Elettricità

Elettricità

Che cos'è l'elettricità?

L'energia elettrica soddisfa molti dei nostri bisogno vitali. Senza di lei la nostra vita cambierebbe completamente e anche la produzione industriale si fermerebbe. La parola elettricità ha un'origine antica: deriva dal greco elektron, che significa ambra. Questo termine indica la proprietà che manifestano alcuni materiali di elettrizzarsi se sono strofinati con un panno. Tutte le sostanze nell'universo sono formate da molecole le quali sono diverse tra loro, ne esiste una per ogni sostanza. Le molecole a loro volta sono formate da atomi. I diversi tipi di atomi esistenti in natura sono 92. Tutti gli atomi hanno la stessa struttura. Vi è un nucleo centrale che comprende un certo numero di protoni e neutroni. Attorno al nucleo si muovono velocemente piccole particelle cariche di energia: gli elettroni. Queste particelle sono 2000 volte più piccole dei protoni e possono trovarsi solo in determinati spazi più o meno lontani dal nucleo. Ai protoni è attribuita una carica positiva, mentre agli elettroni una carica elettrica negativa.Un atomo è neutro quando il numero di protoni è uguale al numero degli elettroni. Se per qualche sollecitazione esterna un atomo perde uno o più elettroni, si dice che abbia carica elettrica positiva. Se, al contrario un atomo acquista uno o più elettroni si dice che abbia carica elettrica negativa. Gli elettroni più lontani dal nucleo hanno più energia e per questo sono quelli che si staccano con maggior facilità dal nucleo cui appartengono. Questi elettroni, chiamati "liberi", si muovono caoticamente nello spazio, ma in particolari condizioni chimiche il loro moto può essere orientato. In questo modo si genera la corrente elettrica, un flusso ordinato di elettroni liberi, che si spostano da un atomo all'altro, attraverso un conduttore. I vari materiali mostrano una diversa capacità nel permettere o nell'ostacolare il passaggio della corrente elettrica. Quelli ricchi di elettroni liberi mostrano un'elevata conducibilità elettrica e per questo si dicono conduttori. E' il caso dei metalli e dell'acqua. Quelli poveri di elettroni liberi ostacolano il flusso della corrente elettrica e perciò si dicono isolanti elettrici. E' il caso del legno, della plastica, della porcellana, del vetro e della gomma.

Grandezze elettriche

In un circuito il flusso di elettroni può essere può essere prodotto da un generatore che crea una differenza di potenziale, cioè un accumulo di cariche elettriche negative ad un'estremità del circuito, e un uguale accumulo di cariche elettriche positive all'altra estremità. La differenza di potenziale fa fluire gli elettroni dai punti a potenziale più alto (con carica negativa maggiore) a punti a potenziale più basso (con carica negativa minore). La differenza di potenziale, la quale è chiamata anche tensione, si misura in volt (simbolo V). La quantità di cariche elettriche, che passano in un punto qualsiasi del circuito in un'unità di tempo (in un secondo), indica l'intensità elettrica, la quale si misura in ampère (simbolo A). Quando la corrente elettrica percorre un conduttore, incontra un'opposizione più o meno accentuata, chiamata resistenza. La resistenza che incontra la corrente elettrica dipende da più fattori:

Il materiale del conduttore: i migliori conduttori naturali sono l'argento e il rame.

La sezione del conduttore: la resistenza diminuisce se la sezione aumenta.

La lunghezza del conduttore: la resistenza aumenta se cresce la lunghezza.

La temperatura del conduttore: le alte temperature aumentano la resistenza.

La resistenza si misura in ohm (simbolo).

In un circuito elettrico le tre grandezze che misurano la corrente (tensione, intensità e resistenza sono strettamente legate fra loro. Infatti, se la tensione è costante, l'intensità è inversamente proporzionale alla resistenza secondo la formula:

V = I x R

(tensione = intensità x resistenza)

da cui si ricava che:

I = V : R e R = V : I.

La potenza è una grandezza che misura il lavoro che una macchina (o utilizzatore) compie in un'unità di tempo. Se la macchina funziona a elettricità la potenza sarà data dal prodotto della tensione per l'intensità. In formula:

P = V x I

(potenza = tensione x intensità)

La potenza si misura in watt (simbolo W). 1 000 W sono 1 KW (Kilowatt). 1 000 000 W sono 1 MW (Megawatt). Se si tiene acceso per un'ora un utilizzatore che consuma  1 KW noi consumiamo un KWh cioè un Kilowattora.

Circuiti elettrici

Un circuito elettrico è formato da più parti:

Un generatore di corrente;

Un conduttore elettrico;

Un utilizzatore;

Un altro conduttore per chiudere il circuito;

Comandi (non necessari) es. interruttori.

