Einstein - Tecnologia by Gruppo Editoriale Raffaello

Francesco Furci - Elisabetta Pozzi

Einstein

Alla scoperta della Tecnologia

Tecnologia

Scuola secondaria di primo grado

Redazione: Luca Brecciaroli, SEI Servizi Consulenza didattica: Vincenzo Bondanese, Giulio Donatiello Gli autori ringraziano per la collaborazione la dott.ssa Angela Maggioni e il dott. Andrea Furci Progetto grafico: Mauro Aquilanti, SEI Servizi Impaginazione: SEI Servizi Illustrazioni: SEI Servizi Copertina: Mauro Aquilanti Ricerca iconografica: SEI Servizi Referenze fotografiche: Dreamstime, Fotolia, iStockphoto, SEI Servizi Multimediale: Paolo Giuliani, SEI Servizi Stampa: Gruppo Editoriale Raffaello

Il Gruppo Editoriale Raffaello mette a disposizione i propri libri di testo in formato digitale per gli studenti ipovedenti, non vedenti o con disturbi specifici di apprendimento. L’attenzione e la cura necessarie per la realizzazione di un libro spesso non sono sufficienti a evitare completamente la presenza di sviste o di piccole imprecisioni. Invitiamo pertanto il lettore a segnalare le eventuali inesattezze riscontrate. Ci saranno utili per le future ristampe.

Tutti i diritti sono riservati.

È vietata la riproduzione dell’opera o di parti di essa con qualsiasi mezzo, compresa stampa, fotocopie, microfilm e memorizzazione elettronica se non espressamente autorizzate dall’Editore. Nel rispetto delle normative vigenti, le immagini che rappresentano marchi o prodotti commerciali hanno esclusivamente valenza didattica. L’Editore è a disposizione degli aventi diritto con i quali non è stato possibile comunicare, nonché per eventuali omissioni o inesattezze nella citazione delle fonti.

Ristampa: 6 5 4 3 2 1 2020 2019 2018 2017 2016 2015

PRESENTAZIONE

Com'è fatto il libro Einstein - Alla scoperta della Tecnologia è realizzato in conformità alle nuove Indicazioni nazionali ed è un corso misto che presenta una strettissima integrazione tra gli elementi tradizionali di un libro di testo e i nuovi strumenti digitali e multimediali, che insieme costituiscono un progetto completo, accessibile e ricco di materiale in continuo aggiornamento a disposizione degli studenti e dei docenti. Il presente volume Tecnologia spiega e approfondisce gli interventi e le trasformazioni che l’uomo opera nell’ambiente per soddisfare i propri bisogni (materiali, agricoltura, territorio, energia, macchine, mezzi di trasporto e di comunicazione ecc.). In allegato il volume Competenze tecnologiche offre una diversa modalità di verifica trasversale delle competenze in ambito tecnologico, nonché la possibilità di un ulteriore allenamento per la Prova Nazionale, grazie alla predisposizione di prove simili a quelle realizzate dall’INVALSI. Obiettivi specifici dell’Area: raggruppa gli obiettivi che raggiungerai dopo lo studio dell’intera Area.

Area: si apre con una doppia pagina introduttiva in cui trovi il titolo delle Unità contenute nell’Area e un indice fotografico.

AREA

Obiettivi di apprendimento e Traguardi per lo sviluppo delle competenze: sono un estratto delle Indicazioni nazionali e specificano gli obiettivi e i traguardi che dovrai raggiungere dopo aver studiato l’Area.

Abitare il territorio

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere le caratteristiche dei

Eseguire misurazioni e rilievi grafi-

L’alunno riconosce nell’ambiente

fattori di rischio ambientale.

ci o fotografici sull’ambiente scolastico o sulla propria abitazione. Leggere e interpretare semplici disegni tecnici ricavandone informazioni qualitative e quantitative. Valutare le conseguenze di scelte e decisioni relative a situazioni problematiche.

Comprendere l’impatto delle costruzioni sul territorio e la necessità della pianificazione territoriale. Riconoscere le reti di impianti urbani e domestici. Conoscere le fasi di lavoro per costruire un edificio e l’importanza dell’architettura ecosostenibile.

che lo circonda i principali sistemi tecnologici […]

È in grado di ipotizzare le possibili conseguenze di una decisione o di una scelta di tipo tecnologico […]

Conosce e utilizza oggetti, strumenti e macchine di uso comune […]

Progetta e realizza rappresentazioni grafiche o infografiche […]

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2 VIDEO Struttura a telaio di un edificio AUDIO + VIDEO In breve U1-U2 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 65-69-71 Esercizi U1-U2 Verifica di Area

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Protezione Civile e rischi ambientali Lez. 66 Perché la casa? Lez. 67 Abitare secondo il feng-shui Lez. 72 Inquinamento acustico Lez. 73 VIDEO Trasporto dell’energia elettrica Lez. 65 Rifiuti: il termovalorizzatore Lez. 65 Edilizia: le strutture portanti Lez. 68 Impianto idrico-sanitario Lez. 70 Impianto del gas e di riscaldamento Lez. 70 Impianto elettrico Lez. 70

E 1 TERRITORIO SPAZIO URBANO

2 COSTRUZIONE E ABITAZIONE

19 a.C. Viene costruito il ponte del Gard nel Sud della Francia, per servire un acquedotto alla città di Nemausus, oggi chiamata Nîmes. Alto 49 metri e lungo 275, l’acquedotto è stato in attività per circa 500 anni. Dal 1985 è considerato Patrimonio dell’umanità UNESCO.

1200

IV-V secolo d.C. La capriata in legno probabilmente viene introdotta dai Romani tra il IV e il V secolo d.C., quando per la copertura delle basiliche cristiane si diffonde l’uso della copertura a falde.

