Ritorno all'avanguardia: il fotovoltaico

 Anche in Cina il fotovoltaico ha preso piede, infatti è stato

applicato addirittura per l’alta velocità:

Si è stimato che la produzione annua di energia elettrica va oltre i 9.8

MW.

 Guardando il nostro paese, invece, è stata progettata un’abitazione

completamente costruita con materiali ecologici rifinita con ogni genere

di fonte di energia alternativa.

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Il progetto è dell’architetto Mario Cucinella, che ha deciso di realizzare questo

progetto a Settimo Torinese.

 Pensando invece all’aspetto estetico, anche una nota azienda che

produce ceramiche ( Cotto d’Este), ha pensato allo sfruttamento

dell’energia del sole:

L’ uso di questi pannelli fotovoltaici permette anche di modificare in meglio

l’estetica dell’abitazione.

Quant’è la durata di vita dei pannelli?

Studi in questo ambito, hanno stimato che la loro durata è di circa 20-25 anni;

una volta terminato il loro ciclo, lo smaltimento non è un problema. In

Germania entro il 2015 sarà attivo il primo impianto per lo smaltimento dei

pannelli, che sarà in grado di riuscire a recuperare il 90% dei materiali utilizzati.

Sono ancora molti gli aspetti da chiarire perché non si hanno ancora dei dati

oggettivi su cui basarsi.

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LA RADIAZIONE SOLARE

Scienze della Terra

Il sole è un’enorme fornace atomica che sprigiona continuamente radiazioni

molto intense, valutabili intorno alle 5.2 kilocalorie al minuto; questa

radiazione solare viene inviata nello spazio, e la Terra, compresa la sua

atmosfera, ne riceve poco più del 50%.

La quantità totale di radiazione che viene emessa nell’unità di tempo e di

superficie misurata dai bordi esterni dell’atmosfera è da considerarsi costante e

prende il nome di costante solare. Il massimo di radiazione è

centrato nella banda della radiazione visibile o luce.

L’energia solare che arriva a noi, giunge sottoforma di radiazioni, con

(onde corte).

lunghezze d’onda comprese fra 0.17 e 4 µ

La Terra riceve, assorbe energia e la converte in calore, di conseguenza anche

lei è in grado di emetterne sotto forma di radiazioni, che però hanno una

(onde lunghe).

lunghezza d’onda compresa tra 4 e 80 µ

Il sistema Terra - atmosfera perde e guadagna energia: questo divario tra la

radiazione solare che entra e quella terrestre che esce prende il nome di

bilancio radiativo. Soltanto il 51% della

radiazione solare ai limiti dell’atmosfera giunge sulla Terra dopo aver

attraversato lo strato aeriforme che l’avvolge (radiazione globale); a questa

però bisogna sottrarre circa il 4% che viene riflesso dalle acque e dai ghiacciai,

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e di conseguenza, la radiazione effettiva scende al 47%.

Successivamente questa sarà trasformata in energia: il 23% utilizzato per

l’evaporazione; il 10% nei moti convettivi e turbolenti dell’aria; il 14% per la

“radiazione notturna” che riesce abbondantemente ad attraversare

l’atmosfera.

La quantità di energia assorbita dalle terre emerse e dagli oceani è nettamente

superiore rispetto a quella assorbita dall’atmosfera; quindi la maggior parte del

calore deriva direttamente dalla Terra.

Il calore assorbito dall’atmosfera è vantaggioso per gli esseri viventi, ma

contemporaneamente svantaggioso: infatti l’involucro gassoso che ci circonda

si comporta come i vetri di una serra e lascia passare senza ostacoli le

radiazioni solari intercettando le radiazioni termiche terrestri in modo tale da

mantenersi calda.

Questo comportamento è dovuto alla presenza di vapore acqueo e anidride

carbonica dando vita al così detto effetto serra:

Attualmente la temperatura del nostro pianeta è di circa 35°C, superiore a

“gas serra”(

quella che si avrebbe senza la presenza di , , O), vapore

acqueo e numerosi gas prodotti da attività umane.

