Elettricità: cos'è, tipi, produzione e applicazioni

Ci sono due tipi di cariche elettriche che spingono e tirano l'una sull'altra: le cariche positive e le cariche negative. Le cariche elettriche si spingono o tirano l'una sull'altra se non si toccano. Questo è possibile perché ogni carica crea un campo elettrico intorno a sé. Un campo elettrico è un'area che circonda una carica. In ogni punto vicino ad una carica, il campo elettrico punta in una certa direzione. Se una carica positiva viene posta in quel punto, sarà spinta in quella direzione. Se una carica negativa è posta in quel punto, sarà spinta nella direzione esattamente opposta.

Funziona come un magnete, e infatti l'elettricità crea un campo magnetico, in cui cariche simili si respingono l'una con l'altra e cariche opposte si attraggono. Ciò significa che se si avvicinano due negativi e li si lascia andare, si allontanano. Lo stesso vale per due cariche positive. Ma se si mettono una carica positiva e una negativa vicine tra loro, si allontanano l'una dall'altra. Un modo breve per ricordarlo è la frase "gli opposti si attraggono e si respingono".

Tutta la materia dell'universo è costituita da minuscole particelle con cariche positive, negative o neutre. Le cariche positive sono chiamate protoni, e le cariche negative sono chiamate elettroni. I protoni sono molto più pesanti degli elettroni, ma hanno entrambi la stessa quantità di carica elettrica, tranne che i protoni sono positivi e gli elettroni sono negativi. Poiché gli "opposti si attraggono", protoni ed elettroni si attaccano insieme. Alcuni protoni ed elettroni possono formare particelle più grandi chiamate atomi e molecole. Gli atomi e le molecole sono ancora molto piccoli. Sono troppo piccoli per essere visti. Qualsiasi oggetto grande, come il dito, ha più atomi e molecole di quanti se ne possano contare. Possiamo solo stimare quanti sono.

Poiché gli elettroni negativi e i protoni positivi si uniscono per creare grandi oggetti, tutti i grandi oggetti che possiamo vedere e sentire sono elettricamente neutri. Elettricamente è una parola che significa "descrivere l'elettricità", e neutro è una parola che significa "equilibrato". Per questo motivo non sentiamo gli oggetti che ci spingono e ci tirano a distanza, come farebbero se tutto fosse elettricamente carico. Tutti i grandi oggetti sono elettricamente neutri perché c'è la stessa quantità di carica positiva e negativa nel mondo. Potremmo dire che il mondo è esattamente equilibrato, o neutro. Gli scienziati non sanno ancora perché sia così.

Gli elettroni possono muoversi intorno al materiale. Le protoni non si muovono mai intorno ad un oggetto solido perché sono così pesanti, almeno rispetto agli elettroni. Un materiale che permette agli elettroni di muoversi è chiamato conduttore. Un materiale che tiene saldamente in posizione ogni elettrone è chiamato isolante. Esempi di conduttori sono rame, alluminio, argento e oro. Esempi di isolatori sono la gomma, la plastica e il legno. Il rame è usato molto spesso come conduttore perché è un ottimo conduttore e ce n'è così tanto nel mondo. Il rame si trova nei cavi elettrici. Ma a volte si usano anche altri materiali.

All'interno di un conduttore, gli elettroni rimbalzano, ma non continuano ad andare in una direzione a lungo. Se all'interno del conduttore si crea un campo elettrico, gli elettroni iniziano tutti a muoversi nella direzione opposta a quella di puntamento del campo (perché gli elettroni sono caricati negativamente). Una batteria può creare un campo elettrico all'interno di un conduttore. Se entrambe le estremità di un conduttore sono collegate alle due estremità di una batteria (chiamate elettrodi), il circuito che è stato realizzato si chiama circuito elettrico. Gli elettroni fluiranno intorno e attorno al circuito finché la batteria creerà un campo elettrico all'interno del filo. Questo flusso di elettroni intorno al circuito è chiamato corrente elettrica.

Un filo conduttore utilizzato per trasportare la corrente elettrica è spesso avvolto in un isolante come la gomma. Questo perché i fili che trasportano la corrente sono molto pericolosi. Se una persona o un animale toccasse un filo nudo che trasporta corrente, potrebbe farsi male o addirittura morire a seconda di quanto sia forte la corrente e di quanta energia elettrica trasmetta. Si dovrebbe fare attenzione intorno alle prese elettriche e ai fili nudi che potrebbero trasportare corrente.