XVII secolo La scienza delle costruzioni nasce in Italia nella prima metà del XVII secolo, a seguito delle ricerche di Galileo Galilei sulla resistenza dei materiali a flessione, trazione e compressione, cioè le principali sollecitazioni che agiscono sugli elementi costruttivi.

1400

1600

1593 I veneziani costruiscono la città di Palmanova, una città fortezza. È chiamata città stellata per via della sua pianta poligonale a stella con nove punte. Palmanova, in provincia di Udine, nel 1960 viene dichiarata monumento nazionale.

196

1800

2000

1885 A Chicago viene costruito un edificio di 13 piani (l’Home Insurance Building) a cui fanno seguito, a Chicago e New York, altri edifici della stessa tipologia. A causa del loro sviluppo in altezza prendono appunto il nome di grattacieli.

197

Indice delle risorse digitali: comprende l’elenco del materiale digitale del M.I.O. BOOK e i contenuti digitali integrativi legati all’Area.

Linea del tempo: riporta in un percorso storico alcuni degli eventi più significativi legati agli argomenti trattati.

III

Presentazione

Unità: è introdotta da un’immagine che fa da sfondo al titolo.

AREA 6

Lezione: il volume è sviluppato in Lezioni, organizzate in due o quattro pagine affiancate. Il testo è suddiviso in brevi paragrafi con un linguaggio di facile comprensione, integrato con la terminologia specifica. All’interno delle Lezioni sono presenti box, rubriche, tabelle e schemi a blocchi, utili per chiarire o approfondire gli argomenti analizzati.

Risorse energetiche Risorse energetiche

Energie non rinnovabili

UNITÀ

PUNTI DI DOMANDA

2 Energie

non rinnovabili

Link Storia: è un punto di partenza da cui puoi cominciare ad analizzare la situazione attuale realizzando un collegamento tra passato e presente.

1. Come si è formato il carbone? 2. Quali sono i carboni fossili utilizzati dall’uomo? 3. Come avviene l’estrazione del carbone?

L'estrazione del carbone Le miniere a cielo aperto Se il giacimento di carbone si trova a una profondità inferiore ai 30 metri, viene praticata un’estrazione “a cielo aperto”. Dopo aver asportato il terreno di superficie, giganteschi escavatori asportano e frantumano gli strati di carbone e, a mano a mano che vengono estratti, la miniera si allarga finché la riserva non si esaurisce. Lo scavo produce quindi significative modifiche al territorio, dovute all’asportazione del terreno nella zona in cui si trova il giacimento.

LEZIONE

76. Carbone Torba

Molti secoli fa, alla fine del periodo carbonifero, i resti dei vegetali vennero sommersi dall’acqua delle paludi e ricoperti successivamente da strati di sedimenti. In presenza di alti livelli di temperatura e pressione e grazie all’azione di microrganismi anaerobici, hanno perso l’idrogeno e l’ossigeno arricchendosi di carbonio, diventando pertanto fossili. Il succedersi delle varie ere geologiche ha determinato il formarsi di vari tipi di carbone.

Partendo dal più giovane ricordiamo torba, lignite, litantrace e antracite. • Torba: di recente formazione, rappresenta il prodotto della decomposizione di alghe, muLignite schi e graminacee che si trovavano nelle paludi o nelle brughiere. I giacimenti di torba, chiamati torbiere, prendono il nome dalla loro origine: vi sono quindi torba di brughiera, palustre e di foresta. Ha un contenuto di carbonio inferiore al 60% e un potere calorifico compreso fra 3 000 e 4 000 Kcal/kg. La torba è impiegata nel settore florovivaistico; in passato era utiLitantrace lizzata per ricavare gas e carbone coke, mentre è scarsamente usata come combustibile. • Lignite: ha subìto un processo di decomposizione più lungo della torba. Il contenuto Antracite di carbonio è del 70% circa e il potere calorifico varia tra 4 000 e 6 000 Kcal/kg. Oltre a essere usata come combustibile, è un’ottima materia prima per ottenere carbone coke, gas, paraffina, catrame. • Litantrace: si estrae da giacimenti situati tra 400 e LINK ➜ STORIA 1 200 m di profondità. Di aspetto nero e legnoso, con la combustione produce molto fumo. Per il suo alto potere Il carbone coke k calorifico, tra 7 000 e 8 000 Kcal/kg, è il combustibile La fusione industriale dei minerali del ferro inizialmente più importante e il più usato nell’industria. Dalla litanavveniva con il semplice carbone fossile che, però, a causa di molte sue impurità, rendeva il ferro poco affidabile a trace si ottiene anche il coke metallurgico impiegato sopportare sforzi meccanici. A risolvere il problema riuscì negli altiforni. nel 1709 l’ingegner Coke attraverso un processo di distil• Antracite: la formazione geologica più antica fa dell’anlazione del carbone. Oggi si utilizza una tecnologia più tracite il carbone più pregiato ma meno diffuso. Ha un avanzata ma il principio è simile: il carbone naturale viene aspetto metallico, brucia lentamente, con scarsissime portato ad altissime temperature, liquefatto e, in assenza emissioni di fumo. Vista la scarsa reperibilità ha costi moldi aria, solidificato. Questo particolare carbone è la fonte to elevati. Ha un contenuto di carbonio pari al 90% circa di carbonio per le acciaierie e gli altiforni. e il potere calorifico è compreso fra 8 000 e 8 500 Kcal/kg.

In Europa le miniere a cielo aperto sono concentrate prevalentemente nei Paesi centro-settentrionali, come la regione tedesca della Ruhr.

Le miniere sotterranee Quando il carbone si trova a profondità più rilevanti, l’estrazione avviene in miniere sotterranee a tunnel. Dapprima si scavano due condotti verticali che raggiungono il giacimento, poi l’estrazione avviene in gallerie orizzontali. Il metodo sotterraneo non modifica l’ambiente, tuttavia espone i minatori a pericoli legati alla salute, in particolare alle vie respiratorie. Nel mondo i giacimenti più estesi si trovano in Cina, Stati Uniti, India e Australia.

