L' elettricità è una proprietà fisica della materia. Consiste in quell'interazione negativa o positiva tra i protoni e gli elettroni della materia. Il termine si riferisce al colore ambrato, per il colore versatile e luminoso che presenta. Tuttavia, il termine fu introdotto per la prima volta nella società scientifica dallo scienziato inglese William Gilbert (1544-1603) nel XVI secolo per descrivere il fenomeno dell'interazione energetica tra le particelle.
Cos'è l'elettricità
Sommario
Per elettricità fisica si intendono i fenomeni che si manifestano con la presenza di cariche elettriche presenti nei corpi, in quanto costituiti da molecole e atomi, la cui interazione delle loro sottoparticelle genera impulsi elettrici. Le cariche positive e negative sugli atomi sono elettricità statica, mentre il movimento degli elettroni e il loro rilascio dagli atomi producono correnti elettriche.
Questo fa parte dell'elettromagnetismo, che forma, con la gravità e la forza nucleare debole e la forza nucleare forte, le interazioni fondamentali della natura.
La sua etimologia deriva dal latino electrum, anch'esso dal greco élektron, che significa “ambra”. Il filosofo greco Talete di Mileto (624-546 a.C.) osservò come l'attrito magnetizzasse l'ambra con l' elettricità statica, e secoli dopo lo scienziato Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) notò come le cariche positive dell'elettricità si rivelavano quando il vetro veniva strofinato e, a loro volta, i negativi venivano mostrati quando venivano strofinate resine, come l' ambra.
Il flusso di energia dalle cariche in movimento o statiche è ciò che viene chiamato elettricità, o il trasferimento di elettroni da un atomo a un altro, e la forza elettrica risultante è misurata in volt o watt, un termine usato in elettricità in inglese, e Prende il nome dall'inventore del motore a vapore James Watt (1736-1819).
Tuttavia è possibile trovare elettricità in natura, come nel caso di eventi atmosferici, bioelettricità (elettricità presente in alcuni animali) e magnetosfera.
Uno dei casi più noti di animali che producono elettricità è quello dell'anguilla elettrica, che ha nel suo corpo degli elettrociti (un organo di questo animale che genera campi elettrici), che si trovano in tutto il suo corpo, funzionando in modo simile a neuroni e può generare scariche fino a 500 volt.
Poiché esiste una diversità di elementi, i loro atomi sono diversi; ecco perché alcuni materiali sono portatori di elettricità e altri isolanti. I migliori conduttori sono i metalli, poiché hanno pochi elettroni nei loro atomi, quindi non è necessaria una maggiore quantità di energia affinché queste molecole subatomiche saltino da un atomo all'altro.
Caratteristiche dell'elettricità
In base alla sua dinamica, origine, performance e fenomeni che produce, ha caratteristiche che lo distinguono. Tra i principali ci sono:
- Cumulativo. Esistono dispositivi con la capacità di immagazzinare l'elettricità in sostanze chimiche all'interno di accumulatori, che ne consentono la conservazione per un uso successivo (batterie).
- Il suo modo di ottenere. Nel caso di batterie o celle, è ottenuto chimicamente; anche per induzione elettromagnetica quando si sposta un conduttore in un campo magnetico, come gli alternatori; e dalla luce, quando alcuni tipi di metalli rilasciano elettroni quando la luce solare li colpisce (pannelli solari).
- I suoi effetti. Questi possono essere fisici, meccanici o cinetici, termici, chimici, magnetici e luminosi.
- Le sue manifestazioni. Possono essere sotto forma di fulmini, elettricità statica, flussi di corrente, tra gli altri.
- Pericolosità. Generando calore, può causare gravi ustioni e, in caso di esposizione più intensa, la morte.
- Resistività e conducibilità. È l'opposizione di alcuni tipi di materia di fronte al suo passaggio e il suo facile fluire, rispettivamente.
Tipi di elettricità
Esistono diversi tipi di elettricità, le più importanti sono:
Statico
L' elettricità statica deriva dalla carica elettrica in eccesso, che si accumula in un materiale conduttivo o isolante.
È noto che gli atomi sono composti da un certo numero di protoni (carica positiva) nel loro nucleo e dallo stesso numero di elettroni (carica negativa) orbitanti attorno ad esso, il che rende detto atomo elettricamente neutro o in equilibrio; ma quando si genera attrito tra due corpi o sostanze, si possono generare cariche su detti oggetti.
