Fatti sull’elettricità per i bambini

L’elettricità è la presenza e il flusso di carica elettrica. Usando l’elettricità possiamo trasferire energia in modi che ci permettono di fare semplici lavori. La sua forma più conosciuta è il flusso di elettroni attraverso conduttori come i fili di rame.

La parola “elettricità” è talvolta usata per significare “energia elettrica”. Non sono la stessa cosa: l’elettricità è un mezzo di trasmissione dell’energia elettrica, come l’acqua del mare è un mezzo di trasmissione dell’energia delle onde. Un oggetto che permette all’elettricità di muoversi attraverso di esso è chiamato conduttore. I fili di rame e altri oggetti metallici sono buoni conduttori, permettendo all’elettricità di muoversi attraverso di loro e di trasmettere energia elettrica. La plastica è un cattivo conduttore (chiamato anche isolante) e non permette a molta elettricità di muoversi attraverso di essa, quindi fermerà la trasmissione di energia elettrica.

La trasmissione di energia elettrica può avvenire naturalmente (come un fulmine), o essere fatta da persone (come in un generatore). Può essere usata per alimentare macchine e dispositivi elettrici. Quando le cariche elettriche non sono in movimento, l’elettricità è chiamata elettricità statica. Quando le cariche sono in movimento sono una corrente elettrica, a volte chiamata “elettricità dinamica”. Il fulmine è il tipo più noto – e pericoloso – di corrente elettrica in natura, ma a volte l’elettricità statica fa sì che le cose si attacchino insieme anche in natura.

L’elettricità può essere pericolosa, specialmente intorno all’acqua perché l’acqua è una forma di buon conduttore in quanto contiene impurità come il sale. Il sale può aiutare l’elettricità a fluire. Dal diciannovesimo secolo, l’elettricità è stata usata in ogni parte della nostra vita. Fino ad allora, era solo una curiosità vista nei lampi di un temporale.

L’energia elettrica può essere creata se un magnete passa vicino ad un filo metallico. Questo è il metodo usato da un generatore. I generatori più grandi si trovano nelle centrali elettriche. L’energia elettrica può anche essere rilasciata combinando sostanze chimiche in un barattolo con due diversi tipi di barre di metallo. Questo è il metodo usato in una batteria. L’elettricità statica può essere creata attraverso la frizione tra due materiali – per esempio un tappo di lana e un righello di plastica. Questo può creare una scintilla. L’energia elettrica può anche essere creata usando l’energia del sole, come nelle celle fotovoltaiche.

L’energia elettrica arriva alle case attraverso i fili dai luoghi dove viene prodotta. Viene utilizzata da lampade elettriche, riscaldatori elettrici, ecc. Molti elettrodomestici come le lavatrici e i fornelli elettrici usano l’elettricità. Nelle fabbriche, l’energia elettrica alimenta le macchine. Le persone che hanno a che fare con l’elettricità e i dispositivi elettrici nelle nostre case e nelle fabbriche sono chiamate “elettricisti”.

Come funziona

Ci sono due tipi di cariche elettriche che si spingono e si tirano a vicenda: cariche positive e 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 messa in quel punto, sarà spinta in quella direzione. Se una carica negativa viene messa in quel punto, sarà spinta esattamente nella direzione opposta.

Funziona come i magneti, e infatti l’elettricità crea un campo magnetico, in cui cariche simili si respingono e cariche opposte si attraggono. Questo significa che se si mettono due negativi vicini e li si lascia andare, si allontanerebbero. Lo stesso vale per due cariche positive. Ma se mettete una carica positiva e una negativa vicine, si tirerebbero l’una verso l’altra. Un modo breve per ricordare questo è la frase gli opposti si attraggono e si respingono.

Tutta la materia nell’universo è fatta di piccole 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 entrambi hanno 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 stanno 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 tuo dito, contiene più atomi e molecole di quante se ne possano contare. Possiamo solo stimare quanti sono.

Perché gli elettroni negativi e i protoni positivi si attaccano insieme per fare 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”. Ecco perché non sentiamo gli oggetti che spingono e tirano su di noi 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 bilanciato, o neutrale. Gli scienziati non sanno ancora perché sia così.

Corrente elettrica

Gli elettroni possono muoversi intorno al materiale. I protoni non si muovono mai intorno ad un oggetto solido perché sono molto pesanti, almeno rispetto agli elettroni. Un materiale che lascia muovere gli elettroni è chiamato conduttore. Un materiale che mantiene ogni elettrone strettamente al suo posto è chiamato isolante. Esempi di conduttori sono rame, alluminio, argento e oro. Esempi di isolanti 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 tanto nel mondo. Il rame si trova nei fili elettrici. Ma a volte si usano altri materiali.