› La miniera sotterranea Pozzo di ventilazione Il pozzo serve per fornire l’aria fresca nelle cavità della miniera. 1

Nelle miniere a cielo aperto si ricorre a grandissimi escavatori, dotati di ruote a tazze. Per comprendere le misure basta confrontare la dimensione della ruota con quella dei due minatori.

246

6 L’aria esce da un pozzo di aspirazione.

5 Il carbone estratto viene portato in superficie da montacarichi attraverso il pozzo di aspirazione. 4 Nastro trasportatore Porta il carbone frantumato in grandi contenitori.

Il pozzo di ventilazione è anche usato dai minatori per raggiungere, tramite montacarichi, il giacimento sotterraneo. 2

3 Una macchina dotata di una grossa ruota dentata frantuma il carbone.

247

Parole della Tecnologia: viene spiegato il significato dei termini tecnici di più difficile comprensione, evidenziati nel testo con il colore rosso.

Risorse digitali: sono icone che indicano la presenza di materiale digitale e ne precisano la tipologia.

UNITÀ 2

L’Italia attualmente importa il 90% del carbone utilizzato, perché il nostro Paese è geologicamente giovane e quindi non dispone di grossi giacimenti fossili. Tra tutti i combustibili fossili, il carbone è considerato il più inquinante, con 330 g circa di anidride carbonica emessa per ogni Kw/h di energia elettrica prodotta. La sua combustione determina l’emissione di biossido di azoto, responsabile delle piogge acide, anidride carbonica, che concorre all’effetto serra, e monossido di carbonio, che si sviluppa nei processi di combustione incompleti ed è velenoso per l’uomo. Tuttavia nel mondo più del 20% dell’energia elettrica viene prodotta in centrali che utilizzano il carbone come combustibile.

Punti di domanda: sono domande che hanno lo scopo di verificare se hai appreso i concetti principali affrontati nella Lezione. Immagini: per rendere i concetti più esplicativi sono presenti diverse immagini, corredate di didascalie che integrano i contenuti del testo.

Illustrazioni: sono corredate di brevi testi che progressivamente descrivono il processo oppure spiegano il funzionamento dei componenti principali.

Link: si tratta di approfondimenti che riguardano temi di carattere interdisciplinare.

Presentazione

Osserva e sperimenta. Immagina e progetta. Trasforma e produci: comprendono piccole proposte di lavoro per mettere in pratica ciò che hai studiato.

Energie non rinnovabili

Sostenibilità e riciclo: è un’intera Lezione, caratterizzata da uno sfondo di colore verde e dedicata alle tematiche ambientali, che spiega i vantaggi e i processi dell’attività di riciclo.

UNITÀ 2

ti a 80 °C per far evaporare l’acqua ancora presente nella sua composizione chimica. Successivamente viene immesso in uno speciale forno a una temperatura di 400 °C, per trasformare il suo stato fisico da liquido a gassoso.

Il greggio estratto dai pozzi che non viene trasportato con oleodotti viene messo in serbatoi di stoccaggio, prima di poter essere caricato sulle petroliere.

IMMAGINA E PROGETTA 1. Perché l’uso del petrolio e dei suoi derivati è così diffuso? 2. Come possiamo proteggere l’ambiente naturale dagli effetti negativi prodotti dallo sfruttamento del petrolio? Elenca i tuoi suggerimenti.

A questo punto viene introdotto in una torre di frazionamento, nella quale sale dal basso verso l’alto. Lungo il percorso una serie di ostacoli, a forma di piatti, rallenta il passaggio del vapore. A mano a mano che questo sale, all’interno della torre di frazionamento incontra zone a temperature sempre più basse, che lo fanno ricondensare nelle diverse frazioni liquide, secondo il rispettivo punto di ebollizione. Si avranno, quindi, tra 350 e 400 °C la formazione di oli combustibili, lubrificanti, paraffina e bitume; tra 250 e 350 °C il gasolio, usato come combustibile per motori Diesel e per il riscaldamento; segue, tra 150 e 250 °C, il kerosene, un combustibile usato per alimentare gli impianti di riscaldamento e come propellente per gli aerei. Procedendo sempre verso l’alto si raggiungono i 70-150 °C e si ottiene la nafta (o Virgin naphta), impiegata come combustibile per trazione e come materia prima per le industrie plastiche. Infine, tra 20 e 70 °C, si ottengono i carburanti per i motori. Al di sotto dei 20 °C rimane una frazione gassosa, che contiene anche l’etano e una miscela di butano e propano, compressa a forte pressione e conosciuta con il nome di GPL (gas propano liquido). Oltre alla distillazione frazionata, negli impianti di raffinazione avvengono altri processi di lavorazione. • Cracking: è un trattamento con cui i prodotti meno pregiati, formati da catene molecolari molto lunghe, vengono spezzati a una forte pressione e un’alta temperatura per ottenere benzina e gasolio. • Reforming catalitico: è un processo secondario di raffineria che si effettua per aumentare il numero di ottani delle benzine, in modo da migliorarne le caratteristiche antidetonanti e per eliminare lo zolfo.

CITTADINANZA ATTIVA

Cittadinanza attiva: fornisce consigli e suggerimenti per imparare a comportarti in maniera responsabile.

NUOVE TECNOLOGIE

Il petrolio e il suo impatto ambientale

Diminuire le emissioni di gas serra

Elencare tutti i prodotti che provengono dallo sfruttamento del petrolio è impossibile. Dobbiamo ricordare che la maggior parte dell’energia prodotta nel mondo deriva dal petrolio, utilizzato prevalentemente per produrre elettricità e carburanti. Bisogna riflettere attentamente sul fatto che il consumo di un combustibile fossile, in tutte le sue forme, causa gravi problemi ambientali, in particolare concorre ad aggravare l’effetto serra.

