L'elettricità e il suo impiego
L'elettricità che utilizziamo è ottenuta dalla trasformazione di altri tipi di energia, come quella idraulica, solare, nucleare e chimica. Infatti, l’energia elettrica si può definire anche un'energia secondaria. Questa è comoda, perché basta premere un interruttore ed è subito disponibile; pulita, perché non produce polveri o residui nel luogo di consumo; può essere trasportata a migliaia di chilometri di distanza dal luogo di produzione a spese solo di una modesta perdita di energia; può essere facilmente ritrasformata in altre forme di energia; è difficile da immagazzinare in quantità, perché i dispositivi che svolgono questa funzione, ovvero gli accumulatori elettrici, sono spesso costosi, ingombranti e di breve durata.
Il consumo di energia elettrica in tutti i Paesi, inclusa l’Italia, è in continua crescita. Tuttavia, questa crescita può essere anche una fonte di problemi: perché se l’uso dell’energia elettrica non inquina, inquinano il processo con cui essa viene prodotta. Questo aspetto è peggiorato perché solo
il 30/40% dell’energia primaria diviene energia elettrica utilizzabile. Inoltre, l’uso dell’energia nucleare pone ancora problemi ambientali e di sicurezza. E la salvaguardia dell’ambiente è sempre maggiore, infatti si tende a spostarsi verso le fonti primarie meno inquinanti, come il metano.
La natura dell'elettricità
Con il nome di elettricità si intendono tutti quei fenomeni fisici nei quali intervengono cariche elettriche sia ferme sia in movimento. Per descrivere il movimento delle cariche elettriche bisogna prima partire dalla struttura della materia: essa è formata da delle particelle piccolissime dette
molecole, a loro volta formate da particelle ancora più piccole dette atomi. Ogni elemento esistente in natura è dotato di un proprio atomo: dall’idrogeno che ha l’atomo più piccolo e semplice, agli elementi con gli atomi più complessi, come
l’uranio. Però tutti gli atomi hanno una struttura molto simile. Al centro dell’atomo vi è un nucleo, formato da due particelle, chiamate protoni e neutroni. Mentre i
neutroni non possiedono alcuna carica elettrica, ogni protone ne possiede una detta positiva, invece gli elettroni di natura opposta ne possiedono una negativa. Un principio fondamentale dell’
elettricità afferma che due corpi carichi che possiedano cariche elettriche di tipo opposto (una positiva e l’altra negativa) si attraggono, mentre due corpi che possiedano due cariche di egual tipo (tutte e due positive o negative) si respingono. Queste azioni di attrazione e repulsione sono una delle manifestazioni della forza elettromagnetica. In un atomo in condizioni normali, il numero degli elettroni (carica negativa) è uguale a quello dei protoni (carica positiva); quindi la carica totale dell’atomo è nulla.
Materiali conduttori e isolanti
In alcuni elementi (come per esempio i metalli) gli
atomi possono perdere facilmente gli
elettroni più esterni. In un oggetto metallico, quindi, gli elettroni possono abbandonare l’atomo originario e muoversi liberamente all’interno dell’oggetto. In altre sostanze, come nelle soluzioni di sali in acqua, le
molecole possono spezzarsi in due frammenti, uno dei quali presenta un atomo in eccesso, mentre l’altro ne presenta uno in meno. Questi due frammenti sono detti ioni e possono muoversi liberamente nella soluzione. Se attraverso alla sostanza si applica une tensione elettrica, si può avere un movimento di cariche elettriche all’interno di essa.
I materiali in cui questo movimento di cariche può avvenire si dicono conduttori, mentre quelli in cui gli elettroni sono ancora più ancorati agli atomi sono detti isolanti.
I migliori conduttori sono i metalli, specialmente l’argento, il rame e l’alluminio. Invece, sono isolanti il vetro, la porcellana, le materie plastiche e la gomma. Immaginiamo di avere due oggetti conduttori: il primo di
carica negativa, mentre il secondo di
carica positiva. Siccome due cariche elettriche eguali si respingono, mentre due cariche elettriche di tipo opposto si attraggono, per far spostare gli elettroni dal secondo al primo oggetto bisognerebbe vincere una forza contraria. Quindi si dice che tra i due oggetti esiste una differenza di potenziale elettrico, detta anche tensione elettrica, che è più alta quanto maggiori sono le cariche accumulate sui due oggetti, e questa differenza si misura in
volt (V). Ma se colleghiamo questi oggetti con un filo metallico gli elettroni inizieranno a spostarsi dal primo al secondo oggetto. Sotto l’azione di una tensione elettrica si stabilisce nel filo una corrente elettrica che si misura in ampere (A). Ma se non si hanno altri collegamenti,
il flusso di corrente si interrompe, mentre continua a fluire se si collega anche un generatore elettrico, cioè un dispositivo capace di mantenere costante la tensione elettrica tra i due oggetti. Tutto questo accade in un circuito elettrico elementare, ma per poter parlare di ciò che accade all’interno di esso, bisogna prima introdurre due importanti leggi dell’elettrotecnica, tra cui la legge di Ohm e
la resistenza elettrica. La legge di Ohm ci dice che l’intensità di corrente (I) che passa attraverso il filo conduttore e la tensione elettrica (V) tra le due estremità del filo, sono proporzionali tra loro. E il fattore di proporzionalità indica
la resistenza elettrica (R) che il filo oppone al passaggio della corrente. In formula: (V) volt = (I) ampere x (R) Ohm. La resistenza elettrica di un filo conduttore si misura in Ohm e dipende dalla struttura del materiale e dal diametro del filo, perché un filo conduttore con un diametro piccolo oppone una maggiore resistenza al passaggio della corrente, rispetto a un filo di diametro maggiore. Infatti, il termine resistenza viene spesso usato per definire il diametro del filo conduttore, sistemato in un apparecchio elettrico, come per esempio i forni.
Riflessioni conclusive sull'elettricità
In conclusione,
l'elettricità rappresenta una forma di energia fondamentale nella nostra vita quotidiana, alimentando le nostre case, le industrie e i mezzi di trasporto. Tuttavia, il suo utilizzo comporta sfide ambientali e di sicurezza, soprattutto considerando le modalità di produzione e i materiali impiegati.
È evidente l'importanza di un approccio sostenibile e responsabile nel suo impiego, con un'attenzione crescente verso fonti energetiche meno inquinanti e tecnologie più efficienti. L'evoluzione continua della ricerca e dell'innovazione nel settore dell'
elettricità è cruciale per affrontare le sfide future e per garantire un futuro più sostenibile per le generazioni a venire. In questo contesto, è essenziale promuovere la consapevolezza e l'educazione sulle questioni legate all'energia elettrica, incoraggiando pratiche più efficienti e uno sviluppo armonioso tra progresso tecnologico e tutela dell'ambiente.