All’interno di un conduttore, gli elettroni rimbalzano, ma non continuano ad andare in una direzione per molto tempo. Se si crea un campo elettrico all’interno del conduttore, gli elettroni cominceranno a muoversi tutti nella direzione opposta a quella in cui punta il campo (perché gli elettroni sono carichi negativamente). Una batteria può creare un campo elettrico all’interno di un conduttore. Se le due estremità di un pezzo di filo sono collegate alle due estremità di una batteria (chiamate elettrodi), il circuito che si è creato è chiamato circuito elettrico. Gli elettroni scorreranno intorno al circuito finché la batteria crea un campo elettrico all’interno del filo. Questo flusso di elettroni intorno al circuito è chiamato corrente elettrica.

Un filo conduttore usato per trasportare corrente elettrica è spesso avvolto in un isolante come la gomma. Questo perché i fili che trasportano 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 è forte la corrente e quanta energia elettrica sta trasmettendo. Dovresti stare attento alle prese elettriche e ai fili scoperti che potrebbero trasportare corrente.

È possibile collegare un dispositivo elettrico a un circuito in modo che la corrente elettrica scorra attraverso un dispositivo. Questa corrente trasmetterà energia elettrica per far fare al dispositivo qualcosa che 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. I dispositivi elettrici possono anche 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.

Qui ci sono alcuni termini che una persona può incontrare quando studia come funziona l’elettricità. Lo studio dell’elettricità e di come essa rende possibili i circuiti elettrici è chiamato elettronica. C’è un campo dell’ingegneria chiamato ingegneria elettrica, dove le persone inventano nuove cose usando l’elettricità. Tutti questi termini sono importanti da conoscere.

• 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 1 ampere. Per misurare la corrente in un punto, usiamo un amperometro.

• La tensione, chiamata anche “differenza di potenziale”, è la “spinta” dietro la corrente. È la quantità di lavoro per carica elettrica che una fonte 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, usiamo 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 luce, calore, suono o movimento)

• L’energia elettrica è la capacità di fare lavoro per mezzo di dispositivi elettrici. L’energia elettrica è una proprietà “conservata”, nel senso che si comporta come una sostanza e può essere spostata da un posto all’altro (per esempio, lungo un mezzo di trasmissione o in una batteria). L’energia elettrica si misura in joule o kilowattora (kWh).

• La potenza elettrica è il tasso al quale l’energia elettrica viene usata, 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, si misura in watt. Se una parte viene convertita e una parte viene immagazzinata, si misura in volt-ampere, o se viene immagazzinata (come nei campi elettrici o magnetici), si misura in volt-ampere reattivi.

Generazione di energia elettrica

L’energia elettrica viene per lo più generata in luoghi chiamati centrali elettriche. La maggior parte delle centrali usano il calore per far bollire l’acqua in vapore che fa girare un motore a vapore. La turbina del motore a vapore fa girare una macchina chiamata “generatore”. I fili a spirale all’interno del generatore sono fatti girare in un campo magnetico. Questo fa sì che l’elettricità scorra 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: risorse energetiche rinnovabili in cui la fornitura di energia termica non si esaurisce mai e risorse energetiche non rinnovabili in cui la fornitura alla fine si esaurisce.

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.

Immagini per bambini

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  Thales, il primo ricercatore conosciuto sull’elettricità

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  Benjamin Franklin condusse ampie ricerche sull’elettricità nel XVIII secolo, come documentato da Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, con il quale Franklin intrattenne una lunga corrispondenza.

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  Le scoperte di Michael Faraday formarono la base della tecnologia dei motori elettrici

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  Carica su un elettroscopio a foglie d’orofa sì che le foglie si respingano visibilmente a vicenda

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  Un arco elettrico fornisce una dimostrazione energetica della corrente elettrica

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  Linee di campo che emanano da una carica positiva sopra un conduttore piano

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  Una coppia di pile AA. Il segno + indica la polarità della differenza di potenziale tra i terminali della batteria.

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  Il campo magnetico circonda una corrente

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  Il motore elettrico sfrutta un importante effetto dell’elettromagnetismo: una corrente attraverso un campo magnetico sperimenta una forza perpendicolare sia al campo che alla corrente

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  Il fisico italiano Alessandro Volta mostrando la sua “batteria” all’imperatore francese Napoleone Bonaparte all’inizio del XIX secolo.

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  Un circuito elettrico di base. La sorgente di tensione V sulla sinistra guida una corrente I nel circuito, fornendo energia elettrica al resistore R. Dal resistore, la corrente ritorna alla sorgente, completando il circuito.

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  Componenti elettronici a montaggio superficiale

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  L’alternatore degli inizi del XX secolo prodotto a Budapest, Ungheria, nella sala di produzione di energia di una centrale idroelettrica (fotografia di Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

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  L’energia eolica è di crescente importanza in molti paesi

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  L’anguilla elettrica, Electrophorus electricus