L’uso sempre maggiore di combustibili come carbone, petrolio e gas naturale, unito alla crescente domanda mondiale di energia, in particolare quella dei Paesi emergenti, ha fatto sì che la quantità di anidride carbonica (CO2) rilasciata nell’atmosfera sia in costante aumento. Negli Stati Uniti è nato il Carbon Sequestration Leadership Forum, un’iniziativa internazionale che promuove lo sviluppo di tecnologie per la cattura e lo stoccaggio dell’anidride carbonica, al fine di diminuire le emissioni di gas serra nell’atmosfera. Queste tecnologie, dette CCS (Carbon Capture and Storage), consentono di catturare l’anidride carbonica proveniente dalle emissioni industriali, comprimerla a 150 atmosfere, trasportarla con gasdotti e iniettarla nel sottosuolo in siti idonei per lo stoccaggio, come i giacimenti esauriti di petrolio e di gas.

251

Nuove tecnologie: tratta le tecnologie più attuali e innovative, già presenti o già sperimentate, con lo scopo di spingerti a riflettere sulla realtà; sono un approfondimento per stimolare la tua curiosità.

AREA 6

Risorse energetiche

Energie non rinnovabili

UNITÀ 2

LEZIONE

79. Energia nucleare L'uranio

Una centrale termica di medie dimensioni produce 50-100 Mw di energia bruciando migliaia di tonnellate di combustibile (carbone, petrolio, gas), mentre una centrale nucleare delle stesse dimensioni ne produce circa 1 000 Mw impiegando poche tonnellate di uranio.

PUNTI DI DOMANDA 1. Come si ottiene l’uranio combustibile? 2. Come avviene il funzionamento di una centrale nucleare? 3. Che cos’è una fissione nucleare? 4. Quali sono i vantaggi e gli svantaggi dell’uso del nucleare?

Neutrone

Nucleo di uranio 235 Scissione del nucleo e rilascio di energia

Emissione di neutroni

› La centrale nucleare Il funzionamento di una centrale nucleare di nuova generazione si basa su tre circuiti indipendenti che effettuano gli scambi termici.

L’uranio è un metallo che si estrae da minerali come la pechblenda ed è costituito per il 99,3% da uranio 238 e solo per lo 0,7% da uranio 235, quello che può essere usato nei reattori nucleari. L’estrazione dell’uranio dal suo minerale prevede la triturazione del materiale, seguita da diversi trattamenti con acidi per sciogliere i composti uranici. Si ottiene così un concentrato uranifero, che viene poi sottoposto a un ulteriore processo di arricchimento, che consiste nel far aumentare la percentuale di uranio 235 nella miscela di isotopi che compongono l’uranio naturale. Questa operazione può essere realizzata con una centrifuga. Dopo vari processi si ottiene, quindi, una polvere di uranio che viene compressa in pastiglie, le quali vengono inserite in tubi metallici lunghi circa 4 metri. I tubi, assemblati in gruppi, costituiranno il combustibile della centrale nucleare.

Uno scambiatore di calore cede il calore a un secondo circuito in cui scorre dell’acqua che, riscaldata, si trasforma in vapore.

Il liquido che circola nel circuito primario si riscalda a centinaia di gradi, ma rimane allo stato liquido perché si trova a forte pressione. 3

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L’uranio arricchito e impoverito Il processo di arricchimento necessario per far aumentare la percentuale di uranio 235 partendo dall’uranio naturale produce materiale di scarto, conosciuto come uranio impoverito. Esso contiene il 40% in meno di radioattività rispetto all’uranio naturale, possiede un’elevata densità e una notevole duttilità. Trova impiego soprattutto in campo militare per la realizzazione di proiettili ad altissima penetrazione. In campo civile è utilizzato, ad esempio, come zavorra o in apparecchiature speciali per aerei.

9 In un terzo circuito scorre l’acqua prelevata da un fiume o dal mare per raffreddare il condensatore.

1 Nel nocciolo del reattore sono presenti le barre del combustibile e l’acqua del circuito primario.

La centrale nucleare a fissione

La fissione è una reazione che avviene quando un neutrone colpisce un nucleo di uranio 235 spezzandolo in due atomi più leggeri e liberando altri neutroni. Questi neutroni sono in grado, a loro volta, di scindere altri nuclei. Si ha quindi una reazione a catena.

10 Flussi ascensionali d’aria fanno condensare l’acqua calda che circola nel terzo circuito, raffreddandola.

Il vapore viene inviato sulle pale di una turbina, mettendola in rotazione. 5

La centrale nucleare di nuova generazione è una struttura complessa, formata da un contenitore in cemento armato e acciaio dentro cui si trova il nocciolo, o core, il componente all’interno del quale vengono posti i tubi contenenti le pastiglie di uranio e dove avviene la fissione. Il controllo della fissione nel nocciolo avviene tramite barre in cadmio o boro, che sono degli efficaci assorbitori di neutroni. Esse costituiscono un dispositivo di sicurezza e, a seconda di quante ne vengono inserite nel reattore, rallentano o addirittura bloccano la reazione. Se non vi fossero questi sistemi di controllo, in alcuni casi la reazione potrebbe produrre un surriscaldamento talmente forte da causare lesioni alla struttura e in casi estremi la fusione del nocciolo, con conseguente emissione nell’ambiente di radiazioni dannose per gli esseri viventi. Il contenitore del reattore è depressurizzato per impedire la fuoriuscita di radioattività nell’ambiente in caso di piccoli malfunzionamenti. Il contenitore del reattore è progettato per resistere a forti scosse sismiche e a eventuali attacchi terroristici.

11 Dalle torri di raffreddamento esce vapore acqueo, lo stesso che è presente nelle nuvole.

6 La rotazione viene trasmessa all’alternatore con la conseguente produzione di energia elettrica.

Barre di controllo

8 Il vapore in uscita dalle turbine viene inviato a un condensatore per raffreddarsi. L’acqua viene reimmessa in circolo.

