Elettricità: come si produce e ci arriva in casa?

03 Gennaio, 2020
Alta tensione per il trasporto dell'elettricità nelle città

Inghilterra, qualche anno fa

Era una calma e afosa estate di qualche anno fa e l’elettricità non sfiorava nemmeno i miei pensieri. Decisi di visitare Londra così presi il primo volo, con un bagaglio improvvisato frettolosamente.

Tra le cose da visitare non poteva mancare un salto in Bond Street. Perchè mai? Perchè in questa strada è nata una barberia che ad oggi ancora esiste e produce prodotti per rasatura di enorme qualità: Taylor of Old Bond Street per l’appunto (si si sono un appassionato di rasatura tradizionale ok!).

Il posto lo avevano mantenuto esattamente come era quando fu aperto sul finire del 1800, praticamente sembrava di essere tornato indietro nel tempo di più di un secolo. Anche il personale era tutto vestito come i barbieri di un tempo, una cosa incredibile in pieno stile ed eleganza inglese.

Arriva il mio turno e vado a farmi coccolare per quei 30 minuti di puro relax.

Una persona inaspettata

“Giovanotto mi perdoni se la importuno ma sono troppo curioso, cosa ci fa un ragazzo come lei in questo posto?”.

Mi giro verso il signore che mi aveva rivolto questa domanda. In effetti stonavo con l’ambiente e di sicuro risaltavo: un ragazzo di 27 anni in jeans e Converse in un posto frequentato da persone molto più grandi e tutte in giacca e cravatta.

Rispondo dicendo che uso da molto i prodotti Taylor essendo appassionato di rasatura tradizionale e non potevo pertanto non fare una visita nella boutique storica.

Il signore a quel punto mi risponde: “Ma che bella cosa un giovane che ancora apprezzi questo genere di attività lente e rilassanti. Oggi con un rasoio elettrico puoi sbarbarti con un paio di minuti ma dove sta a quel punto la magia. Se penso che in parte è colpa mia quasi rabbrividisco ragazzo mio”.

Colpa? In che senso? Avevo forse capito male l’inglese o c’era qualcosa che mi sfuggiva? Sarò mica capitato di fianco al fondatore della Braun o uno degli ideatori dei suoi rasoi elettrici? Sarebbe il colmo.

Michael Faraday

“Mi perdoni giovanotto ha ragione. Mi chiamo Michael Faraday

Le possibilità a questo punto erano 2:

  • Stavo sognando: d’altronde il viaggio, i Km a piedi in giro per la città, è perfettamente lecito che mi sia abbandonato al tepore del panno caldo che ricopriva tutto il mio viso.
  • Il tipo di fianco a me non aveva tutte le rotelle al posto giusto

Indubbiamente stavo sognando e ne ero consapevole. Sarà capitato anche a te di sognare sapendo che stavi sognando no?

A quel punto dici sempre: “Mah si godiamoci il sogno, quasi quasi spicco il volo che è una cosa che ho sempre invidiato a Superman, tanto è un sogno…”

Così assecondai il distinto signore: “Scusi ma… QUEL Michael Faraday? Della legge di Faraday sulla corrente indotta?”

Compiaciuto lui rispose di si e continuando a stare al gioco chiesi come avesse scoperto l’induzione della corrente e come si fosse sentito in quei momenti.

Ancora più compiaciuto iniziò a raccontarmi.

Inghilterra, XIX secolo: esperimenti con l’elettricità

“Devi sapere giovanotto che nel XIX secolo erano già tutti pienamente consapevoli del fatto che elettricità e magnetismo fossero due facce della stessa medaglia.

Era risaputo che una corrente elettrica all’interno di un cavo generasse un campo magnetico attorno al cavo stesso: vale a dire che un cavo senza alcuna proprietà magnetica si trasformava in una calamita nel momento in cui una corrente elettrica veniva fatta scorrere al suo interno.

“Fu proprio pensando a questo che un giorno, mentre me ne stavo seduto in poltrona a fumare la mia pipa mi venne in mente questa domanda”

Mumble

“Se una corrente elettrica all’interno di un cavo genera una campo magnetico attorno al cavo stesso, chissà se sarà vero anche il contrario?”

Di corsa in laboratorio

“E quindi con la mia domanda ben salda in testa iniziò il mio viaggio alla ricerca della risposta. Se avessi dimostrato che un campo magnetico può generare una corrente elettrica avrei avuto strada spianata per portare energia in ogni angolo della Terra.

