Elena Lasagna

28/02/2013

Continua… da Unità  di  potenziale

Se si mettono in comunicazione due vasi contenenti liquido a diverso livello, scende il liquido del vaso in cui il livello è più alto  ( anche se, essendo più stretto, ne contiene una quantità minore ) e, va nel vaso in cui il livello è più basso,  finchè in entrambi si dispone allo stesso livello.

Se si mettono in comunicazione due conduttori, elettrizzati a diverso potenziale, l’elettricità passa da quello in cui il potenziale è maggiore ( anche se possiede una quantità di elettricità minore ) all’altro, finchè i due conduttori, non si dispongono entrambi, allo stesso potenziale.

 Si noti che questo passaggio di elettricità, è pura convenzione, un modo di dire per potersi esprimere con parole; perché l’elettricità non è materia e, nulla si muove da un conduttore all’altro.

Il livello di un liquido in un recipiente, è uguale in tutti i punti della superficie superiore.  Lo stesso liquido,   in più vasi comunicanti, si dispone allo stesso livello, qualunque sia la forma e la dimensione di questi.

Il potenziale di un conduttore è uguale in tutti i punti della superficie esterna.   L’elettricità in più conduttori posti in contatto,  si dispone allo stesso potenziale,  qualunque sia la forma e la dimensione.

Scintilla  –  Forza  elettromotrice

 Per far passare acqua da un recipiente più alto,  ad uno più basso,  non è necessario un tubo di comunicazione tra i due recipienti ; può passare sottoforma di zampillo nell’aria,  ed andare lontano,  purché sia spinta da sufficiente pressione.

  Allo stesso modo,  l’elettricità. da un conduttore elettrizzato ad alto potenziale,  può passare ad un altro a potenziale minore,  senza conduttori di comunicazione,  attraverso un isolante, per esempio nell’aria,  purché vi sia sufficiente differenza di potenziale.  Il passaggio allora, avviene con produzione di luce, e con altri effetti, e si forma una scintilla.

La causa che spinge l’acqua da un vaso all’altro,  non è la differenza di livello; infatti, sappiamo che la causa del moto può essere solo una forza, e la differenza è una lunghezza e non una forza.

Ma dalla differenza di livello ha origine una pressione che, è la forza che spinge l’acqua da un recipiente all’altro,  che si misura con la stessa unità con cui si misura il livello, cioè in centimetri.  Allo stesso modo,  la causa che spinge l’elettricità,  da un conduttore all’altro,  non è la differenza di potenziale,  ma una forza che trae origine da essa, e si chiama, forza elettromotrice  ( f.e.m. )

La f.e.m.  in pratica si chiama ” tensione o voltaggio “.

Effetti fisiologici della scarica elettrica

Si chiamano con questo nome gli effetti della scarica elettrica sull’organismo degli esseri viventi.  La scarica,  attraversando il nostro corpo,  provoca una contrazione rapida,  violenta,  dei muscoli che:  si chiama scossa elettrica.  Questa contrazione può essere così forte da produrre sia l’arresto del cuore, che lesioni interne e portare alla morte. La contrazione moderata dei muscoli può essere utile a scopo curativo di alcune malattie ( paralisi di un arto, ecc. ) è per questo adoperata elettricità  a potenziale conveniente.  L’applicazione dell’elettricità con le macchine  elettrostatiche è chiamata in medicina col nome di ” Franklinizzazione “.

Nel contatto di due conduttori eterogenei qualsiasi, si stabilisce fra essi, una differenza di potenziale che dipende solo dalla natura dei due conduttori, dalla loro temperatura,  e dallo stato della loro superficie.

Cioè la differenza di potenziale è indipendente dalla forma e grandezza dei conduttori, dall’estensione, del contatto ,  ecc.

Alessandro Volta, sommo fisico italiano nato a Como nel 1745 e  vi morì nel 1827, fece importanti studi in diversi campi della Fisica, ma la scoperta che lo immortalò, fu quella della pila.

  I successivi studi hanno dato ragione agli scienziati; poiché oggi è innegabilmente dimostrato che gli organi degli animali sono sede di fenomeni elettrici, e non si contesta l’esistenza di un’elettricità animale. Una parte almeno delle esperienze di ” Galvani ” deve trovare spiegazione nell’elettricità propria della rana,  come più tardi del resto, riconobbe il Volta medesimo.

E cioè, la scoperta è derivata da un’esperienza eseguita nel 1786 dal fisiologo bolognese  ”  Luigi Galvani “.  Egli osservò che ogni volta che si toccava con un archetto di metallo, da una parte i nervi lombari, e dall’altra i muscoli della coscia di una rana scorticata, questa aveva una contrazione delle gambe. Galvani suppose che la rana agisse come un condensatore ; tale condensatore si scaricava per elettricità generata dalle funzioni vitali della rana, e si scaricava al momento del contatto con l’archetto, provocando così la contrazione dei muscoli della rana.  Ma Alessandro Volta fisico dell’università di Pavia, osservò che l’esperienza riusciva bene, solo se l’archetto era formato da due metalli diversi ; ad esempio rame e zinco.  Egli allora pensò che l’origine dell’elettricità che interveniva in quest’esperienza, fosse nei metalli dell’archetto e che la rana agisse semplicemente come un elettroscopio.  Nacque tra il Galvani e il Volta una celebre polemica,  che finì con la vittoria del Volta; il quale riuscì a dimostrare  che col contatto di due metalli diversi si stabilisce fra questi una differenza di potenziale,  servendosi anziché delle rane, di un elettroscopio speciale,  che chiamò ” Elettroscopio  condensatore.  Con tale apparecchio riuscì a provare, con numerose e classiche esperienze, il seguente ” principio del contatto o effetto Volta.