7 La tensione in uscita dagli alternatori viene innalzata con trasformatori a migliaia di volt e viene immessa in linee ad alta tensione.

Le scorie radioattive Le scorie nucleari sono costituite dalle barre di combustibile esaurito. Il trattamento di questi rifiuti è estremamente complesso e la loro trasformazione in sostanze innocue non è oggi tecnicamente possibile. L’unica soluzione è quella dell’immagazzinamento in zone molto profonde e geologicamente stabili all’interno di appositi contenitori. Tutti gli Stati ricorrono al momento a dei siti provvisori sperando di trovare una sistemazione più sicura. In Italia, dopo che il referendum del 1987 ha bloccato le centrali esistenti e la costruzione di nuovi impianti, le scorie prodotte fino ad allora e quelle provenienti da impieghi industriali e dal settore ospedaliero vengono stoccate in prossimità delle centrali nucleari dismesse.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Le scorie nucleari, sia quelle prodotte nelle centrali sia quelle industriali, sono suddivise in tre categorie a seconda del tempo necessario perché la loro radioattività diminuisca fino a non essere più pericolosa. Per i rifiuti di I e II categoria (vestiti, guanti, rifiuti ospedalieri) i tempi vanno da 30 a 300 anni, mentre per la III categoria servono non meno di 250 mila anni.

I vantaggi • La centrale nucleare non immette nell’atmosfera anidride carbonica, responsabile dei gas serra. • Una singola centrale produce continuamente grandi quantità di energia elettrica, al contrario delle fonti rinnovabili. • L’uranio, usato per produrre l’energia nucleare, si trova in Paesi politicamente stabili. • La produzione dell’energia nucleare ha costi minori rispetto a quella prodotta con fonti rinnovabili. • Sono allo studio centrali nucleari alimentate con altri combustibili, come il torio, e nuove tecnologie per realizzare la fusione nucleare in modo vantaggioso dal punto di vista energetico.

Le problematiche • In caso di incidente la fuoriuscita di radiazioni può avere effetti letali sulla popolazione e sull’ambiente. • Le scorie sono un serio problema: non vengono smaltite, ma semplicemente depositate nel sottosuolo per centinaia di migliaia di anni. • La centrale nucleare necessita di un impianto di raffreddamento come le altre centrali termiche. • L’uranio non è una fonte rinnovabile, pertanto i minerali si esauriranno. • Costruire un impianto nucleare è inizialmente costoso e richiede diversi anni. • Lo smantellamento di un impianto al termine del ciclo di vita è costosissimo.

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Box: contengono approfondimenti ai contenuti principali.

Tecnologie sostenibili: affronta i temi legati all’ambiente, all’ecologia, alla sostenibilità o al riciclaggio, analizzando la realtà con spirito critico in modo da farti sviluppare una maggiore consapevolezza circa le problematiche attuali.

Presentazione IN BREVE

Conoscenze

Energia idroelettrica

LEZION E 81

La centrale idroelettrica è un impianto che sfrutta il movimento naturale dell’acqua per produrre energia elettrica. Nella centrale a bacino l’acqua contenuta nel bacino naturale o artificiale, posto a centinaia di metri più in alto rispetto alla centrale, viene convogliata con una serie di tubi, chiamati condotte forzate, sulle pale di una turbina (Pelton), mettendola in rotazione. La rotazione viene trasmessa a un alternatore, generando quindi energia elettrica. Dove sono disponibili notevoli quantità di acqua, ma dislivelli di caduta di pochi metri come lungo i grandi fiumi, si realizzano centrali idroelettriche fluviali con turbine Francis o Kaplan.

In breve: propone in maniera riassuntiva i concetti chiave che hai studiato in ogni Lezione dell’Unità.

Energia solare

LEZIONE 82

Il collettore solare è un dispositivo capace di sfruttare direttamente i raggi solari per scaldare l’acqua sanitaria. La cella fotovoltaica è in grado di trasformare, mediante l’effetto fotovoltaico, l’energia solare direttamente in energia elettrica. Più celle collegate assieme (36-48-72) formano i moduli fotovoltaici, che possono essere montati sui tetti delle abitazioni realizzando un impianto solare privato per produrre energia elettrica. L’impianto può essere autonomo o senza accumulo, e in quest’ultimo caso l’energia prodotta può essere immessa nella rete elettrica nazionale. Nella centrale fotovoltaica i moduli vengono assemblati realizzando diversi pannelli che danno vita a grandi impianti fotovoltaici. La centrale a concentrazione si basa sull’impiego di una serie di specchi che riflettono i raggi solari su una caldaia, così che l’acqua contenuta si trasformi in vapore. Il vapore alimenta una turbina che, collegata a un alternatore, produce energia elettrica. La centrale termodinamica utilizza specchi parabolici per riscaldare un liquido contenuto in un tubo. Con uno scambiatore di calore l’energia termica del liquido viene utilizzata per produrre vapore e, tramite una turbina e un alternatore, per produrre energia elettrica.

3. Un impianto di microeolico fornisce maggiore potenza V elettrica rispetto a un impianto di minieolico.

4. Un impianto di minieolico può soddisfare le esigenze energetiche di una piccola industria.

vapore – alternatore – vapordotti – meccanica – trivellazione

6. ................................