Questo perché gli elettroni di entrambi i materiali entreranno in contatto, producendo uno squilibrio nelle cariche degli atomi, con conseguente elettricità statica. È così chiamato perché è generato in atomi a riposo e la sua carica non si muove ma rimane stazionaria. Un esempio di questo è quando passiamo una spazzola tra i capelli e alcuni vengono sollevati dalla statica dell'attrito tra il materiale degli stessi e il capello. Gli artefatti come le stampanti utilizzano l'elettricità statica per rivelare il toner o l'inchiostro sulla carta.
Dinamico
Questo tipo è prodotto da un carico in movimento o dal flusso di esso. Per fare ciò, è necessaria una sorgente elettrica (che può essere chimica, come una batteria, o elettromeccanica, come una dinamo) che faccia fluire gli elettroni attraverso un materiale conduttivo attraverso il quale queste cariche elettriche possono circolare.
In esso, gli elettroni si spostano da un atomo all'altro e così via. Questa circolazione è nota come corrente elettrica. Un esempio di questo tipo di elettricità sono le prese elettriche, che sono una fonte dinamica di elettricità per elettrodomestici e altri apparecchi che richiedono elettricità.
È importante evidenziare l'esistenza di altri tipi di elettricità, tra cui:
- Base: questo tipo è quello che si riferisce all'attrazione di cariche positive e negative, dove verranno caricati gli oggetti. È generato da due poli, che non devono necessariamente toccarsi ma attrarsi a vicenda. Questo tipo di elettricità si trova negli oggetti di uso quotidiano.
- Comportamentale: è considerato parte della dinamica, poiché è quello che viene trasportato per mezzo di conduttori, motivo per cui continua a muoversi attraverso i circuiti. Esistono vari conduttori, come metalli (soprattutto rame), alluminio, oro, carbonio, tra gli altri.
- Elettromagnetico: è generato da un campo magnetico, che può essere immagazzinato ed emesso come radiazione, quindi si consiglia di non esporsi a lungo a questo tipo di campo. Il fisico Hans Christian Ørsted (1777-1851) ha scoperto la relazione tra magnetismo ed elettricità, osservando che la corrente elettrica crea un campo magnetico.
Tra le applicazioni di questo tipo di elettricità spicca in medicina, ad esempio, per macchine a raggi X o per eseguire la risonanza magnetica.
- Industriale: questo è ciò che deve essere generato per i grandi macchinari utilizzati nella produzione in serie di prodotti, che richiedono grandi quantità di energia perché sono di alta potenza.
È stato sviluppato dopo che la scienza ha dimostrato che le risorse energetiche naturali come i fulmini potevano essere canalizzate e utilizzate dall'uomo, diventando una potente fonte di energia elettrica, che ha permesso di soddisfare le esigenze dell'industria.
Manifestazioni elettriche
Carica elettrica
È una proprietà che alcune particelle subatomiche (elettroni, neutroni e protoni) hanno per attrarsi e respingersi a vicenda, così come definisce la loro interazione elettromagnetica. Questo è prodotto negli atomi, che lo trasferiranno alle molecole di un corpo diverso o attraverso un materiale conduttivo. Si riferisce anche alla capacità di una particella di scambiare fotoni (particelle di luce o energia elettromagnetica).
Questo è presente, ad esempio, nell'elettricità statica, che è una carica stazionaria in un corpo. Inoltre, una carica dà origine alla forza elettromagnetica, poiché produce forza sugli altri. Le cariche possono essere negative e altre positive e le cariche dello stesso tipo verranno respinte, mentre le cariche opposte si attrarranno.
Le cariche vengono misurate attraverso l'unità coulomb o coulomb ed è rappresentata dalla lettera C, e indica la quantità di carica che passa attraverso una sezione di un conduttore in un periodo di un secondo. Sia la materia che l'antimateria hanno cariche uguali e opposte alla loro particella corrispondente.
Corrente elettrica
Questo è il flusso di carica elettrica attraverso un materiale, prodotto dal movimento di elettroni o da qualche altro tipo di carica. Produrrà un campo magnetico, uno dei fenomeni elettrici che possono essere sfruttati, in questo caso, da un elettromagnete.
I materiali attraverso i quali circolerà questo flusso possono essere solidi, liquidi o gassosi. Nei materiali solidi, gli elettroni si muovono; gli ioni (atomi o molecole che non sono elettricamente neutri) si muovono nei liquidi; e quelli gassosi possono essere sia elettroni che ioni.