I circuiti elettrici si possono collegare  in serie o in parallelo. Sia gli utilizzatori sia i generatori si possono collegare in questi due modi. Queste diverse modalità di collegamento producono effetti diversi.

Generatori in serie: se si collegano in serie più generatori la tensione del circuito, è quella della somma dei singoli generatori, mentre la durata del flusso di cariche elettriche sarà uguale a quello di uno solo. Questa situazione è presente nell'alimentazione di radio, registratori portatili o in giocattoli con motore elettrico.

Generatori in parallelo: se colleghiamo in parallelo alcuni generatori, questi forniscono la stessa tensione di uno solo, ma la loro durata complessiva è pari alla somma della durata di ogni singolo generatore. Il rendimento di un sistema di generatori in parallelo risulta generalmente maggiore al collegamento in serie, in proporzione al numero di pile che sono state utilizzate. Questa situazione è presente nell'alimentazione di telecomandi e strumenti di misura.

Utilizzatori in serie: La resistenza che oppongono alcuni generatori collegati in serie, è uguale alla somma della resistenza di tutti  i generatori. In formula:

R = R₁ + R₂ + R₃ + .

Questo collegamento è utilizzato raramente. Si può trovare in vecchie catene di lampadine per alberi di Natale. Oltre a opporre molta resistenza produce anche vari inconvenienti. Il più evidente è che tutti gli utilizzatori devono essere contemporaneamente inseriti. Se anche uno solo viene scollegato o si rompe neanche gli altri possono più funzionare.

Utilizzatori in parallelo: Questo collegamento è quello usato per gli impianti elettrici civili. Esso consente infatti un uso indipendente e autonomo di ogni utilizzatore. Inoltre offre meno resistenza al passaggio della corrente però vanno distinti due casi. Se tutti gli utilizzatori hanno la stessa resistenza questa sarà uguale a:

Resistenza di un utilizzatore

R equivalente =

Numero degli utilizzatori

Se invece gli utilizzatori hanno resistenze diverse, allora la formula diventerà:

R equivalente =

1 1 1

+ +

R₁ R₂ R₃ .

Corrente continua o alternata

Corrente continua: La pila di Volta sfrutta una proprietà chimica che hanno il rame e lo zinco in particolari condizioni. Alternando dischi di questi due metalli con tamponi imbevuti di acido soforico diluito, si genera un passaggio di elettroni liberi da un metallo all'altro. All'estremità in cui si trova lo zinco si accumulano cariche elettriche negative mentre dove si trova il rame cariche elettriche positive. Lo zinco viene detto polo negativo mentre il rame polo positivo. Se si collegano le due estremità della pila con un conduttore gli elettroni liberi lo attraverseranno finché il rame continuerà a perderli. Questo flusso è una corrente continua poiché gli elettroni percorrono sempre lo stesso circuito nello stesso verso. 

Corrente alternata: Gli alternatori sono i generatori che operano nelle centrali elettriche. Questi producono un campo elettrico che si inverte continuamente ed ad alta velocità. Le cariche elettriche fluiscono prima in un verso e subito dopo in un altro. Tutto si ripete in cicli successivi. La frequenza è la grandezza che indica il numero di cicli completi che avvengono nell'unita di tempo. L'unita di misura della frequenza è lo hertz (abbreviato in Hz). Il valore della corrente alternata in Italia è 50 hertz (Hz).

Rendimenti elettrici

Quasi tutti gli elettrodomestici convertono l'energia elettrica in altre forme di energia. Se per ogni elettrodomestico si misura quanta parte dell'energia elettrica consumata è stata trasformata in lavoro utile si avrà un rapporto che è sempre inferiore a 1. In termini percentuali è un valore inferiore al 100%. Questo rapporto si chiama rendimento e si calcola con la formula:

Energia immessa - Energia dissipata

Rendimento =

Energia immessa

Le perdite di energia dipendono da molti elementi: - tipo di trasformazione avvenuta; - Caratteristiche della macchina; - qualità dei materiali impiegati; - attriti indesiderati; - temperature eccessive o limitate; - tempestività in azioni e interventi. Usando correttamente un elettrodomestico, tenendolo in efficienza curandone la pulizia si migliora il loro rendimento e quindi si diminuiscono gli sprechi.

Migliorare i consumi

Illuminazione: - I tubi fluorescenti a parità di flusso luminoso consumano di meno e durano di più; - è preferibile usare poche lampade grandi piuttosto che parecchie piccole; - la luce diretta è più conveniente rispetto a luci diffuse ed indirette; - le lampade, grandi o piccole che siano, non vanno tenute accese inutilmente.