Tramite una ............................................................ si fa uscire dal sottosuolo il

calore del Sole scambiatore di calore pompa serbatoio

.................................................,

che viene incanalato in ................................................

fino alle turbine della centrale geotermica. Queste si mettono in movimento generando energia ........................................................, sfruttabile dall’.............................................. per creare l’energia elettrica. 6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. pannello solare 4. serpentina 6. acqua sanitaria

serbatoio dentro cui viene ceduto il calore all’acqua energia da sfruttare tubo dentro cui circola il fluido caldo proveniente dal pannello sistema che trattiene il calore aumentando la temperatura interna e. sistema che fornisce la pressione necessaria per la circolazione dell’acqua f. contenitore di riserva dell’acqua calda g. acqua riscaldata

1. Nella centrale geotermica il condensatore serve a portare il vapore sulle turbine.

2. L’Italia è il maggiore produttore di energia geotermica al mondo.

3. L’impianto geotermico a bassa entalpia è usato per scaldare o raffreddare un edificio.

7. Scegli l’alternativa corretta. 1. Dalle biomasse si può ottenere energia mediante processi a. biochimici b. sintetici 2. La digestione anaerobica avviene in a. presenza di ossigeno b. assenza di ossigeno 8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il biodiesel è un combustibile.

1. ............................ 2. ............................ 3. ............................ 4. ............................

2. Dalla digestione anaerobica si ottiene il bioetanolo. V

5. ............................ 6. ............................ 7. ............................

3. Dalla digestione aerobica si ottiene il compost.

Prevedere, immaginare e progettare

3. Se dovessi aver bisogno di produrre dell’acqua calda, senza però poter utilizzare una caldaia o uno scaldabagno, che cosa faresti?

1. Descrivete una fonte rinnovabile di cui avete visto l’utilizzo. 2. Riassumi in una tabella le trasformazioni delle forme di energia nelle varie centrali (ad esempio, centrale idroelettrica: acqua = energia potenziale; condotte forzate = energia cinetica; turbina = energia meccanica; alternatore = energia elettrica).

4. Fai delle considerazioni personali sulle biomasse e i biocombustibili, indicando quando la loro produzione per ottenere energia diventa vantaggiosa e quando, invece, risulta svantaggiosa.

278

279

Mappa dell’Area: è uno schema riassuntivo che trasmette in modo chiaro i concetti che hai studiato nell’Area.

Competenza digitale: indica esercizi o ricerche da svolgere al computer.

Verifica - Conoscenze: è uno strumento che ti permette di verificare le conoscenze acquisite nell’Area.

MAPPA DELL’AREA

Risorse energetiche

VERIFICA Conoscenze

CARBONE

È l’energia più utilizzata perché: – può essere facilmente trasportata e distribuita – può trasformarsi in altre forme

ENERGIA MECCANICA

1. L’energia cinetica è un tipo di energia a. meccanica b. termica

VERIFICA

..............................................,

hanno perso l’idrogeno e l’ossigeno e si sono

arricchiti di ........................................................... . La combustione del carbone determina l’emissione di biossido anidride carbonica (causa dell’.......................................................................). 6. Scegli l’alternativa corretta.

2. Nella centrale termoelettrica il trasformatore serve per a. innalzare la tensione b. motivi di sicurezza

2. L’acqua contenuta in un bacino possiede energia a. di legame b. potenziale

ENERGIA ELETTRICA

temperatura e pressione e grazie all’azione di microrganismi

1. La centrale a turbogas utilizza una turbina a. Pelton b. a gas

2. Scegli l’alternativa corretta.

3. L’uranio è un combustibile di natura a. vegetale b. minerale

Intervenire, trasformare e produrre: consiste in attività integrative di laboratorio, ideate per mettere in pratica le competenze e le abilità che hai raggiunto al termine di un’Area, presentate con immagini esplicative.

vegetali sepolti nel sottosuolo che, in presenza di alti livelli di

di azoto (responsabile delle .........................................................................) e di

3. Quale dei seguenti elementi non è considerato una biomassa? a. scarti vegetali b. rifiuti inorganici c. rifiuti organici

URANIO (ENERGIA NUCLEARE)

3. L’alternatore è un meccanismo che genera energia a. meccanica b. elettrica

4. Il petrolio viene raffinato AREA Risorse energetiche 65 a. nel forno

4. Dalla combustione si sviluppa energia a. termica b. meccanica

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE

b. nella torre di frazionamento

5. La centrale fotovoltaica produce una corrente

a. continua b. alternata La trasformazione 5. I giacimenti di idrocarburi si trovano localizzati in rocce dell’energia meccanica 6. La centrale a concentrazione trasforma avviene tramite: a. permeabili b. impermeabili a. l’acqua in vapore b. il calore in corrente – generatore 6. Il petrolio viene trasportato con navi – alternatore 2. Osserva le immagini e rispondi sul quaderno alle do1. Analizza la produzione energetica. a. metaniere b. petroliere 7. Individua l’intruso. mande. Nella tabella sono evidenziati i dati relativi alla produzione elet1. Quale componente non si trova nella centrale idroelettrica? 1. Che cosa rappresentano trica in Italia nel 2010, espressi in TW/h.3. Inserisci il termine mancante. a. turbina b. alternatore c. riduttore le tre immagini? 1 TW/h (terawattora) = 1 000 000 000 000 1. Ilwattora carbone e la legna sono dei .............................................. perché 2. Quale componente non si trova nella centrale solare a con2. La prima e la seconda centrazione? bruciano in una combustione. immagine hanno un Fonti fossili Fonti alternative Importazioni a. specchi b. caldaia elemento in fonti comune: 2. Il moto ondoso e il vento sono considerati ............................ c. pannelli fotovoltaici quale? Gas Naturale Idroelettrica .................. perché non inquinano. 140,6 TW/h 45,3 TW/h 3. Quale delle seguenti definizioni non indica un giacimento di 1 3. Il fenomeno illustrato nel-

RISORSE ENERGETICHE

La struttura a telaio di un edificio

Competenze

IDROELETTRICO

EOLICO

GEOTERMICO RINNOVABILI BIOMASSE ENERGIA TERMICA BIOCOMBUSTIBILI

Carbone 40,7 TW/h

Bioenergie 10,1 TW/h

Altri combustibili 24,5 TW/h

Solare 10,1 TW/h Eolica 9,8 TW/h Geotermica 5,3 TW/h

3. Il movimento delle masse lad’aria energia cinetica, terza genera immagine è strettamente legato. al contetrasformabile in energia .............................................. nuto delle altre due. Perché? TW/h 4. 45,7 Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il carbone si ottiene dalla distillazione del petrolio.

