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La seconda rivoluzione industriale

La seconda rivoluzione industriale rappresentò la seconda fase dello sviluppo dell’industria basata sulle macchine ed ebbe alcune caratteristiche che la distinsero dalla prima:

  • Vide la fine del primato dell’Inghilterra;
  • Segnò l’ascesa della Germania e degli Stati Uniti;
  • Si basò su due nuove fonti di energia: l’elettricità e il petrolio;
  • Mentre la prima aveva agito soprattutto sulla produzione tessile, la seconda, con delle scoperte scientifiche, creò degli oggetti che entrarono nella vita quotidiana trasformandola;
  • Cominciò intorno al 1870 e finì nel 1945.

In questa seconda fase dell’industrializzazione fu scoperta l’elettricità: una nuova fonte di energia che si poteva spegnere e riaccendere. Dal punto di vista del comportamento elettrico, esistono due grandi categorie: conduttori e isolanti.

Nei conduttori, gli elettroni più lontani dai nuclei degli atomi sono mobilissimi. Negli isolanti invece gli elettroni non possono muoversi liberamente, ma restano sempre nei pressi del nucleo dell’atomo al quale appartengono.

La corrente elettrica è costituita dal movimento di elettroni in un conduttore. Ciò che accade in un conduttore è un po’ ciò che accade in un tubo pieno d’acqua quando una delle sue estremità si trova più in alto dell’altra, cioè quando l’acqua può scendere lungo un dislivello.

Gli elettroni corrispondono alle molecole d’acqua e il dislivello “elettrico” è chiamato differenza di potenziale o tensione. Per riportare in alto gli elettroni serve una specie di pompa: il generatore di tensione ovvero la pila.

Questa è stata scoperta alla fine del ’700 da Alessandro Volta. Consisteva in una serie di dischetti alternati di zinco e di rame tra i quali erano posti dei dischetti di feltro imbevuti di una soluzione acida.

Tutti i dischi erano forati al centro e infilati su un’asta di legno verticale. Alle due estremità, o poli, vi era da una parte un disco di rame (polo positivo o anodo) e dall’altra un disco di zinco (polo negativo o catodo).

Le grandezze della corrente elettrica

Nella corrente elettrica si utilizzano tre grandezze:

  • Intensità, essa viene indicata con la lettera I e si misura in ampère (A);
  • Voltaggio, viene indicato con la lettera V e si misura in volt (V);
  • Resistenza, viene indicata con la lettera R e si misura in ohm (Ω).

Ohm ha fatto due leggi.

  • La prima dice che in un circuito attraversato da corrente, l’intensità è direttamente proporzionale al voltaggio e inversamente proporzionale alla resistenza. E la formula che la esprime è:

I = V/R

R = V/I

V = I x R

  • La seconda dice che in un conduttore attraversato da corrente, la resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza e inversamente proporzionale alla sua sezione. E la formula che la esprime è:

R = L/S x ρ (Rho).

Le invenzioni legate all’elettricità

Nel 1860 Antonio Pacinotti inventò la dinamo.

L’elettricità permise in breve tempo di inventare il telefono, ideato da Antonio Meucci (al quale però venne rubato il brevetto dall’americano Graham Bell) e del fonografo inventato negli Stati Uniti da Thomas Alva Edison nel 1876.

Nel 1880 Edison inventò la lampadina, ma nel 1882 ci fu la svolta decisiva: l’invenzione delle centrali elettriche. Grazie ad esse si può produrre energia elettrica.

L’energia elettrica si può produrre grazie a fonti di energia rinnovabili come l’acqua, il sole, il vento ecc., ma anche con risorse esauribili.

Le centrali idroelettriche

Per produrre energia elettrica grazie all’acqua ci sono le centrali idroelettriche:

  • Le centrali idroelettriche utilizzano la caduta delle acque dei fiumi e dei torrenti, raccolte in grandi bacini artificiali, creati sbarrando le valli con le dighe.
  • L’acqua raccolta nel bacino artificiale viene convogliata attraverso un canale deviatore alle condotte forzate.
  • Il getto violentissimo dell’acqua, che esce sotto pressione dalle condotte, colpisce le pale di una turbina, mettendola in rotazione.
  • A sua volta, la turbina è collegata a un generatore di corrente elettrica: l’alternatore.
  • Il trasformatore, infine, aumenta i valori di tensione della corrente prodotta prima di inviarla alle linee di trasporto.

