampadina, altro non è che un filamento di un metallo (generalmente tungsteno) che collega i due poli elettrici, immerso in un gas nobile (generalmente Argon) per fare in modo che il tungsteno non fonda. Brevetto di Thomas Edison, uno che ne ha inventate tante (anche cose ben poco utili)! Al passaggio della corrente elettrica (che sia continua o alternata il funzionamento è il medesimo) la resistenza (lo “sforzo” al passaggio della corrente) del filamento fa in modo che questa si scaldi. La corrente elettrica, quindi, porta il materiale all’incandescenza, quasi al limite della sua fusione…da li la luce, che altro non è che parte dell’energia in gioco assieme al calore.

“Ma io c’ho i neon e i led…Tu sei antico!”…Uffa!

Il neon funziona quasi sullo stesso principio, ma al posto del filamento c’è un gas, il Neon appunto, che eccitato opportunamente con una scarica iniziale di circa 20000V, si accende…i LED sfruttano il comportamento di alcuni materiali che si chiamano semiconduttori…la corrente elettrica, decisamente di minor entità rispetto ai due altri sistemi esposti, e da qui il minimo consumo, genera luce “attivando” questo tipo di materiali. Esistono anche altri tipi di lampade, ma tralascio!

“Perché è meglio non prendere scosse elettriche?” Non siete stati attenti! L’ho scritto all’inizio!

Il nostro corpo per funzionare è continuamente attraversato da correnti elettriche di natura chimica che, se intercettate, soprattutto da altre correnti elettriche, può causare la sospensione o la morte di alcuni organi…non quelli suonati da Bach che non c’entra nulla. Dobbiamo stare attenti soprattutto al cuore…se attraversato da un dardo di un amorino, va bene, ma se viene attraversato da una corrente elettrica…miga massa! A volte, qualche fortunatissimo spettatore di temporali, colpito da un fulmine (si parla anche di GigaVolt GV…”Giga?”…andatevelo a cercare!), rimane illeso, a parte forse qualche bruciacchiatura…perché? E’ per la fortuna sfacciata del malcapitato al quale la corrente elettrica di quel fulmine, forse lanciato da Zeus, cecato, senza una buona mira, non attraversa il cuore, ma i vestiti bagnati…questi però, dopo la fortunaccia avuta, dovrà comunque andare a mettere un cero da qualche centinaio di chili (kg…k piccolo perché non è mai esistito il Signor Kili) a qualche divinità…

 

Ah…la corrente elettrica viaggia alla velocità della luce…ma questo non ve lo spiego!…sono stanco.

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