Mi catapultai di corsa in laboratorio predisposi due seplicissimi circuiti di cui uno alimentato e l’altro no (sostanzialmente un cavo chiuso su se stesso). Obbiettivo? Verificare che il campo magnetico prodotto dalla corrente del primo circuito potesse generare corrente anche nel secondo, quello non alimentato.

Tutto era predisposto, non restava che accendere il primo circuito e lasciar scorrere la corrente: 3, 2, 1… Via.”

Incredibile… O forse no?!

“Riesci ad immaginare ragazzo quanto fossi eccitato poco prima di accendere il circuito con il sospetto di essere sul punto di scoprire qualcosa di davvero importante per il futuro del mondo?

Purtroppo mi resi subito conto che nel secondo circuito non succedeva un bel niente.

Già, troppo bello altrimenti, troppo facile altrimenti, non sarebbe scienza altrimenti. Perciò non mi diedi per vinto e riprovai: corrente al primo circuito ma… nulla nel secondo.”

Proprio nulla?

“In realtà qualcosa la notai: il secondo circuito aveva registrato un qualche movimento.

Fu solo provando e riprovando che alla fine scoprii che si generava elettricità nel secondo circuito ma solo per brevissimi istanti a seguito dell’accensione e spegnimento del primo.”

Mumble

“Scusi Mr. Faraday ma perchè proprio all’accensione e allo spegnimento del circuito? Cosa succede in quei momenti?”

“Beh giovanotto, all’accensione le cariche iniziano a muoversi generando corrente continua e allo spegnimento decelerano fino ad interrompere la corrente.

Le cariche in movimento cosa generano? Un campo magnetico.

All’accensione il campo magnetico inizia a formarsi e a crescere di intensità fino a stabilizzarsi ma allo spegnimento le cariche inizieranno a fermarsi e di conseguenza il campo magnetico calerà di intensità fino a sparire quando le cariche saranno ferme.”

U

AHA!

Non è il campo magnetico in se che genera elettricità ma un campo magnetico che varia nel tempo.

Elettrcità con corrente alternata

“In sostanza, fintanto che continuavo ad accendere e spegnere il primo circuito, generavo nel secondo un corrente indotta che girava in un senso all’accensione e nel senso opposto allo spegnimento.”

Mmm mi ricorda qualcosa. Una corrente che va in un senso e poi nell’altro? Degli elettroni che fanno avanti e indietro? Ma certo, è l’articolo sull’elettricità e la sua storia.

Insomma avevo appena assistito alla nascita della corrente elettrica alternata, nella sua concezione primordiale ovviamente, raccontata da uno dei suoi pionieri… Che razza di sogno!

U

AHA!

Per generare una corrente alternata basta semplicemente dotarsi di una calamita da far muovere avanti e indietro attraverso un circuito e questo verrà percorso da corrente in un senso e poi nell’altro.

La mia sbarbata volgeva al termine quando: “Buon pomeriggio Mr. Presley, il solito taglio?”

Mai fatto un sogno così strano. Mi giro incuriosito verso l’entrata e vedo Elvis Presley. Colto di sorpresa riesco a sospirare soltanto: “Non può essere”.

Passato il momento di confusione chiedo al signor Faraday: “Mi scusi ma è Elvis Presley quello? Cioè viene a tagliarsi i capelli qui?”

Mi rispose che Elvis era un grande affezionato della barberia e che si conoscevano molto bene. Chiesi la cortesia di presentarmelo e lui acconsentì, non appena avesse finito il suo trattamento.

I mattoncini dell’elettricità: Volt, Ampere e Watt

“Quindi signor Faraday come ci arriva la corrente dentro casa? Come viene prodotta?”

“Piano piano ragazzo, ci arriveremo senza dubbio ma prima vanno spese due parole sulla Tensione, L’intensità elettrica e sulla Potenza.

Pensa alla tensione come alla forza che spinge le cariche a muoversi in un circuito. Se prendi un pezzo di metallo gli elettroni non si muoveranno belli ordinati come un fiume da soli: c’è bisogno di una forza che li costringa a muoversi in questa maniera. Questa forza la misuriamo in Volt: una batteria da 1,5 Volt spingerà gli elettroni a muoversi belli ordinati dal polo – al polo + con una certa forza, una batteria da 9 Volt li spingerà più forte ancora.

L’intensità elettrica invece è semplicemente quante cariche passano in un secondo nella sezione di un cavo. Pensa ad un tubo per annaffiare, equivale a misurare quanta acqua fuoriesce in un secondo. Si misura quindi in Cariche/secondo o più brevemente Ampere.