La temperatura media dell’aria non va aumentando perché il sistema terra-

atmosfera restituisce la stessa quantità di energia che riceve dal Sole.

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IL DROGAGGIO Chimica

I materiali che vengono utilizzati nei Pannelli fotovoltaici, sono generalmente

semiconduttori, in particolare il silicio.

Nei materiali semiconduttori, gli elettroni di valenza non sono in grado di

muoversi, ma la differenza energetica tra la banda di valenza e quella di

conduzione è minima e, di conseguenza, facile da raggiungere. Questo si

ottiene solamente se viene fornita energia dall’esterno.

La quantità di energia necessaria a questo semiconduttore può essere ricavata

dalla luce (effetto fotoelettrico); soltanto grazie a questo meccanismo un

semiconduttore diventa conduttore senza però trasformarsi in un generatore

elettrico: infatti, per ottenerlo, bisogna ricorrere alla giunzione PN.

Ma che cos’è fisicamente una giunzione PN?

Se nel silicio ( 4 elettroni di valenza) vengono inseriti atomi di fosforo ( 5

elettroni di valenza) si ha la disponibilità di un elettrone di conduzione: di

è stato

conseguenza nel Si ci sarà un eccesso di cariche negative e si dirà che

drogato negativamente (N) .

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Se si droga il silicio con una sostanza a 3 elettroni di valenza (B), viene a

lacuna.

mancare un elettrone ; questa mancanza prende il nome di Si dice che

è stato drogato positivamente

il semiconduttore (P).

Se questi due semiconduttori vengono messi a contatto si ottiene la giunzione

P-N. La regione di tipo N ha un eccesso di elettroni,

mentre quella di tipo P ha un eccesso di lacune. Nella giunzione gli elettroni

tendono a diffondersi naturalmente dalla zona ad alta densità di elettroni a

quella a bassa densità di elettroni creando un accumulo di cariche negative

nella regione P. Lo stesso effetto si avviene per le lacune con un accumulo però

di cariche positive nella regione N.

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A ridosso di questa giunzione si crea un campo elettrico che si oppone alla

normale diffusione delle cariche. Se dall’esterno viene applicato una tensione

si ha il passaggio di corrente in un solo senso. Se questa giunzione P-N viene

investita dalla luce, la situazione viene modificata perchè questa fornisce agli

elettroni la quantità di energia giusta per passare dalla banda di valenza a

quella di conduzione. Le cariche elettriche sono messe in movimento dalla

differenza di potenziale presente nella giunzione P-N.

IL TRASFORMATORE Fisica

Simbolo :

E’ una macchina elettrica statica costituita da tre parti:

· Nucleo ferromagnetico.

· Una bobina primaria avvolta da spire.

· Una bobina secondaria avvolta da spire.

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Il principio di funzionamento si basa sulla legge di Faraday-Neumann fem =

. i

La variazione di corrente ( )genera una fem indotta del secondario; la fem

alternata nel primario produce i alternata e quindi un campo alternato la cui

variazione di flusso genera una nel secondario.

Si ha: =

= ( rapporto di trasformazione )

Se le due correnti sono in fase con si ha:

= x x cos

 ove cos = 1

= x x cos

 ove cos = 1

Per il principio di conservazione dell’energia abbiamo:

=

x = x quindi:

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= =

TRASDUTTORI FOTOELETTRICI

Informatica

I trasduttori sono degli strumenti in grado di convertire una grandezza fisica, in

questo caso luce, in un segnale di tipo elettrico.

Il segnale in uscita sarà direttamente proporzionale a quello di entrata.

Generalmente se ne riscontrato di tre tipi differenti:

 Dispositivi fotoresistivi : sono in grado di utilizzare la proprietà che un

metallo ha di variare la propria resistenza al variare della temperatura.

Per molti metalli si può riscontrare una variazione lineare di resistenza in

funzione della temperatura:

= (1+α ΔT)

Sono poco sensibili e di conseguenza non riescono a rilevare piccole

variazioni di temperatura.

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fotoresistenze

 Fotovoltaici: sono caratterizzati dalla proprietà di generare una

tensione, se colpiti da radiazione luminosa.

