Elettricista by Fiordaliso

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collana sussidi tecnici

€ 10,00

Roberto Ballarini

Elettricista

sussidi tecnici

La collana sussidi tecnici, pur se pensata per gli scout, può risultare utile anche ad un pubblico non scout di insegnanti ed animatori di gruppi. Indirizzata ad esploratori e guide, età 12/16 anni, può interessare anche i più grandi per la sua praticità e per la capacità di far scoprire o approfondire tutte quelle tecniche che accompagnano il cammino scout.

Elettricista

Lo scout e la guida sono abituati a vivere le loro avventure all’aria aperta, nell’essenzialità della Natura e può rivelarsi molto utile avere conoscenze sui principi dell’elettricità e sui vantaggi che la stessa può offrire in ogni occasione. Anche perché parte della vita scout si svolge al chiuso, nelle sedi, dove gli impianti elettrici con tutti i loro componenti sono, fortunatamente, molto diffusi. In queste pagine l’autore fornisce indicazioni molto utili a comprendere i fenomeni legati all’elettricità per imparare ad usarla al meglio e vi illustra realizzazioni pratiche che vi possono essere molto utili anche nella vita di ogni giorno.

edizioni scout agesci / fiordaliso

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Collana sussidi tecnici diretta da Giorgio Cusma Incaricata del Comitato editoriale: Laura Galimberti Prima edizione: giugno 2013

ISBN 978-88-8054-908-6

Progetto grafico e impaginazione: Maria Rosaria Adinolfi Copertina e aperture: Jean Claudio Vinci Redazione: Paola Turco Coordinamento editoriale: Maria Sole Migliari

Stampato su carta ecologica

ÂŠ Fiordaliso SocietĂ cooperativa Corso Vittorio Emanuele II, 337 00186 Roma www.fiordaliso.it

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edizioni scout agesci / fiordaliso

Roberto Ballarini

Elettricista illustrazioni di

Alberto Rizzi

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STRUTTURA DEI SUSSIDI TECNICI COSA E ? La tecnica che andiamo a presentare, a che serve, che storia ha, curiositĂ , aneddoti, la sua presenza nella tradizione. COME SI FA? Strumenti, materiali, teoria di base esposta con linguaggio immediato e comprensibile. IN PRATICA... Suggerimenti su realizzazioni, attivitĂ , progetti, giochi per imparare facendo.

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Indice Cosa e ? Chi è Tronny? Un po’ di storia La mucca mangia l’erba, l’uomo mangia l’energia Curiosità Effetti dell’elettricità sul mondo (inanimato e animato) Diventare elettricista... Momenti di spiritualità

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Come si fa? I circuiti elettrici Grandezze elettriche duali Le regole fondamentali dell’elettricità: la legge di Ohm, la potenza e l’energia Il kit di attrezzi che non devono mancare nell’astuccio dell’elettricista Lo strumento principe delle misurazioni elettriche: il tester Misure di tensione Misure di resistenza Misure di corrente Realizzazione del primo circuito elettrico L’illuminotecnica: una branca dell’elettricità Il fotovoltaico: energia rinnovabile gratuita e rispettosa dell’ambiente

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In pratica... Lâ&#x20AC;&#x2122;irresistibile ricerca dellâ&#x20AC;&#x2122;energia zero Energia chimica per accendere piccole luci La magica accensione del fuoco di bivacco Utilizzo di un piccolo pannello fotovoltaico per carica di batterie Realizzazione di una piccola pala eolica per carica di batterie Progetto di illuminazione con lampade a risparmio energetico Una bella impresa: la realizzazione di una radio galena

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Cosa e ?

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CHI È TRONNY? iao a tutti, mi chiamo Tronny e sono un elettrone. Insieme al C nucleo, composto a sua volta dai protoni e dai neutroni, compongo l’atomo. Più atomi formano la materia. In antichità, ai tempi dei filosofi greci, si pensava che l’atomo fosse indivisibile: àtomos in greco antico, infatti, significa indivisibile. In verità, come vi ho detto prima, gli atomi sono più che divisibili, perché hanno un nucleo formato da protoni - particelle piccolissime che hanno carica positiva - e da neutroni, particelle prive di nucleo; attorno al nucleo, poi, orbito io, Tronny, che ho carica negativa. È per questo motivo che sono attratto dalla carica positiva dei protoni, ed è per questo motivo che mi allontano, fino a respingerlo, da un altro Tronny: cariche dello stesso segno, in natura, non si attraggono!

