L’elettricità, questa sconosciuta

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Questo articolo vuole essere una piccola esemplificazione di concetti complessi riguardanti la
corrente elettrica.
Spesso le persone sono molto confuse sull’argomento, e non sanno confrontarsi con i termini tecnici
che sentiamo nominare tutti i giorni: corrente, tensione, potenza.
Quello che le persone spesso ignorano completamente, è che il moto microscopico della corrente
elettrica (o meglio, delle cariche elettriche che la compongono) assume contorni più comprensibili
ai più se la si paragona a un fenomeno visibile a occhio nudo: lo scorrere dell’acqua.
I due moti, quello dell’acqua e quello della corrente, hanno moltissimo in comune. Ma andiamo con
ordine e incominciamo con un paio di definizioni utili, e paragoneremo queste definizioni all’acqua
affinché la cosa sia più comprensiva per tutti, omettendo per ragioni di fluidità del documento le
relative formule matematiche e la loro dimostrazione:
Iniziamo con una curiosità: la parola elettricità deriva dal greco elektron, che significa ambra. Già
in antica Grecia sapevano che strofinando dell’ambra con un panno di lana l’ambra aveva la
capacità di attrarre a se corpuscoli più leggeri come la polvere. Questo accadeva per l’accumulo di
cariche elettriche positive dovuto allo sfregamento sull’ambra, ma ci vollero secoli affinché
qualcuno interpretasse correttamente questo fenomeno fisico e gettasse le basi della moderna
Elettrotecnica.
Si definisce “corrente elettrica” la quantità di cariche elettriche (elettroni) che attraversano una
determinata superficie nell’unità di tempo (il secondo). In pratica la corrente non è altro che la
quantità di acqua che attraversa un tubo in un tempo definito: 20 litri d’acqua al secondo in un tubo
di 20 centimetri di diametro potrebbero essere idealmente paragonati a 10 Ampere (l’unità di misura
della corrente) che passano in un conduttore di rame di 2,5 millimetri quadri. Quando si mette in
relazione la corrente con il tempo per il quale quella corrente è stata consumata per svolgere un
lavoro, come ad esempio accendere una lampadina, si parla di Ampere/ora.
A questo punto, può sorgere spontanea una domanda: cosa fa muovere esattamente la corrente? La
risposta è la differenza di potenziale elettrico, anche definita tensione elettrica. Immaginiamo un
fiume: esso nasce da un ghiacciaio posto a un’altezza considerevole in alta montagna, e l’acqua che
lo compone scorre verso le pianure per semplice forza di gravità, seguendo le vie di minore
resistenza. La differenza di potenziale si può paragonare alla differenza di altezza tra la montagna
dove c’è il ghiacciaio e il mare. Solo che con la corrente, anziché esprimere questa ideale differenza
di altezza in metri, la definiremo in Volt, che è l’unità di misura della tensione. La corrente
idealmente si muove dal punto con il potenziale maggiore al punto con il potenziale minore
esattamente come il fiume si muove dall’alto verso il basso, anche se in realtà, a livello di elettroni,
accade il contrario: le cariche elettriche negative (elettroni) vengono attratte verso il punto di
maggiore potenziale, e questo avviene perché, in un conduttore come ad esempio il rame o
l’argento, non sono i protoni che compongono il nucleo di questi elementi a muoversi, ma gli
elettroni che gli ruotano attorno e sono quindi liberi di spostarsi.
Una piccola curiosità che forse vi lascerà scioccati: noi diciamo sempre che i fulmini cadono dal
cielo, ma tecnicamente non è corretto: il fulmine origina sempre da terra, spesso da oggetti con la
forma appuntita (le punte accumulano carica, e in un certo qual modo la disperdono) e sale verso
l’alto. Questo avviene perché il terreno è un punto di potenziale elettrico pari a 0, mentre in cielo,
durante un temporale, i movimenti di aria ad alta velocità creano un attrito che accumula sempre
maggiore potenziale elettrico. Raggiunto il potenziale sufficiente a rompere la resistenza dell’aria
umida, ecco che avviene la scarica, e gli elettroni da terra si sposteranno in cielo, anche se in
piccolissima quantità: in un fulmine vi è una tensione altissima, ma una corrente estremamente
piccola. È come dire che c’è una montagna più alta dell’Everest da cui potrebbe scendere velocemente un sacco di acqua ma invece scende una sola goccia, e una volta caduta quella goccia, ecco che la montagna diventa improvvisamene una collinetta. Questo è il fulmine.

