2016
L'elettricità
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I conduttori e gli isolanti (pag. 33)

Cos'è l'elettricità?

Elettricità = è la forza presente in alcune sostanze che se vengono strofinate acquistano la proprietà di attrarre oggetti (Talete 600 a. C.)

I fenomeni elettrici hanno origine all'interno degli atomi e dipendono dagli ELETTRONI che possiedono una carica elettrica negativa elementare e girano attorno al nucleo. 

Un oggetto che strofinato guadagna elettroni si dice che è carico negativamente (ha un eccesso di elettroni rispetto a quando è neutro), mentre un oggetto che cede elettroni si dice che è carico positivamente.
I materiali conduttori


I materiali conduttori sono: acciaio, argento, rame, alluminio, i sali dell'acqua non distillata e gli organismi viventi.

In questi materiali le cariche elettriche si muovono liberamente, gli elettroni non sono fortemente legati ai rispettivi atomi e si possono spostare molto velocemente in seguito a elettrizzazione.
I materiali isolanti

I materiali isolanti sono: plastica, gomma, vetro, legno, ceramica, aria, acqua distillata.

Qui le cariche prodotte per strofinio rimangono “localizzate” nella zona strofinata. Gli atomi sono fortemente legati al loro nucleo.
 
L'elettroscopio

La capacità di una sostanza di condurre elettricità è una grandezza chiamata conducibilità elettrica.

Lo strumento che ci permette di capire se un oggetto è elettrizzato è l'elettroscopio.
La gabbia di Faraday

In un conduttore elettrico, isolato dal suolo, la carica si distribuisce sulla superficie in modo da schermare l'interno dal campo elettrico che rimane solo esternamente (le cariche elettriche rimangono solo sulla superficie esterna).
Esempi di gabbie di Faraday
  • 1. L'automobile: il fulmine colpisce l'auto e successivamente si scarica a terra (meglio anche se l'auto è bagnata). Se non è bagnata si scarica parzialmente (la gomma della ruota è isolante!)
    2. L'aereo: il fulmine colpisce l'involucro metallico (ali e fusoliera) che fa da schermo e il fulmine si scarica uscendo dalle ali e dalla coda
La gabbia di Faraday nella storia

Durante la guerra fredda, dopo la Seconda Guerra Mondiale, i servizi segreti americani rivestirono le finestre dell’ambasciata degli Stati Uniti a Mosca con una reticella di filo metallico conduttore e ricopersero i muri delle stanze con carta da parati metallizzata, trasformando l’immobile in una gabbia di Faraday. Lo scopo di questi interventi era quello di impedire l’ingresso degli intensi campi elettrici di disturbo inviati dal KGB russo in direzione dell’edificio. Allo stesso modo, un ascensore chiuso può bloccare le comunicazioni via cellulare al suo interno.
Le scariche elettriche nell'atmosfera

SCARICA ELETTRICA = rapidissimo movimento di cariche elettriche che avviene spontaneamente per riportare l'equilibrio elettrostatico tra due corpi.


Esempi di scariche elettriche in natura sono:

i fulmini accompagnati da lampi (luce) e tuoni (suono)
le scintille
le scosse
Analizziamo come si forma un fulmine

1. La nuvola è formata da vapore acqueo in minuscole goccioline di acqua e cristalli di ghiaccio sospesi in aria

2. Nella nube temporalesca ci sono differenze di temperatura fra le varie parti che muovono tutta la massa d'ariaLe molecole di aria con le particelle di acqua generano cariche elettriche per strofinio durante il loro movimento 

Nella parte alta delle nubi si concentrono le cariche POSITIVE.

Nella parte bassa si concentrano le cariche NEGATIVE per induzione il suolo si carica positivamente.

3. C'è squilibrio tra suolo e nube: si vince il potere isolante dell'aria gli elettroni si liberano dalla nube e si scaricano a terra.

4. L'aria attraversata dalla scarica si scalda generando il lampo e si espande rapidamente, noi sentiamo il tuono
Ecco le cariche nella nube

Sempre sui fulmini

Alcuni dati tecnici

- La velocità della luce è 300 000 km/s
- La velocità del suono è 300 m/s

Ecco perchè vediamo subito la luce del lampo e sentiamo il tuono dopo alcuni secondi!
Il parafulmine

Nel settecento Benjamin Franklin studiò i fulmini e osservò che le cariche elettriche tendono a concentrarsi sulle punte dei conduttori metallici: da ciò inventò il parafulmine.
Il parafulmine è semplicemente un'asta metallica, posta sopra gli edifici e collegata a terra da un grosso conduttore di rame per fare in modo che la scarica si scarichi a terra.
Macchina di Wimshurst

La macchina di Wimshurst è uno storico generatore elettrostatico per generare alte tensioni, e fu sviluppata nel 1880 dall'inventore britannico James Wimshurst (1832 – 1903). L'aspetto è particolare ed è caratterizzato da due dischi montati in verticale che ruotano in direzione opposta e due sfere metalliche per la scarica. Produce scariche elettriche di una lunghezza variabile.