2. Il petrolio è di recente formazione.

3. Il gas naturale è una miscela di idrocarburi.

4. L’uranio si estrae dalla pechblenda.

5. Le riserve Fonte: GSE – Rapporto Statistico 2011 “Impianti a fonti rinnovabili” SOLARE

280

sono i giacimenti conosciuti e sfruttati.

6. La torba è un tipo di carbone fossile. 1. Prepara un areogramma (con tre “spicchi”) che rappresenti 7. Il litantrace è un tipo di petrolio. chiaramente la produzione globale di energia da fonti esauribili, quella da fonti rinnovabili e le importazioni. 2. Cerca in Internet gli stessi dati analizzati nella tabella ma relativi alla produzione mondiale di energia (anno 2010) e illustrali tramite areogramma. 3. Fai un confronto tra i due areogrammi realizzati ed esprimi le tue considerazioni in merito.

Verifica - Competenze: comprende attività riguardanti argomenti di attualità e vita quotidiana, spesso con interazioni multidisciplinari e con esercitazioni pratiche da svolgere in gruppo o mediante strumenti digitali.

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

2. Quale delle seguenti fonti energetiche non è pulita? a. vento b. Sole c. petrolio

GAS NATURALE

AREA 6 5

Il .............................................. è originato dalla trasformazione subita dai

1. Quale tra i seguenti elementi non fu una delle prime forme di energia sfruttate dall’uomo? a. lavoro muscolare b. calore del fuoco c. cherosene

ENERGIA TERMICA

4. Disegna un “areogramma ideale” rappresentativo di come dovrebbe essere, secondo il tuo punto di vista, la produzione energetica italiana facendo comparire, questa volta nel dettaglio, tutte le tipologie di fonti. 5. Realizzate un manifesto per un futuro sostenibile. Un manifesto è un documento scritto da un movimento o da una corrente politica, artistica o religiosa, per esprimere i propri principi su di uno specifico argomento, in cui crede fortemente, da sottoporre al giudizio pubblico. Preparate un manifesto per promuovere e sostenere l’utilizzo delle fonti rinnovabili in Italia.

energia geotermica? a. a vapore umido b. criogenico

zi occorrenti Materiali e attrez

Lo scopo di questa attività è realizzare una struttura a telaio e verificare quale effetto un terremoto può avere su di essa.

Un pannello U ll di espanso rivestito i i di cartone di 5 mm, chiamato polyplat o cartonfoam 10 stecchi per spiedini lunghi 20 cm, con diametro 3 mm 4 cannucce per bibite Una riga, una matita, un paio di forbici, un cutter, un punteruolo

c. a vapore secco

8. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. biomassa – bioetanolo – biochimici – biodiesel 1. Dalla fermentazione della canna da zucchero o del mais si

ottiene il .............................................. . 2. Per .................................................. si intende il combustibile di origine

1. Disegniamo sul pannello di espanso tre rettangoli da 29 x 16 cm.

2. Con un cutter affilato ritagliamoli.

3. Su uno dei rettangoli ottenuti tracciamo quattro linee a 1 cm dal bordo.

4. Individuiamo quattro punti equidistanti sui lati lunghi e tre sui lati corti, che corrispondono ai punti in cui porremo i pilastri.

5. Sovrapponiamo in modo preciso i tre pannelli, ponendo in alto quello su cui abbiamo individuato i punti.

6. Con un punteruolo, tenendolo in verticale e ben diritto, facciamo pressione in modo da bucare i tre pannelli nei dieci punti.

7. Con una forbice tagliamo dalla cannuccia un segmento di 8,3 cm. Ripetiamo su quattro cannucce ricavando otto pezzi, ciascuno da 8,3 cm.

8. In un angolo del pannello inseriamo uno stecco in legno.

9. Proseguiamo negli altri tre angoli esterni. Infiliamo i quattro pezzi di cannuccia, che servono da distanziatori.

organica. 3. Dalle piante oleifere si ricava il .............................................. . 4. Compost e biogas sono il risultato di processi ................................ .

281

3. Analizza le trasformazioni energetiche nelle centrali elettriche. 1. Analizza, riassumendole sul quaderno, le fasi del ciclo produttivo di una centrale idroelettrica. Scrivi poi quali forme di energia (ad esempio energia potenziale, termica, meccanica, cinetica ecc.) sono coinvolte nel corso di tale processo. 2. Ripeti l’esercizio analizzando le trasformazioni energetiche che avvengono in una centrale termoelettrica, in una centrale eolica e in una centrale solare. 4. Role play: immagina di essere un giornalista.

2. Preparate un’introduzione e raggruppate le vostre argomentazioni in almeno cinque punti.

Immagina di essere un giovane giornalista. Ti viene commissionato un articolo sugli incidenti più rilevanti accaduti all’interno delle centrali elettriche nel mondo negli ultimi tre anni. Accedi a Internet ed entra negli archivi delle principali testate giornalistiche nazionali (ad esempio Corriere della sera, La Repubblica ecc.). Con l’aiuto del motore interno di ricerca avanzata, acquisisci tutti gli articoli necessari alla tua indagine.

3. Elaborate il documento creando, a scelta, un cartellone o una piccola dispensa stampata e rilegata.

Rielabora la documentazione trovata e prepara un testo sintetico da leggere in classe.

