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Atomi, materia, circuiti ed elettricità
L' atomo

Tutta la materia ha una struttura granulare, discontinua, ed è costituita da atomi che possono essere visti solo con i più potenti microscopi. Gli atomi misurano un 10 milionesimo di mm, e vivono 10 alla 35esima anni. Gli elementi radioattivi hanno un neutrone in più e gli atomi sono composti da più strati: nel 1° strato possono trovarsi 2 elettroni, nel 2° strato 8 elettroni, nel 3° strato 8 elettroni; dal quarto strato in poi è tutto più complicato. Gli atomi sono divisi a loro volta in particelle subatomiche, distinte in protoni e neutroni (stessa massa) ed elettroni (2000 volte più piccolo).
2 protoni o 2 elettroni si respingono, 1 protone e 1 elettrone si attraggono, i neutroni sono indifferenti sia ai protoni che ai neutroni. Il protone è di carica positiva, l’elettrone di carica negativa, il neutrone di carica nulla. L’atomo è neutro perché in esso ci sono tanti protoni quanti gli elettroni. Le particelle costituite da due o più atomi uniti tra loro si chiamano molecole.

Elettrostatica

Se si strofina con un panno di lana una penna o un righello di plastica, entrambi acquistano la capacità di attirare piccoli pezzetti di carta: fenomeno elettrico.
Quando un corpo si comporta in questo modo, si dice che si è elettrizzato per strofinio, cioè si è caricato di elettricità statica. Quando si sfregano due oggetti, può accadere che alcuni elettroni esterni passino da uno all’altro. In ciascun corpo, da quel momento, prevalgono cariche positive o negative. Riepilogando:
- Gli oggetti, per effetto dello strofinio, acquistano una priorità che prima non avevano: quella di attirarsi o di respingersi tra di loro, cioè si elettrizzano.
- I corpi possono acquistare due tipi di carica: positiva o negativa.
- I corpi carichi dello stesso segno si respingono e corpi carichi di segno opposto si attraggono.
Quando un corpo perde elettroni per strofinio si carica positivamente, quando li acquista da un altro corpo si carica negativamente. Quando un corpo si carica per strofinio, il corpo con il quale è stato strofinato si carica anch’esso, ma con un segno opposto.

Isolanti e conduttori

Gli isolanti e i conduttori sono le grandi categorie in cui sono divise le sostanze, dal punto di vista del comportamento elettrico. I conduttori permettono agli elettroni di muoversi liberamente li fanno passare da un atomo all’altro. Gli isolanti sono sostanze che non permettono agli elettroni di muoversi, che restano vicino al nucleo a cui appartengono, e sembrano una barriera. Conduttori possono essere oggetti di metallo, isolanti possono essere il vetro, il legno e la plastica.

La pila

La pila è un dispositivo che permette agli elettroni di superare il “dislivello”, cioè la differenza di potenziale affinché in un conduttore si abbia un passaggio di corrente elettrica. All’interno della pila, mentre alcune sostanze chimiche reagiscono tra loro dando origine a nuovi composti, una parte dell’energia viene trasferita agli elettroni, che acquistano energia potenziale elettrica. Questa si trasforma in energia cinetica e si manifesta come corrente elettrica.

Il circuito elettrico

Il circuito elettrico è un percorso chiuso in cui circola corrente, perché tra le sue estremità è presente una differenza di potenziale. È l’insieme costituito dal generatore e dal filo conduttore.
Se l’interruttore è chiuso i due fili collegano i due poli della pila con le parti metalliche della lampadina; nel circuito passa la corrente e la lampadina si accende.

Se l’interruttore è aperto il collegamento tra la pila e la lampadina è interrotto; non passa corrente e la lampadina è spenta.

Intensità, tensione e resistenza

Le tre grandezze che caratterizzano la corrente elettrica in modo quantitativo, sono l’intensità, la tensione o voltaggio e la resistenza. L’intensità indica la quantità di elettroni che attraversano una porzione del filo conduttore nell’unità di tempo. La tensione o voltaggio indica il dislivello da cui partono gli elettroni. La resistenza rispecchia l’opposizione degli atomi che compongono il conduttore, al movimento degli elettroni. La corrente elettrica può essere più intensa per differenze di potenziale maggiori.
Le lampadine collegate in serie sono disposte una di seguito all’altra; ma se una di esse si rompe, tutte le altre cessano di funzionare perché non ci può essere passaggio di corrente nella lampadina rotta.
Le lampadine collegate in parallelo sono collegate in modo che tutte le filettature delle lampadine sono unite elettricamente tra loro. Se una lampadina si brucia le altre possono continuare a funzionare perché il percorso della corrente è indipendente nelle singole lampadine.

Storia dell'elettricità

Già 2500 anni fa gli uomini conoscevano l’elettricità. Il filosofo greco Talete scoprì che l’ambra, strofinata con un panno di lana, attirava oggetti piccoli e leggeri. Nel Cinquecento William Gilbert le diede il nome élektron. Nel Settecento Luigi Galvani fu il primo ad osservare, durante i suoi studi sulla propagazione degli impulsi nervosi, che quando si toccano due nervi scoperti di una rana con due metalli diversi (rame/argento o zinco/rame) si produce una piccola scarica che fa contrarre i muscoli dell’animale. Alessandro Volta realizzò uno strumento di grande utilità, “la pila di Volta”, con il quale era possibile produrre una scarica di notevole durata.

Alcuni esempi di strumenti inventati per produrre energia nel corso degli anni:
- Generatore elettrostatico a strofinio di Hauksbee
- Macchina elettrostatica portatile a globo firmata “Ant Fabris Dilettante in Bovolenta”

Termini specifici

Corrente elettrica: costituita dal movimento di elettroni che fluiscono in modo ordinato attraverso un conduttore.
Elettricità: indica i fenomeni di attrazione e repulsione che si verificano quando due sostanze vengono strofinate. Deriva dal greco “élektron” (ambra).
Fenomeni elettrici: dipendono dallo sbilanciamento dell’equilibrio protoni-elettroni degli atomi superficiali di una sostanza.
Carica elettrica: proprietà fisica contenuta nelle particelle microscopiche che ci sono nei corpi, non si possono né creare né distruggere, ma solo trasferire da un corpo all’altro.
Pila: dispositivo che permette agli elettroni di superare il “dislivello”, cioè la differenza di potenziale affinché in un conduttore si abbia un passaggio di corrente elettrica.

Generatore: pila, genera la corrente.
Utilizzatore: lampadina, assorbe l’energia.
Conduttore: filo elettrico, unisce i due poli a differente potenziale.
Interruttore: pinzetta, apre e chiude un circuito, consentono o impediscono il passaggio della corrente nel circuito.
Circuito elettrico: percorso chiuso in cui circola corrente, perché tra le sue estremità è presente una differenza di potenziale. È l’insieme costituito dal generatore e dal filo conduttore.
Numero atomico: Z, somma di protoni ed elettroni nel nucleo di un atomo.
Numero di massa: A, somma di protoni e neutroni nel nucleo di un atomo.

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