Unità G - Macchine e Corrente Elettrica
Unità G Macchine
1. Elettrone Libero
Atomo di Rame
L'atomo di rame è composto da un nucleo centrale costituito da protoni e neutroni. In particolare, l'atomo di rame ha numero atomico 29, il che implica la presenza di 29 protoni e 29 neutroni nel nucleo. Sono presenti anche 29 elettroni, caratterizzati da una carica negativa, che orbitano attorno al nucleo. La disposizione degli elettroni attorno al nucleo può essere paragonata a un alveare dove un nucleo solido (il nocciolo) è circondato da elettroni in continua attività.
Cariche Elettriche
- Protoni: Carica positiva e si trovano nel nucleo.
- Neutroni: Carica neutra, anch'essi nel nucleo.
- Elettroni: Carica negativa, orbitano attorno al nucleo.
Il principio fondamentale è che l'atomo è elettricamente neutro poiché il numero di elettroni è uguale al numero di protoni. L'elettricità può essere vista come la forza che tiene insieme non solo gli atomi ma anche gli oggetti dell'universo.
2. Corrente Elettrica
La corrente elettrica è definita come il movimento di cariche elettriche, essenzialmente un flusso di elettroni. Gli elettroni liberi sono i principali attori nel determinare il flusso di corrente, mentre gli altri elettroni rimangono fissi nei loro livelli di energia.
Circuito Semplice
Per illustrare come funziona la corrente elettrica, consideriamo un semplice circuito composto da:
- Una pila di 4,5 volt
- Una lampadina 4.5V
- Un interruttore
- Filo di rame
Circuito Aperto
Quando il circuito è aperto, nessuna corrente fluisce. In questa condizione, gli elettroni liberi, pur presenti, non sono in grado di muoversi attraverso il circuito. Ad esempio, un filo di rame lungo 1 metro ha circa 500 miliardi di miliardi di elettroni liberi, ma in condizioni di circuito aperto questi non si muovono.
Circuito Chiuso
Quando il circuito è chiuso, gli elettroni liberi vengono influenzati dalla pila. Gli elettroni liberi si muovono verso il morsetto positivo della pila, attratti dalla carica positiva. La pila crea uno squilibrio di cariche con gli elettroni accumulati presso il morsetto negativo e cariche positive presso il morsetto positivo. Questo porta a un movimento circolare degli elettroni e genera corrente elettrica.
Equilibrio di Cariche
Gli elettroni liberi vengono "aspirati" dal morsetto positivo e il loro posto è occupato da elettroni che escono dal morsetto negativo, creando un movimento circolare che è essenziale per la continuità della corrente.
3. Conduttori e Isolanti
I materiali si dividono in conduttori e isolanti:
3.1 Conduttori
- Definizione: Materiali che permettono il passaggio della corrente elettrica.
- Esempi: Metalli come rame, alluminio, oro; soluzioni elettrolitiche (acqua salata); gas ionizzati.
3.2 Isolanti
- Definizione: Materiali che bloccano il passaggio della corrente elettrica.
- Esempi: Ceramica, gomma, materie plastiche.
4. Tecnologia e Sport
Uno degli utilizzi dell'elettricità è nella scherma. Durante le gare, gli schermitori indossano un giubbetto di tessuto metallico che funge da conduttore. La spada (fioretto) e il giubbetto sono collegati a un dispositivo elettrico. Quando la punta della spada tocca l'avversario, il circuito si chiude, e il dispositivo emette una segnalazione ottico-acustica. Una luce verde indica un colpo valido e una luce rossa indica che il colpo ha colpito l'avversario. Le luci bianche o gialle indicano che il colpo non è valido poiché fuori dall'area bersaglio.
Riepilogo della Corrente Elettrica
Il rame, utilizzato nei fili elettrici, è un eccellente conduttore, mentre il rivestimento in plastica fornisce un’efficace protezione isolante.