TRONNY

Per farvi capire un po’ come funziona il mio mondo, mi appello ad un grande studioso di fine Ottocento: Ernest Rutheford (1871-1937). Rutheford, infatti, diceva che un atomo, con il 8

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nucleo al centro e noi elettroni a muoverci tutto intorno, era un po’ come il sistema solare, con il Sole al centro e i pianeti che girano intorno, solo che noi Tronny siamo un po’ come delle trottole, i pianeti del sistema solare sono decisamente più tranquilli di noi! Siamo creature in eterno movimento, noi Tronny: giriamo, saltiamo, corriamo da un livello di energia ad un altro. Chi di noi ha poi la fortuna di nascere in un materiale conduttore Ernest Rutheford (di solito un metallo), ha una possibilità in più, perché oltre che gironzolare all’interno dell’immenso spazio del suo atomo, può “saltare” nello spazio degli atomi vicini, quando dall’esterno arriva una forza misteriosa (una sorta di vento forte) che si chiama differenza di potenziale elettrico. Più grande è questa forza, più noi ci muoviamo in fretta fra gli atomi generando un flusso ordinato, una “corrente” di elettroni, capace di accendere le luci o di far ruotare i motori. L’unità di misura della differenza di potenziale elettrico è il Volt (V) e l’effetto che produce quando è collegata ad un apparecchio – il flusso di elettroni – si chiama corrente elettrica e viene misurata in Ampere (A). UN PO’ DI STORIA

uindi, io faccio parte dell’atomo; più atomi costituiscono la mateQ ria. La carica della materia, di un corpo qualunque, è data dalla somma dei protoni e di noi elettroni (proprio perché i neutroni sono… neutri e non hanno carica!). Gli atomi che formano la materia hanno, solitamente, lo stesso numero di protoni e di elettroni, quindi possiamo dire che la materia, in condizioni normali, è neutra! Per verificare la carica elettrica di un corpo, dato che noi elettroni siamo infinitamente piccoli ed è impossibile vederci a occhio nudo, stessa cosa dicesi per i protoni, potete elettrizzarlo: strofinate, non so, una penna o una matita sopra il vostro maglione. In questo modo si ha un passaggio di elettroni da un corpo all’altro, dunque il primo si carica positivamente, il secondo negativamente. Anticamente i Greci – che non avevano ancora penne e matite – hanno effettuato questo semplice esperimento con un pezzo di ambra e con della pelliccia: l’ambra, su questa strofinata, riusciva ad 9

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attrarre piccoli oggetti! Ambra in greco antico si dice èlektron e da questo termine deriva quello di elettricità, introdotto nel 1600 dallo scienziato inglese William Gilbert (1540-1603). Nell’uso comune questo termine è impiegato oggi sia nell’accezione di energia elettrica sia per indicare complessivamente tutti i fenomeni di natura elettrica. Sappiamo dunque che la carica elettrica è una proprietà di alcune particelle di materia che costituiscono l’atomo e che fra le cariche si esercitano forze chiamate elettriche. E sappiamo anche che una corrente elettrica non è altro che un flusso di cariche attraverso un circuito elettrico, che vedremo più in là in questo libretto. Nel 1799 un fisico italiano, passato poi alla storia, inventa la pila elettrica: in questo modo ha consentito per la prima volta di ottenere un flusso continuo di cariche in un circuito, ovvero la cosiddetta corrente elettrica. Come si chiamava questo fisico? Sono sicuro che lo avete già capito… era Alessandro Volta (1745-1827). Tra lui e un altro grande studioso, Luigi Galvani (1737-1798) ha avuto luogo un acceso dibattito. Secondo Volta il vero motore di elettricità era il disequilibrio elettrico tra due metalli diversi posti a contatto – i cosiddetti conduttori, ma lo vedremo più avanti – e non un fluido elettrico caratteristico degli animali, come sosteneva Galvani... Gli esperimenti e gli strumenti di Galvani e Volta hanno comunque avuto enorme successo e hanno modificato gli sviluppi della scienza.

William Gilbert

Alessandro Volta

Luigi Galvani

LA MUCCA MANGIA L’ERBA, L’UOMO MANGIA L’ENERGIA l giorno d’oggi tutto ciò che ruota attorno alle attività delA l’uomo sfrutta e consuma energia, buona parte della quale energia elettrica. Se proviamo a pensare dalla mattina quando ci