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Ma perché da una montagna così alta cade una sola goccia d’acqua? Introduciamo quindi il concetto
di resistenza elettrica! La resistenza elettrica è la larghezza del tubo dell’acqua. Immaginiamo di
avere un fiume enorme che però, a un certo punto del suo percorso, incontra un piccolo tubo.
Dentro questo tubo non può passare tutta l’acqua del fiume, quindi ne avremo una quantità
decisamente minore. Se noi avessimo avuto un tubo molto più grande, sarebbe potuta passare
facilmente molta più acqua. A parità di tensione quindi, con una resistenza più o meno grande,
avremo meno o più corrente. Un piccolo filo di rame può trasportare prima di bruciarsi pochissima
corrente, ma se noi aumentiamo la dimensione del filo, ecco che la quantità di corrente che passa è
maggiore.
Ma perché il filo si brucia? Esattamente per il motivo per il quale se un fiume si ingrossa per la
pioggia, rompe gli argini. Se pretendiamo di far passare forzatamente migliaia di litri d’acqua in un
tubicino, il tubicino scoppierà. Quando parliamo di corrente, il filo elettrico si brucerà perché la
corrente che vi scorre attraverso sfrega contro le pareti del filo, proporzionalmente alla sezione del
filo in questione e alla quantità di carica, crea quindi del calore, ed ecco che il metallo fonde,
interrompendo il circuito. Il ghiacciaio, ovvero la tensione, il potenziale elettrico, è sempre lì, ma
non scorre più acqua, cioè corrente, perché non esiste più un percorso da seguire, cioè il filo.
Cominciate a capire meglio come funziona la corrente ora? Ma proseguiamo.
Dopo queste definizioni, possiamo quindi spiegare ad esempio il funzionamento della lampadina di
casa vostra, o di qualsiasi altro apparecchio che richiede l’uso dell’energia elettrica per funzionare:
l’acqua del fiume non la vorremo mica far scorrere inutilmente no? E allora perché non costruire un
bel mulino? Col mulino possiamo macinare il grano e farci il pane e un sacco di altre cose buone.
La forza del fiume, opportunamente deviata in un canale più piccolo, muoverà le pale del mulino.
Allo stesso modo, la corrente che scorre nella lampadina grazie alla forza della differenza di
potenziale ai suoi capi compie un lavoro, una conversione di energia, da elettrica a luminosa, lavoro
che si esprime con la potenza elettrica, misurata in Watt. I Watt delle lampadine non sono altro che
la dimensione del mulino che inserite nel fiume. Più il mulino è grande, più acqua servirà per
muoverlo. L’altezza del ghiacciaio resta uguale. In altre parole: la tensione di casa vostra è sempre
quella, ovvero 220 Volt, ma a seconda della lampadina che richiede 10 o 50 Watt per funzionare,
voi muoverete 0,04 Ampere di corrente o 0,20. In funzione della grandezza del mulino da muovere
circolerà più o meno acqua nel canale, controllata da una saracinesca automatica: l’interruttore.
Muovendo l’interruttore, non fate altro che aprire la saracinesca, e la quantità di acqua che serve la
deciderete non voi, ma il mulino. Ecco perché se avete un sacco di elettrodomestici
contemporaneamente collegati e funzionanti in casa, come forno, tv, lavatrice, frigo e pc, scatta il
salvavita: la quantità di acqua richiesta da questi mulini per funzionare è maggiore di quella che il
vostro fiume personale, il contatore, vi può fornire.
È per questo che, per risparmiare sui costi della bolletta, e per essere anche più ecocompatibili,
conviene sostituire in casa propria le vecchie lampade a incandescenza con le più moderne lampade
Led: le lampade Led sono come mulini più piccoli che richiedono meno acqua per muoversi, ma
fanno lo stesso lavoro dei mulini grandi. E durano anche di più!
Un altro piccolo appunto sui consumi: in casa, tutto ciò che è connesso alla rete elettrica tramite le
prese della corrente consuma acqua. Questo perché le prese sono come piccole montagne a cui
appena attaccate qualcosa create il letto del fiume e inizia a scorrere l’acqua. La tv, quando è spenta,
è comunque alimentata. Per questo sarebbe meglio spegnerla dal suo interruttore generale dove
presente, per essere sicuri di scollegarla dalla rete.