La pila di Volta

Il risultato di queste celebri ricerche, fu la costruzione del  primo generatore di elettricità dinamica, che il Volta chiamò la  pila per la sua forma di colonna.  Noi la chiamiamo oggi pila a colonna per distinguerla dalle altre; essa è formata da più coppie o dischi, da una faccia di rame e dall’altra di zinco, sovrapposti nello stesso ordine, e separati uno dall’altro da un disco di panno inzuppato di acqua acidulata di acido solforico.  Tra il rame  del primo disco  e lo zinco dell’ultimo, si stabilisce una differenza di potenziale, N volte quella che è tra rame e zinco di un disco,  se N è il numero dei dischi impiegati.

04/03/2013

La corrente  elettrica

Poichè  fra i due poli della pila vi è differenza di potenziale, congiungendoli con un filo conduttore, avverrà un passaggio di elettricità. Nella pila la differenza di potenziale  tra i poli si mantiene  costantemente,  quindi  ,  il passaggio dell’eletricità è perenne e forma la cosiddetta corrente elettrica.

  L’ elettricità passa dallo zinco che è a potenziale più alto,  al rame,  attraverso la pila; quindi , nel conduttore esterno che raggiunge i due poli,  proseguendo senza tornare indietro,   va  dal rame verso lo zinco. Interessando a noi il formarsi della corrente elettrica nel conduttore esterno,  assumeremo perciò  come polo positivo  (+ )  il rame da cui parte la corrente, come negativo ( – )  lo zinco, a cui essa arriva.  Si noti che questa corrente è puramente una nostra convenzione,  poiché l’elettricità non è materia che si muova nei conduttori.

Pensiamo se il rame è a potenziale positivo, congiunto con lo zinco con un conduttore, attira elettroni  (negativi )  dallo zinco, e si forma un flusso di tali elettroni che costituiscono la corrente elettrica ; ma tale flusso è in senso contrario a quello convenuto per la corrente elettrica.

Macchine elettromagnetiche

Il conduttore  esterno interposto fra i poli forma il circuito esterno ; la pila il circuito interno, tutti insieme il circuito della corrente.  La pila produce corrente continua cioè sempre nel medesimo senso.

La corrente elettrica generata dalle pile sarebbe costata moltissimo. Ciò che ha permesso di ottenere elettricità a basso costo sono le macchine magneto-  dinamo — elettriche che  trasformano l’energia meccanica in energia elettrica.

Il principio fondamentale su cui sono basate queste macchine è quello dell’induzione elettromagnetica ; cioè si utilizzano le correnti ottenute facendo muovere opportuni circuiti tra i poli magnetici.

Le macchine di questo tipo sono costituite da una parte fissa e da una parte mobile.

  La parte mobile è a sua volta costituita da un anello di ferro dolce che porta avvolte delle spire di rame isolato.  Questo anello ruota nelle vicinanze di due o più poli ( sempre pari e di segno opposto ovviamente ) , di potenti calamite.  Le spire sono congiunte in serie,  cioè la fine di una sezione è collegata col principio della successiva,  in modo da formare un avvolgimento continuo,  chiuso su se stesso.

Durante la rotazione,  le spire di rame vengono  influenzate da ciascun polo producendo così energia elettrica.

   Se la rotazione avviene sempre nello stesso senso ,  si ha la produzione della corrente continua. Se la rotazione invece avviene in senso alterato  ( un giro interno dell’anello verso destra, e il successivo verso sinistra ), si avrà produzione di corrente alternata.

  Su questo sistema, si basano anche attualmente tutte le macchine produttrici di corrente. Occorre un’energia per far muovere l’anello. Quest’energia  può essere idrica ( sfruttando una cascata ) o termica  ( producendo vapor d’acqua ) .

Gli impianti idroelettrici

Raramente  si trova in natura un salto d’acqua,  da potersi utilizzare direttamente nelle macchine idrauliche. Allora il salto, lo si crea artificialmente, sbarrando il corso d’acqua con una diga, facendo  così salire il livello dell’acqua, in modo da raccogliere l’acqua in un lago artificiale.  Con ciò è possibile ottenere in certe ore del giorno o in certe epoche di magra dell’anno,  portate anche superiori a quella dell’acqua che affluisce nel lago, e aumentare la potenza massima dell’impianto.

  Dal lago , l’acqua è convogliata in grossi tubi di acciaio costituenti le condotte forzate,  all’estremità inferiore delle quali si trovano le turbine che fanno muovere le macchine che producono corrente elettrica.  Continua nel prossimo articolo…