Le centrali solari

Per produrre energia elettrica grazie al sole ci sono le centrali solari:

  • In una centrale solare vi sono molte decine di specchi che catturano i raggi solari e li riflettono, concentrati, su di una caldaia posta sulla cima di una torre;
  • L’acqua contenuta nella caldaia si trasforma in vapore surriscaldato, a una temperatura superiore ai 500° C;
  • Il vapore prodotto fa funzionare una turbina, collegata a sua volta a un generatore di corrente (alternatore).

I generatori eolici

Per produrre energia elettrica grazie al vento ci sono i generatori eolici, che sono come i mulini a vento, ma si differenziano dalla forma:

  • I generatori eolici di piccola taglia (potenze fino a 50 kw) sono largamente diffusi e impiegati per la produzione di energia meccanica o elettrica in zone isolate;
  • I generatori eolici di media taglia (potenze da 50 a 500 kw) hanno dei rotori con diametro intorno ai 30 metri;
  • I generatori eolici di grande taglia (potenze da 500 kw a qualche Megawatt) sono ancora allo stadio sperimentale.

Le centrali termoelettriche

Si può produrre energia elettrica anche grazie alle centrali termoelettriche:

  • In queste centrali, il combustibile, bruciando, sviluppa calore;
  • Il calore viene usato per trasformare l’acqua di una caldaia in vapore surriscaldato;
  • Il vapore mette in rotazione una turbina a vapore, collegata ad un generatore di corrente, l’alternatore;
  • Il trasformatore, infine, aumenta i valori di tensione della corrente per poi mandarla nei centri abitati.

Le centrali a turbogas

Si può anche produrre energia elettrica grazie alle centrali a turbogas:

  • L’aria aspirata dall’atmosfera viene compressa ed inviata alla camera di combustione del compressore;
  • In questa camera, bruciando del gasolio o del metano, si produce calore.
  • La miscela compressa così prodotta entra in una turbina dove avviene la conversione dell’energia termica in energia meccanica.

Le centrali a ciclo combinato

E infine si può produrre energia elettrica grazie alle centrali a ciclo combinato:

  • Nella turbina a gas, l’aria viene compressa e utilizzata per la combustione. Vengono così prodotti gas ad alta pressione e temperatura che si espandono nella turbina, cedendo energia all’alternatore della turbina a gas trasformandola in energia elettrica.
  • I gas scaricati dalla turbina ad una temperatura superiore ai 500°C, vengono inviati nel generatore di vapore a recupero dove sono raffreddati a circa 110°C.
  • L’energia ceduta dai gas viene utilizzata per produrre il vapore con cui è alimentata la turbina a vapore. Questa turbina è collegata ad un alternatore che produce energia elettrica.

La distribuzione delle risorse energetiche

Nel mondo, però, la distribuzione delle risorse energetiche naturali è diseguale.

Le risorse energetiche naturali si possono distinguere tra:

  • Risorse distribuite in modo omogeneo e quelle che, al contrario, non lo sono perché abbondano in un luogo e scarseggiano in un altro;
  • Risorse facilmente disponibili, come l’aria, e quelle che si ricavano con delle tecniche complesse, come il petrolio;
  • Risorse che si possono riciclare dopo l’uso, come il ferro, quelle che si rinnovano naturalmente, come la forza del vento, e quelle che si perdono dopo l’uso, come il legno che brucia.

Esistono diverse fonti di energia, quelle rinnovabili che non si esauriscono che possono essere il vento, il sole, ecc. e quelle non rinnovabili che si esauriscono.

Oggi prevale l’uso di energie non rinnovabili come il petrolio, gas naturale, legno e alcuni minerali radioattivi.

Il petrolio

Grazie al petrolio si possono ottenere i carburanti e materie plastiche.

Oggi il consumo di petrolio è di circa 70-80 miliardi di tonnellate all’anno.

Il problema è che la quantità che ne possiamo usare non dipende solo da quanto ce n’è, ma anche dal prezzo.

La quantità di petrolio presente sulla terra è molto irregolare: il 50% si trova in Medio Oriente, il 25% a cavallo tra l’Europa e l’Asia, il 10% in nord America e il 5% nel continente africano.

Il gas naturale

Il gas naturale (metano) si trova quasi sempre nelle aree petrolifere ed è contenuto in grandi giacimenti sotterranei.

Il gas naturale è più costoso del petrolio ma è meno inquinante.

Il carbone

Il carbone copre il 30% del consumo mondiale di energia ed è usato per produrre energia elettrica.

Il legno da ardere

Nei paesi poveri viene usato come fonte di energia il legname.

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