La quantità di carica corrente per un'unità di tempo è nota come intensità della corrente elettrica, che è simboleggiata dalla lettera I ed è indicata come coulomb al secondo o ampere.
La corrente elettrica può essere:
- Continuo o diretto, che sono quei flussi di cariche che circolano in un percorso costante, non è interrotto da alcun periodo di vuoto, perché è in una sola direzione.
- Alternate, che è quello che si muove in due direzioni, modifica il suo percorso e la sua intensità.
- Trifasico, che è il raggruppamento di tre correnti alternate con la stessa ampiezza, frequenza e valore effettivo (concetto utilizzato per studiare le onde periodiche), che presenta una differenza di 120º tra fase e fase.
campo elettrico
È un campo elettromagnetico che è stato generato da una carica elettrica (anche quando non è in movimento) e che influenza le cariche che lo circondano o che sono in esso. I campi non sono misurabili, ma si possono osservare le cariche che vengono poste su di essi.
Un campo elettrico è uno spazio fisico in cui interagiscono le cariche elettriche dei diversi corpi e viene definita la concentrazione dell'intensità di una forza elettrica. In questa regione le proprietà sono state modificate dalla presenza di una carica.
Potenziale elettrico
Si riferisce alla capacità di un corpo elettrico o all'energia necessaria per spostare un carico o eseguire un lavoro e viene misurata in volt. Questo concetto è legato a quello della differenza potenziale, che è definita come l'energia necessaria per spostare una carica da un punto all'altro.
Questo può essere definito solo in una regione limitata dello spazio per un campo statico, poiché per le cariche in movimento vengono utilizzati i potenziali di Liénard-Wiechert (descrivono i campi elettromagnetici di una distribuzione di cariche in movimento).
Elettromagnetismo
Questo si riferisce ai campi magnetici che si generano a causa delle cariche elettriche che sono in movimento e che producono l'attrazione o la repulsione verso i materiali che si trovano all'interno di questi campi, che possono generare corrente elettrica.
Circuiti elettrici
Si riferisce alla connessione di almeno due componenti elettrici, in modo che la carica elettrica possa fluire in un percorso chiuso per uno scopo specifico. Questi sono costituiti da elementi come componenti, nodi, rami, reti, sorgenti e conduttori.
Esistono circuiti con ricevitore, come nel caso di lampadine o campanelli; circuiti in serie, come le luci di Natale; circuiti in parallelo, come luci che si accendono con lo stesso interruttore contemporaneamente; circuiti misti (combinano serie e parallelo); e accesi, che sono quelli che permettono, ad esempio, di accendere una o più luci da più punti diversi.
Storia dell'elettricità
Gli antecedenti dell'elettricità risalgono a tempi antichi, addirittura quasi tremila anni prima di Cristo, dove gli esseri umani osservavano determinati fenomeni elettrici in natura, pur non sapendo come venivano prodotti o le loro dinamiche. Allo stesso modo, sono stati testimoni di alcuni fenomeni magnetici prodotti da alcuni tipi di materiali ottenuti in natura, come la magnetite, o la presenza di essa negli animali.
Intorno al 2.750 a.C., la civiltà egizia scrisse del pesce elettrico trovato nel fiume Nilo, riferendosi a loro come protettori dell'altra fauna in esso. Intorno al 600 a.C., Talete di Mileto fu la prima persona a scoprire che l'ambra acquisiva proprietà elettriche e magnetiche se sfregata con un materiale specifico. Ma l'elettricità come scienza risale al diciassettesimo e diciottesimo secolo, nel mezzo della rivoluzione scientifica, quando la comparsa di questo campo di studi fu il contesto perfetto per l'inizio della rivoluzione industriale e la sua espansione nel mondo moderno che stava sorgendo, è stato cruciale per lo sviluppo dell'umanità.
In precedenza, nel XVI secolo, il filosofo e medico William Gilbert (1544-1603) diede importanti contributi allo studio del fenomeno elettrico, prestando particolare attenzione all'elettricità e al magnetismo. I termini "elettricità" e "elettrico" compaiono per la prima volta nel 1646 nell'opera dell'inglese Thomas Browne (1605-1682). Le unità di misura per i diversi fenomeni elettrici sono emerse in seguito grazie a molteplici contributi di intellettuali in fisica.