Mumble

“Scusi Mr. Faraday ma quindi a quante cariche al secondo corrisponde 1 Ampere?”

Beh 1 Ampere equivale a tantissimi elettroni al secondo… Quanti esattamente? 6,25 x 10^18.

Non sembra un numero molto grande a guardarlo così vero? Beh sappi che se 1 elettrone fosse grande come una goccia d’acqua, diciamo di 1 mm di diametro, per fare un Ampere dovremmo riempire 10.681 piramidi di Cheope

Se moltiplichi tra di loro la tensione e l’intensità elettrica ottieni la Potenza che ti dice quanta energia al secondo viene prodotta (magari da una centrale) o assorbita, per funzionare, da un qualcosa come un elettrodomestico o una DeLorean. Si misura in Watt (GigaWatt nel caso della DeLorean).

Quindi un apparecchio che consuma 10 Watt lo potrà fare utilizzando 5 Volt e 2 Ampere, o 2 Volt e 5 Ampere o 4 Volt e 2,5 Ampere, insomma chiaro no?

U

AHA!

Vuoi sapere quanti Watt consuma un elettrodomestico? Guarda le specifiche ed individua i Volt e gli Ampere di cui necessita e moltiplicali tra loro, ecco la potenza che attinge.

Le centrali elettriche

“Dunque ragazzo mio, ora si che possiamo parlare delle centrali elettriche e di come l’elettricità venga prodotta e arrivi nelle case.

Grazie alla mia scoperta, cioè che basta continuare a far variare il campo magnetico che attraversa un circuito per generare in esso una corrente, fu chiaro a chi venne dopo di me che le possibilità per produrre energia su scala globale erano 2:

  • Far ruotare un circuito all’interno di un campo magnetico stazionario
  • Mantenere il circuito fermo e far ruotare le calamite

Indipendentemente dalla modalità scelta l’unica energia da immettere nel sistema è quella per far ruotare o il circuito o le calamite.

Alternatore

L’alternatore ospita un circuito (in realtà 3 ma per semplicità pensiamo ad 1) che viene mantenuto fermo mentre delle calamite vengono fatte ruotare attorno ad esso per variare il flusso di campo magnetico al suo interno.

Mumble

“Scusi Mr. Faraday ma come vengono fatte ruotare le calamite attorno al circuito?”

Beh è molto semplice ragazzo mio: sfruttando ad esempio la forza dell’acqua che scorre come nelle centrali IDRO-ELETTRICHE o sfruttando la forza del vento o del vapore come nelle centrali nucleari.

Trasformatore

L’elettricità alternata prodotta dall’alternatore viene quindi passata al trasformatore che la prende e ne alza il voltaggio a livelli enormi così che sia facilmente trasportabile.

Ecco perchè l’elettricità alternata è vincente su quella continua: non scedenrò nel dettaglio della faccenda vista che comunque siamno dal barbiere in completo relax ma sappi che grazie alla mia scoperta è semplicissimo alzare ed abbassare la tensione (i Volt) dell’elettricità: basta avere un trasformatore (che sfrutta a pieno la mia scoperta).

Mumble

“Scusi Mr. Faraday ma perchè mai dovrebbe essere così importante alzare la tensione per poter trasportare meglio l’elettricità?”

Corretta osservazione ragazzo, facciamo un esempio pratico e tutto sarà chiaro: immaginiamo una centrale che produca 10.000 Watt (cifra assolutamente ipotetica) che debbano essere trasportati in città.

Vuol dire che ai capi delle linee di trasporto, uno alla centrale e l’altro alla città, dovrò avere la stessa potenza: tanta ne parte dalla centrale e altrettanta ne deve arrivare alla città (minimizzando quindi le perdite durante il trasporto).

Visto che giocare con Volt e Ampere è una cosa facilissima, la centrale può decidere di trasportare i nostri 10.000 Watt in varie configurazioni tipo:

  • 10 Volt e 1000 Ampere (10V x 1000A = 10.000W)
  • 100 Volt e 100 Ampere (100V x 100A = 10.000W)
  • 1000 Volt e 10 Ampere (1000V x 10A = 10.000W)

Visto che quanti più ampere, quindi più elettroni, passano in un secondo nel cavo, tanto più si genera attrito che si traduce in energia persa, la configurazione migliore per la centrale è quindi quella con maggiore voltaggio e bassi ampere.