Frigorifero: - l'ubicazione ideale del frigorifero è nel punto più fresco della cucina; - la superficie posteriore va staccata dalla parete, per consentire una adeguata aerazione; - il termostato non va regolato a temperature troppo basse, per evitare che il compressore entri in funzione troppo spesso; - l'apertura degli sportelli non deve essere prolungata, tanto meglio se è poco frequente; - la serpentina refrigerante sul retro va pulita spesso; - le guarnizioni vanno controllate ed eventualmente sostituite; - va evitata la formazione di brina che ostacola il funzionamento e aumenta i consumi di elettricità.

Lavatrice e lavastoviglie: - all'acquisto vanno valutate le caratteristiche per accertarsi che le prestazioni corrispondano alle effettive esigenze; - l'apparecchio deve essere messo in funzione a carico completo e a filtro pulito; - se quello che si deve lavare non è troppo sporco è meglio scegliere un programma breve e a bassa temperatura;- vanno usati decalcificanti per evitare incrostazioni di calcare.

Scaldaacqua elettrico: - l'apparecchio va scelto delle dimensioni più idonee ai bisogni familiari; - va tenuto acceso solo quando si prevede di usare l'acqua calda; - la temperatura dell'acqua va regolata con il termostato, in funzione della stagione e non va mai tenuto al massimo; - va sistemato vicino ai rubinetti che si usano più spesso così si riducono le perdite di calore lungo i tubi.

Pericoli elettrici

L'elettrocuzione detta anche scossa elettrica e dovuta ad una differenza di potenziale tra due punti diversi del corpo umano. La corrente elettrica in contatto con una parte del corpo, tende a scaricarsi a terra attraversando il corpo che, essendo fatto soprattutto d'acqua non oppone molta resistenza. 

Contatto diretto con entrambi i cavi, carichi di tensione: questo tipo di contatto si verifica raramente, perché occorre toccare contemporaneamente entrambi i cavi della corrente con due parti del corpo.

Contatto diretto con un solo cavo o un oggetto in tensione: il contatto diretto è pericoloso anche se si tocca un solo cavo in tensione o se si tocca una superficie metallica in cui è presente l'elettricità. Essendoci una differenza di potenziale tra il punto di contatto col cavo in tensione e qualunque altra estremità del corpo l'elettricità si scarica al suolo attraversandolo. Se si indossano scarpe fatte con materiale isolante si impedisce alla corrente elettrica di scaricarsi al suolo attraverso i piedi, così prende altre vie per noi meno pericolose.

Contatto indiretto dovuto a guasti o a errori: un contatto indiretto si ha quando si tocca involontariamente un filo elettrico in tensione in un punto privo di guaina isolante. La folgorazione è improvvisa, e spesso colpisce persone che non hanno preso alcuna precauzione.

Gli effetti dell'elettrocuzione sono differenti ma sempre pericolosi

La corrente elettrica produce sul corpo umano numerosi effetti.

Tetanizzazione del muscolo. Si manifestano contrazioni muscolari

Ustioni

Arresto della respirazione

Fibrillazione. Contrazioni disordinate del cuore

Arresto cardiaco.

L'entità di questi danni dipende da numerosi elementi.

Il tipo di corrente. Se è continua o alternata

L'intensità della corrente

Il tempo di durata del contatto

Il percorso che la corrente compie all'interno del corpo umano

Gli elettrodomestici sicuri hanno il marchio IMQ.

L'Istituto italiano del Marchio di Qualità controlla e accerta la rispondenza alle norme vigenti di sicurezza dei materiali usati nella costruzione delle macchine. Lo scopo principale dell'IMQ è tutelare l'utente, evitando che acquisti prodotti ed elettrodomestici difettosi, costruiti con componenti facili all'usura, privi dei necessari requisiti di sicurezza.

Messa a terra e salvavita

Messa a terra: è un dispositivo che protegge dalla scossa elettrica, quando all'interno dell'utilizzatore cede un isolamento. Gli elettrodomestici sono tutti collegati alla messa a terra con un apposito cavo: quello dalla guaina giallo-verde.Tutti questi cavi si riuniscono e vengono collegati ad un grosso palo metallico conficcato nel suolo e sotterrato, attraverso il quale l'eventuale elettricità in eccesso si scarica a terra.

Salvavita o interruttore differenziale: integra, ma non sostituisce la messa a terra: esso interrompe il passaggio di corrente grazie ad un dispositivo sensibile a ogni differenza di intensità tra la corrente che percorre un filo elettrico e quella che percorre l'altro filo. Se si verifica un guasto o un contatto, la corrente su un filo assume un valore diverso dal valore normale. Il nome tecnico del salvavita è interruttore differenziale ed è obbligatorio in tutte le case.