Energia elettrica: come si produce e arriva in casa?

15 Gennaio, 2023
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I mattoncini dell'energia elettrica

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Come si produce l'energia elettrica?

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Come arriva in casa l'energia elettrica?

I mattoncini dell’energia elettrica

Energia elettrica secondo Faraday

L’energia elettrica è prodotta in tutto il mondo sfruttando il fenomeno dell’induzione scoperto da Faraday nei suoi esperimenti.

Vedi, elettricità e magnetismo sono due facce della stessa medaglia: una corrente all’interno di un cavo gli genera intorno un campo magnetico. Il cavo cioè si trasforma in una calamita nel momento in cui una corrente scorre al suo interno.

Mumble

“Se una corrente all’interno di un cavo gli genera intorno una campo magnetico, chissà se sarà vero anche il contrario?”

Faraday semplicemente voleva vedere se un campo magnetico potesse far scorrere una corrente in un circuito. Se ci fosse riuscito, avrebbe potuto regalare energia elettrica al mondo utilizzando delle calamite.

Come spesso accade però, la questione non era così semplice.

Energia elettrica per “induzione”

Faraday ideò un esperimento, per verificare la sua idea, piú o meno come la grafica che vedi in cima: due circuiti, uno alimentato con una batteria e l’altro senza nulla.

Obiettivo: far scorrere corrente nel primo grazie alla batteria e vedere se il campo magnetico prodotto dalla corrente inducesse le cariche a muoversi anche nel circuito non alimentato. Energia elettrica per “induzione” appunto.

Faraday scoprì che la sua intuizione era QUASI corretta.

Infatti nel circuito non alimentato scorreva corrente, ma solo per brevissimi istanti: all’accensione e allo spegnimento del primo.

Mumble

“Davide scusa, ma perchè si produce energia elettrica nel circuito non alimentato proprio all’accensione e allo spegnimento del primo?”

All’accensione del primo circuito le cariche elettriche iniziano a muoversi e allo spegnimento decelerano fino ad interrompere la corrente.

Le cariche in movimento 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.

Ecco la soluzione al mistero.

U

AHA!

Non è il campo magnetico in se che induce energia elettrica, ma un campo magnetico che varia nel tempo.

La tensione: i Volt

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.

Se c’è tensione, ci sono i requisiti perchè possa esserci corrente e quindi energia elettrica.

L’intensità: gli Ampere

L’intensità 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 (ben diverso da Ampere-ora).

Mumble

“Scusa Davide, 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 molto grande vero? Sappi che se 1 elettrone fosse come una goccia d’acqua di 1 mm di diametro, per fare 1 Ampere dovremmo riempire 10.681 piramidi di Cheope

La potenza: i Watt

Se moltiplichi tra di loro i Volt e gli Ampere, ottieni la Potenza che ti dice quanta energia elettrica al secondo viene prodotta (magari da una centrale) o assorbita (da un elettrodomestico). Si misura in Watt.

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.

Come si produce l’energia elettrica?

Le centrali oggi producono energia elettrica sfruttando il principio di Faraday: basta far variare il campo magnetico che attraversa un circuito per generare in esso una corrente.

Si aprono quindi 2 possibilità

  • 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.

L’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. Il suo nome deriva dal fatto che produce energia elettrica in corrente alternata, che è quella che ci arriva poi in casa.

Mumble

“Ma come vengono fatte ruotare le calamite attorno al circuito?”

Sfruttando ad esempio la forza dell’acqua che scorre  in una centrale IDRO-ELETTRICA o sfruttando la forza del vento o del vapore come nelle centrali nucleari. Il metodo più utilizzato è però bruciando qualcosa: petrolio, carbone, gas. Ecco perchè produrre energia elettrica inquina.

Trasformare l’energia elettrica: il trasformatore

L’energia elettrica prodotta nell’alternatore passa al trasformatore che ne alza la tensione a livelli enormi così che sia facilmente trasportabile.

Come arriva in casa l’energia elettrica?

Mumble

“Ma perchè mai dovrebbe essere così importante alzare la tensione per poter trasportare meglio l’energia elettrica?”

Energia elettrica: per il ciclo “alta tensione”

Immagina una centrale che produca 10.000 Watt (cifra assolutamente ipotetica) che debbano essere trasportati in città.

Il trasporto dell’energia elettrica deve avvenire minimizzando quanto più possibile le perdite.

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

  • 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)

Più Ampere passano nel cavo, tanto più si genera attrito che si traduce in energia persa. La configurazione migliore per la centrale è quindi quella con Ampere bassi e quindi altissima tensione.

Ecco perchè le linee di trasporto dell’energia elettrica sono dette ad ALTA TENSIONE, perchè possono arrivare fino a 380 kV (380.000 Volt).

L’energia elettrica arriva in città

All’ingresso nelle città, le linee dell’alta tensione vengono convogliate in un altro trasformatore che fa il gioco inverso rispetto a quello nella centrale: abbassa la tensione per rendere l’energia elettrica fruibile alle case.

In Europa ad esempio si usa 220 V mentre negli Stati Uniti  110 V. Fai attenzione quindi 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).

Abbassata la tensione, partiranno le normali linee per fornire case, attività commerciali ecc. di energia elettrica prodotta a moltissimi Km di distanza.

Come funziona la chitarra elettrica?

La chitarra elettrica funziona esattamente grazie al principio di Faraday. 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 “assecondata” dal campo magnetico della calamita che quindi si deforma… e se il campo magnetico si deforma, allungandosi ed accorciandosi per seguire la corda, allora nel cavo arrotolato attorno alla calamita cambierà il flusso di quel campo magnetico.

La variazione del flusso del campo magnetico induce, per il principio di Faraday, una corrente che varia 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.

Ecco come si produce energia elettrica oggi nel mondo e come fa ad arrivarci dentro casa. Certo, la storia non finisce qui, ancora molto resta da dire, e lo faremo nelle prossime uscite.

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

Davide

BIBLIO

Energia elettrica: come si produce e arriva in casa?

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