 Fotoemissivi: si hanno i fotodiodi ed i fototransistori. I fotodiodi sono

costituiti da una giunzione PN che, colpita da luce, genera coppie di

elettroni e lacune; inseriti in un circuito alimentato con tensione continua,

la corrente nel circuito è funzione della energia luminosa incidente.

fotodiodo

I fototransistori sono dispositivi che, come i transistori, sono costituiti da due

giunzioni. L’energia luminosa incidente sulla base, di dimensioni relativamente

grandi, determina la generazione di coppie elettroni-lacune e quindi di una

corrente fra base ed emettitore (giunzione polarizzata direttamente); il

comportamento è quello di un transistore, per cui si ha una corrente di

collettore che fluisce nel circuito esterno, funzione della luce incidente.

I dispositivi fotoelettrici hanno i seguenti vantaggi: semplicità, buona linearità,

possibilità di avere valori soddisfacenti di tensione all’uscita, buona precisione

della rilevazione.

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INTEGRALI DEFINITI Matematica

Spesso si ricorre all’utilizzo di integrali, soprattutto definiti, per calcolare aree

delimitate da un grafico di una funzione e dall’asse delle ascisse.

Questa superficie prende il nome di “trapezoide”.

DEF: si definisce trapezoide una figura piana delimitata dal grafico di una

funzione f(x) e dall’asse delle ascisse, continua in un intervallo chiuso

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 n

Per calcolare l’area del trapezoide dividiamo l’intervallo [a,b] in parti

uguali ciascuna con la medesima ampiezza Δx =

 Consideriamo le seguenti somme:

Per il plurirettangolo inscritto:

= Δx + Δx +……. Δx = (somma integrale

inferiore)

Per il plurirettangolo circoscritto:

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= Δx + Δx +……. Δx = (somma

integrale inferiore) [a,b],

Chiaramente se la funzione è negativa in saranno negative anche le aree

del trapezoide e di conseguenza anche il limite a cui tenderanno; si procede

quindi a porre il segno meno davanti all’integrale. [a,b]

Se la funzione è sia positiva che negativa nell’intervallo bisogna anche

tenere i considerazione i punti in cui la funzione interseca l’asse delle ascisse:

si procede con il calcolo dell’integrale come somma di integrali calcolati sia

a b

sugli intervalli aventi per estremi sia e sia sui punti di intersezione con

x.

l’asse f(x)

sono rispettivamente il min e il max della funzione nell’i-esimo

intervallino. e

n

Ad ogni valore fissato per corrisponde un determinato valore per

( rispettivamente l’area del plurirettangolo circoscritto e l’area del

plurirettangolo inscritto). Si formano di conseguenza, le seguenti successioni:

,

,

È naturale che queste successioni andranno a convergere in un unico limite:

= = area del trapezoide

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a b a

Dove e sono gli estremi di integrazione o estremi dell’integrale; è

b f(x)

l’estremo superiore, quello inferiore e la è la funzione integrale.

Il simbolo dell’integrale è proprio la forma di una S allungata proprio per

indicare maglio che si tratta di una somma di aree.

LA NASCITA DELL’ UE Storia

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Unita nella diversità”

Motto: “ 9 Maggio

Giornata europea:

Per anni l’Europa è stata teatro di numerose e sanguinosi conflitti. Alcuni leader

capirono che l’unica soluzione per una pace duratura era unire tutti I paesi

economicamente e politicamente. E fu così che, dopo il successo del

piano Marshall, nel 1950 il ministro degli Esteri francese Robert Schuman

propose l'integrazione delle industrie del carbone e dell'acciaio dell'Europa

occidentale. Da questa proposta scaturì, nel 1951 la CECA con sei membri

fondatori: Belgio, Germania Occidentale, Lussemburgo, Francia, Italia e Paesi

Bassi.

Fu un enorme successo, tanto che questi sei paesi decisero di integrare altri

Trattato di Roma,

settori delle proprie industrie: nel 1957 fu firmato il dove fu

istituita la Comunità Economica Europea ( CEE) con cui gli stati si impegnarono

ad abolire le barriere commerciali per ottene un “mercato commune”.

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Trattato di Roma