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Una spina infilata nella presa non significa necessariamente che scorra corrente. Infatti nelle prese multiple non c’è corrente, semplicemente dividete (attenzione: dividete, non moltiplicate!) la montagna presente nella presa a muro in tante piccole montagnette, ognuna delle quali può fornire una quantità limitata di corrente in funzione di
quanti apparecchi sono connessi alla presa multipla. Se voi avete una presa multipla e collegate
contemporaneamente un sacco di apparecchi tutti accesi, rischiate di rompere gli argini del fiume e
creare un corto circuito o peggio. Questo avviene perché è il mulino a chiedere la quantità di acqua
per funzionare, quindi se voi mettete tanti mulini e create tanti canali che richiedono tanta acqua per
funzionare, il fiume vi fornirà tutta quella che vi serve, ma poi strariperà.
Anche il computer quando è spento consuma corrente, o persino i caricatori dei vostri cellulari,
anche se il cellulare è scollegato. Questo avviene a causa dei trasformatori. Per questo dovete
sempre staccare le spine una volta finito di utilizzare un dato apparecchio elettronico, o comprare
una di quelle utili ciabatte sezionabili con l’interruttore per connettere almeno pc, monitor,
stampante e quant’alto. E’ stato calcolato che se tutti prendessimo questi piccoli accorgimenti, si
ridurrebbe enormemente l’impatto del consumo dell’energia elettrica sull’ambiente, e la quantità di
co2 emessa. Diventare “elettricamente responsabili” nel nostro piccolo, aiuterà tantissimo Gaia (La
Terra), e ricordatevi che il cambiamento parte sempre da noi.
Il cosiddetto e temutissimo cortocircuito avviene quando, per usura dovuta al collegamento di un
apparecchio che richiede più acqua di quanta il condotto possa sopportare, o per cause esterne,
colleghiamo insieme la cima della montagna (la fase, o il punto di potenziale positivo) con la valle
(il neutro, punto di potenziale zero): il fiume scorre tutto in una volta dall’alto verso il basso
istantaneamente e distrugge tutto ciò che incontra, come se si rompesse una diga. Se tutto va bene, il
filo che trasporta la corrente si interrompe subito e non succede nulla, se non un guasto
all’impianto. Altrimenti, il calore generato dal passaggio di tutta quell’energia così veloce, rischia di
dar fuoco a ciò che c’è di infiammabile nei dintorni, anche se coi moderni fili fuoco ritardanti
questo avviene meno di rado che in passato.
Spero di avere avviato un piccolo e interessante articolo sull’elettricità, e che queste conoscenze
possano esservi utili. Ci sarebbe ancora tantissimo da dire, vista la vastità dell’argomento, ma per il
momento queste nozioni base potrebbero essere sufficienti a soddisfare le vostre curiosità in merito.
Se avete domande inerenti l’argomento non esitate a chiedere, saranno utili anche per chi un giorno
le leggerà assieme alle risposte.

Saluti da

Giacomo S.

 

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4 Commenti

  1. Grazie per questo articolo, avrei voluto avere te come prof di fisica al liceo!!! È importante capire queste cose anche per la vita di tutti i giorni, soprattutto per la quotidianità in casa. Grazieee 🙂

  2. Una spiegazione molto interessante! È un tema molto sottovalutato che purtroppo a scuola ci rendono un inferno. Leggerlo da un altro punto di vista ti da la voglia di imparare sempre di più su questo e chissà, cosi può nascere una nuova passione o idea che può cambiare la vita di tutti 😉

  3. Articolo molto interessante e spiegato in maniera comprensibile anche verso profani dell’argomento come me! E si…consumare corrente in maniera intelligente è un bell’aiuto per Gaia 🙂

  4. Grazie delle tue spiegazione rese semplici, mi piacerebbe anche capire meglio il collegamento con l’elettromagnetismo e le onde elettromagnetiche.

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