Lo scienziato, politico e inventore Benjamin Franklin (1706-1790), nel 1752 riuscì a canalizzare l'energia elettrica contenuta in un raggio attraverso un aquilone, che portò all'invenzione del parafulmine; un dispositivo utilizzato per condurre l'elettricità dai fulmini a terra. Successivamente, il fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventò nel 1800 la batteria di voltaggio che permetteva di immagazzinare energia, sfruttando l'utilizzo dell'elettricità generata da reazioni chimiche; e nel 1831 il fisico Michael Faraday (1791-1867), sviluppò il primo generatore elettrico, che consentiva di inviare corrente elettrica in modo continuo.
La prima fase della rivoluzione industriale non ha coinvolto l'elettricità per il suo sviluppo, in quanto utilizzava l' energia generata dal vapore. Già verso la seconda rivoluzione industriale del XIX secolo, l'elettricità e il petrolio venivano usati per generare energia, cosa che permise allo scienziato Thomas Alva Edison (1847-1931) di accendere la prima lampadina a filamento nel 1879.
Alla fine dell'Ottocento e all'inizio del Novecento, Edison, difensore della corrente continua, e l'inventore e ingegnere Nikola Tesla (1856-1943), padre della corrente alternata, contestarono il futuro dell'elettricità.
La corrente continua è stata resa popolare negli Stati Uniti per uso domestico e industriale; tuttavia, si è presto scoperto che era inefficiente su lunghe distanze e quando era richiesta una tensione più elevata ed emetteva enormi quantità di calore.
Tesla ha sviluppato esperimenti che hanno portato alla scoperta di modi alternativi per trasportare l'energia elettrica in modo più efficiente, che hanno portato alla scoperta della corrente alternata.
George Westinghouse (1846-1914), un uomo d'affari americano, sostenne e acquistò l'invenzione di Tesla, che alla fine vinse la battaglia per l'elettricità come un tipo di corrente più economico con una minore perdita di energia.
Importanza dell'elettricità
La sua importanza è vitale per la vita moderna, essendo uno dei pilastri fondamentali della società odierna, poiché praticamente tutto ciò che gli esseri umani utilizzano comporta l'elettricità per funzionare: elettrodomestici, macchinari, comunicazioni, alcune forme di trasporto, produzione di beni e servizi, per l'area della medicina, della scienza, tra le altre aree.
Può essere creato dall'uomo o imbrigliato direttamente dalla natura. L'elettricità artificiale viene creata da turbine, condensatori e macchinari che fanno affidamento sulla forza della natura per funzionare, come le dighe, che utilizzano la forza di grandi quantità di acqua per generare la corrente che alimenta le grandi città.
Il pianeta Terra è anche in grado di generare elettricità, quei raggi, lampi e fulmini che vediamo nel cielo nel mezzo di una tempesta sono scariche elettriche generate dalla collisione di enormi ammassi di materia ed energia. Questa si chiama corrente elettrica naturale e può essere utilizzata dall'uomo con parafulmini e conduttori super resistenti in grado di assorbire l'impatto di una scarica di tale entità.
10 esempi di utilizzo dell'elettricità
L'elettricità ha molteplici usi nelle attività umane. Tra gli esempi più importanti ci sono:
- Nei veicoli con elettricità automobilistica, che circola attraverso circuiti che raggiungono parti di essa e che richiedono elettricità per funzionare, come luci, clacson, motore, tra gli altri, ed è generata da una batteria.
- Per l'illuminazione, cioè per accendere l'illuminazione domestica, pubblica e industriale.
- Per l'accensione di apparecchi elettrici ed elettronici.
- Per generare calore in climi temperati, ad esempio attraverso il riscaldamento.
- Per i trasporti, come gli aeroplani, poiché hanno bisogno di elettricità per decollare.
- Per il settore medico, utilizzato in dispositivi utilizzati per analisi e studi.
- Nell'industria, che richiede grandi quantità di carica elettrica per la produzione di prodotti di consumo.
- Per generare movimento attraverso motori che guidano l'energia elettrica, convertendo l'energia elettrica in energia meccanica.
- Per comunicazioni, utilizzato in dispositivi come antenne ripetitori, trasmettitori, tra gli altri.
- Per il trasporto e il controllo di fluidi, come l'acqua, tramite elettrovalvole che aiutano a moderare il flusso.