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svegliamo e prepariamo la colazione, fino alla sera quando, con l’interruttore che spegne la luce della nostra camera, decretiamo la fine della giornata, quasi tutte le azioni che compiamo utilizzano energia, sotto forma, per esempio, di movimento o calore (energia cinetica o termica). Se un giorno vi ritroverete a Manchester, in Inghilterra, vedrete molte statue dedicate ad un illustre scienziato, tale James Prescott Joule (1818-1889) (in italiano si pronuncia “giaul”), che per primo ha scoperto, con semplici esperimenti e meticolose raccolte dei dati risultanti, che l’energia si conserva all’infinito trasformandosi in continuazione da una forma all’altra. Più avanti nel tempo i suoi studi sono stati ripresi ed approfondiJames Prescott Joule ti fino ad enunciare la famosissima legge di conservazione dell’energia (quel famoso detto “nulla si crea e nulla si distrugge, ma tutto si trasforma”). In suo onore l’unità di misura dell’energia è proprio il Joule (J). In altre parole potremmo quasi dire che la quantità di energia primordiale che è stata necessaria per dare l’avvio, 13,7 miliardi di anni fa all’universo, sarà sempre la stessa che si ritroveranno i nostri amici che assisteranno alla sua fine fra... qualio mi nutro che altro miliardo di anni! di energia A partire dalla seconda rivoluzione industriale elettrica! (1870 circa), l’uomo ha capito che la migliore forma di energia era quella elettrica per versatilità, comodità nella produzione, nel trasporto anche a grandi distanze e facilità di trasformazione in altre forme utilizzabili dalle macchine industriali (energia meccanica di movimento). Oggi, quasi 150 anni dopo, siamo elettricità-dipendenti e praticamente tutti gli apparecchi di cui ci serviamo sono “energivori”, si cibano cioè di energia elettrica, così 11

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come le mucche nei pascoli di montagna si cibano di erba per vivere. Al giorno d’oggi, dunque, ancor di più, la scelta di attrezzature efficienti e a basso consumo, unita alla riduzione degli sprechi, diventano fondamentali per il risparmio energetico. CURIOSITÀ vero ciò che ci ha raccontato Tronny: le cariche elettriche sono E’ esserini infinitamente piccoli, per noi è difficile comprendere il funzionamento del loro mondo se non riusciamo a vederlo. In realtà

però qualcosa possiamo fare: possiamo osservare il loro comportamento e affermare quindi che sono presenti, B anche se i nostri occhi non sono capaci di vedere nulla. Prendiamo un vasetto di vetro, ritagliamo un pezzo di cartone circolare piuttosto spesso, appoggiamolo sul vasetto al posto del coperchio e foriamolo al centro, per inserire un pezzo di fil di ferro abbastanza grosso e lungo da rimanere sospeso (vedere figura). Fissate il fil di ferro al centro del cartone, piegate a “L” l’estremità dentro al vasetto e applicate una piccola pallina di carta stagnola all’altra; sull’estremità piegata a “L” inserite due piccole strisce di carta stagnola precedentemente forate con uno spillo (vedere figura). Ora prendete un palloncino, gonfiatelo, strofinatelo sul maglione, 12

avvicinatevi lentamente alla pallina di carta stagnola e voilà: i due lembi della carta stagnola si aprono come se fossero le ali di un rapace mentre vola. Avete realizzato il vostro primo elettroscopio: avete cioè osservato la presenza di cariche (tra cui anche il nostro Tronny), grazie alla strisciolina di carta stagnola che si muove. In altre parole, la materia dal punto di vista dell’elettricità è divisa in materiali isolanti e materiali conduttori: la plastica del palloncino è un isolante, pertanto lo strofinio accumula le cariche di una certa polarità tutte in un punto (per esempio gli elettroni) e da lì non si muovono. Per reazione, avvicinando il palloncino alla sfera metallica, tutte le cariche dello stesso tipo, cioè gli elettroni del sistema pallina-fil di ferro-striscette (che invece si trovano in materiali conduttori, quindi liberi di muoversi) cercheranno di andare il più lontano possibile da quel punto, si distribuiranno cioè uniformemente sulle striscette di carta stagnola le quali, diventando cariche della stessa polarità, tenderanno a respingersi, ed ecco spiegato il motivo per cui le vedete allontanarsi. Ma quante saranno all’incirca le cariche trasferite? Un calcolo complicato lo potrebbe senz’altro stabilire, ma noi ci fermiamo ad un’analisi qualitativa: all’incirca un miliardo. Come? Un miliardo di Tronny! Ma quant’è un miliardo, tanto o poco? Per stabilirlo vi invito a fare un altro esperimento, imparato da un professore a scuola. Prendete il vostro fidanzato/fidanzata e dategli/le un bacetto affettuoso ogni giorno della vostra vita. Se in un anno ci sono 365 giorni e voi vivrete 100 anni, alla fine della vostra vita avrete dispensato 365*100=36.500 bacetti. Beh, per arrivare a un miliardo di bacetti ci vorrebbero circa 27.397 vite oppure 27.397 fidanzati/e in contemporanea da sbaciucchiare!

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