È possibile collegare un dispositivo elettrico ad un circuito in modo che la corrente elettrica fluisca attraverso un dispositivo. Questa corrente trasmetterà energia elettrica per far fare al dispositivo qualcosa che noi vogliamo che faccia. I dispositivi elettrici possono essere molto semplici. Per esempio, in una lampadina, la corrente trasporta energia attraverso un filo speciale chiamato filamento, che la fa brillare. Anche i dispositivi elettrici possono essere molto complicati. L'energia elettrica può essere usata per azionare un motore elettrico all'interno di uno strumento come un trapano o un temperamatite. L'energia elettrica è anche usata per alimentare i moderni dispositivi elettronici, compresi telefoni, computer e televisori.

Alcuni termini relativi all'elettricità

Ecco alcuni termini che una persona può incontrare quando studia come funziona l'elettricità. Lo studio dell'elettricità e di come rende possibili i circuiti elettrici si chiama elettronica. C'è un campo dell'ingegneria chiamato ingegneria elettrica, dove le persone escogitano nuove cose usando l'elettricità. Tutti questi termini sono importanti per loro.

• La corrente è la quantità di carica elettrica che scorre. Quando 1 coulomb di elettricità passa da qualche parte in 1 secondo, la corrente è di 1 ampere. Per misurare la corrente in un punto, si usa un amperometro.

• La tensione, detta anche "differenza di potenziale", è la "spinta" dietro la corrente. È la quantità di lavoro per carica elettrica che una sorgente elettrica può fare. Quando 1 coulomb di elettricità ha 1 joule di energia, avrà 1 volt di potenziale elettrico. Per misurare la tensione tra due punti, si usa un voltmetro.

• La resistenza è la capacità di una sostanza di "rallentare" il flusso della corrente, cioè di ridurre la velocità con cui la carica scorre attraverso la sostanza. Se una tensione elettrica di 1 volt mantiene una corrente di 1 ampere attraverso un filo, la resistenza del filo è di 1 ohm - questa è chiamata legge di Ohm. Quando il flusso di corrente si oppone, l'energia viene "consumata", il che significa che viene convertita in altre forme (come la luce, il calore, il suono o il movimento)

• L'energia elettrica è la capacità di lavorare con dispositivi elettrici. L'energia elettrica è una proprietà "conservata", cioè si comporta come una sostanza e può essere spostata da un luogo all'altro (per esempio, lungo un mezzo di trasmissione o in una batteria). L'energia elettrica si misura in joule o kilowattora (kWh).

• L'energia elettrica è la velocità con cui l'energia elettrica viene utilizzata, immagazzinata o trasferita. Il flusso di energia elettrica lungo le linee elettriche si misura in watt. Se l'energia elettrica viene convertita in un'altra forma di energia, viene misurata in watt. Se una parte di essa viene convertita e una parte immagazzinata, viene misurata in volt-ampere, o se viene immagazzinata (come nei campi elettrici o magnetici), viene misurata in volt-ampere reattivo.

L'energia elettrica viene generata per lo più in luoghi chiamati centrali elettriche. La maggior parte delle centrali elettriche usano il calore per far bollire l'acqua in vapore che trasforma un motore a vapore. La turbina del motore a vapore trasforma una macchina chiamata "generatore". I fili avvolti all'interno del generatore sono fatti girare in un campo magnetico. Questo fa sì che l'elettricità fluisca attraverso i fili, trasportando energia elettrica. Questo processo è chiamato induzione elettromagnetica. Michael Faraday ha scoperto come fare questo.

Ci sono molte fonti di calore che possono essere utilizzate per generare energia elettrica. Le fonti di calore possono essere classificate in due tipi: le risorse energetiche rinnovabili in cui la fornitura di energia termica non si esaurisce mai e le risorse energetiche non rinnovabili in cui la fornitura sarà alla fine esaurita.

A volte un flusso naturale, come l'energia eolica o l'energia idrica, può essere utilizzato direttamente per far girare un generatore in modo che non sia necessario il calore.