Ecco la grande carta vincente dell’elettricità alternata: a differenza della continua si può giocare con il voltaggio con estrema facilità alzandolo, grazie al trasformatore, per ridurre perdite di energia lungo il trasporto che può così avvenire per centinaia di km.

Questo è il motivo per cui le linee di trasporto sono dette appunto ad ALTA TENSIONE, perchè possono arrivare fino a 380 kV (380.000 Volt).

Città

Uscita dal Trasformatore la nostra elettricità si dirige, con una tensione elevatissima, alle porte della città. Una tensione così alta però non può essere utilizzata nelle abitazioni e quindi bisogna abbassarla. Indovina chi ci viene di nuovo in soccorso? In ingresso delle città le linee vengono convogliate in un altro trasformatore che prende in ingresso l’alta tensione delle linee di trasporto e la abbassa per renderla fruibile alle case.

Ogni stato si è poi adattato ad avere un certo tipo di voltaggio nelle case: in Europa ad esempio è 220 V mentre negli Stati Uniti è 110 V. Fai attenzione quindi ragazzo se compri un asciugacapelli in America a non attaccarlo mai in Europa (vai al minuto 2:00 del video e vedi cosa succede attaccando un asciugacapelli americano in Europa)…

Rock n’roll

Mr. Faraday a questo punto aveva finito il suo trattamento e io non avevo certo dimenticato la sua promessa così gli chiesi: “Mr. Faraday, ora che ha finito la sua sbarbata non potrebbe presentarmi Elvis?”. 

Mr. Faraday acconsentì con piacere e me lo presentò. Elvis non faceva che ripetere che senza Mr. Faraday il Rock non sarebbe esistito.

Quando Elvis se ne va sganciandoci un bel “See ya pal” mi faccio coraggio e chiedo: “Scusi Mr. Faraday ma perchè Elvis continuava a dire che senza di lei non avremmo mai avuto il rock?”. E lui con incredibile semplicità: “Mah ragazzo mio, senza la mia scoperta non sarebbero mai esistite le chitarre elettriche…”.

Un momento… COOOSAAA???

Come funziona la chitarra elettrica?

La chitarra elettrica funziona esattamente grazie al mio principio ed a prescindere dai mille colori e forme ognuna ha lo stesso “motore”: i pickup

I Pickup non sono altro che delle calamite avvolte migliaia di volte da un cavo sottilissimo.

Le corde metalliche della chitarra elettrica sono quindi immerse nel campo magnetico prodotto dalla calamita nel pickup.

Quando una corda viene pizzicata inizia a vibrare e questa vibrazione viene “seguita” dal campo magnetico della calamita che quindi si deforma… e se il campo magnetico si deforma, allungandosi ed accorciandosi, questo implica che nel cavo arrotolato attorno alla calamita cambierà il flusso di quel campo magnetico.

Variando il flusso di campo magnetico all’interno delle spire del circuito si genera una corrente alternata che varia direzione in base alla vibrazione della corda.

Essendo correnti e tensioni molto piccole si dovrà “Amplificarle” tramite appunto L’amplificatore che non fa altro che prendere questi segnali elettrici, amplificarli e trasformarli in suono.

“Signore l’asciugamano è troppo caldo?”

Cuore che batte e sveglia di soprassalto. Diamine mi ero davvero addormentato. Finisco il mio trattamento e me ne torno in albergo per fare i bagagli ed andare in aeroporto.

Sul taxi la radio manda Dr. Feelgood dei Motley Crue e la testa ritorna a quel mio bizzarro sogno. Senza Michael Faraday non avremmo illuminazione in qualsiasi momento della giornata, cibi refrigerati, alberi di natale, Eric Clapton, i Guns n’ Roses, I pink Floyd, i Led Zeppelin, i Metallica, i Queen e chi più ne ha… più ne metta.

Solo tornato a casa, andando sul sito di Taylor scoprii che la barberia non era più in Bond Street da molti anni ma in Jermyn Street. Avevo sognato si o no? Forse ero andato in Jermyn Street dopotutto. Mah

Ancora non ho idea di cosa e soprattutto come sia successo quello che era successo ma effettivamente anche Sonia, qualche tempo dopo, mi disse di aver avuto lo stesso tipo di esperienza a New Orleans con Enrico Fermi, ma questa è un’altra storia.

Forse non sapremo mai cosa sia successo ma forse… è giusto così.

Noi ci rivediamo al prossimo articolo e fino a quel momento… RESTA CURIOSO

Davide

BIBLIO

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