1. Iniziate scrivendo liberamente tutto ciò che riguarda l’argomento, ricercando anche documentazione varia.

Apprendimento cooperativo: segnala attività da svolgere in coppia o in gruppo.

carbone – carbonio – effetto serra – piogge acide – anaerobici

1. Individua l’intruso.

PETROLIO

Sono inesauribili e sempre disponibili. Sono anche chiamate risorse alternative.

Verso le Competenze

Biocombustibili Da piante oleifere (semi di colza, oli vegetali) si può ottenere il biodiesel, un sostituto del gasolio; da piante ricche di zucchero (scarti di barbabietola e canna da zucchero) si ottiene, invece, bioetanolo, un sostituto della benzina.

Sono esauribili e la loro disponibilità è limitata nel tempo.

Esercizi Conoscenze: è uno strumento che ti permette di verificare le conoscenze acquisite nelle singole Lezioni dell’Unità. Verso le Competenze: si tratta di attività che ti preparano allo sviluppo delle competenze.

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

3. ................................

a. b. c. d.

La vegetazione che copre il nostro pianeta è composta da materie organiche, chiamate biomasse. Le biomasse secche (legna) possono essere impiegate per ottenere, tramite combustione, energia termica. Un altro sistema per ottenere energia dalle biomasse è l’utilizzo di biomasse verdi o rifiuti provenienti dall’industria zootecnica: tramite la digestione anaerobica (in assenza di ossigeno) si produce biogas (metano); oppure, tramite processi aerobici (in presenza di ossigeno) da parte di microorganismi come batteri e funghi, si ottiene compost o terriccio.

NON RINNOVABILI

5. .................................

1. 3. 5. 7.

Biomasse e biocombustibili

LEZIONE 85

2. .................................

2. Il mini idroelettrico può soddisfare le esigenze energetiche di a. una nazione b. un’industria

Si basa sullo sfruttamento del calore presente negli strati profondi della Terra. Con trivelle simili a quelle per l’estrazione del petrolio si eseguono perforazioni fino a qualche chilometro di profondità. Con tubi, detti vapordotti, il vapore ad alta temperatura viene portato alla centrale geotermica, dove viene inviato sulle pale di una turbina. L’energia del vapore viene trasformata dalla turbina in energia meccanica di rotazione che, trasmessa all’alternatore, permette di generare energia elettrica.

2. Nell’aerogeneratore è presente un moltiplicatore di giri.

4. .................................

3. Abbina i componenti del collettore solare alla corretta definizione.

Energia geotermica

1. La centrale eolica è costituita da aerogeneratori.

1. .................................

1. Per la centrale idroelettrica fluviale è necessario avere a. alti dislivelli b. poco dislivello

La centrale eolica è formata da una serie di aerogeneratori che sfruttano la forza cinetica del vento. Gli aerogeneratori sono costituiti da una torre, alta circa 80 metri, sulla cui sommità è montata la navicella, a cui è collegato il rotore generalmente con tre pale. La spinta del vento impone un movimento rotatorio alle pale che, collegate a un dispositivo moltiplicatore, aumentano il numero dei giri. Questo movimento meccanico viene trasmesso al generatore, con la conseguente produzione di energia elettrica. LEZIONE 84

rotazione trasmessa all’alternatore creazione di un bacino trasformazione dell’energia cinetica in energia meccanica passaggio dell’acqua nelle condotte forzate attivazione delle turbine produzione di energia elettrica

2. Scegli l’alternativa corretta.

Energia eolica

LEZIONE 83

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Riordina le fasi relative alla produzione di energia elettrica in una centrale a bacino. a. b. c. d. e. f.

UNITÀ 3

Energie rinnovabili

ESERCIZI

283

236

Presentazione

Le risorse digitali Il volume è realizzato sotto forma di libro sfogliabile, con numerose funzionalità interattive. Le icone nelle pagine indicano la presenza di contenuti digitali: sono distinte in due diverse categorie, rappresentate con i colori rosso e blu. Le icone di colore rosso indicano il materiale integrativo presente sul M.I.O. BOOK. Sul M.I.O. BOOK i contenuti dell’intero volume sono anche riproposti nel formato ALTA LEGGIBILITÀ, per agevolare la lettura e l’apprendimento. Sono inoltre disponibili contenuti digitali integrativi al testo, anch’essi contraddistinti da un’icona, di colore blu.

RISORSE AGGIUNTIVE Sono approfondimenti, ulteriori informazioni e curiosità relativi agli argomenti trattati nelle Lezioni.

VIDEO Sono filmati di approfondimento incentrati su specifici argomenti affrontati nelle Lezioni.

AREA 6

Energie rinnovabili

Risorse energetiche

UNITÀ

GALLERIA IMMAGINI Raccoglie le immagini indicative di ogni Unità. Per ciascuna di esse è attivo uno zoom.

3 Energie

rinnovabili

Poiché la centrale a bacino prevede la creazione di grandi bacini che sommergono le zone interessate, oggi si preferisce evitare di costruire nuove centrali e si privilegia invece la modernizzazione di quelle già esistenti per migliorarne il rendimento.

LEZIONE

81. Energia idroelettrica

3 La condotta forzata collega la diga con la sala macchine. Il dislivello tra il bacino e la sala macchine può arrivare a 1 000 metri.

L’acqua, presente in abbondanza sul nostro Pianeta, è una delle più importanti risorse rinnovabili di energia. Il suo sfruttamento avviene grazie al ciclo idrologico che ne garantisce il continuo approvvigionamento con le piogge. La ruota ad d acqua Tra i primi utilizzatori della forza dell’acqua vi furono nel 202 a.C. i Cinesi, seguiti dai Romani e dai Babilonesi, i quali trasformarono la classica ruota con asse orizzontale in una con asse verticale che, per mezzo di un semplice ingranaggio a ruota dentata, moltiplicava il numero dei giri aumentandone la velocità e di conseguenza il lavoro. Il lavoro eseguito con la ruota idraulica fu attivo fino alla scoperta del motore a vapore e successivamente del motore elettrico, che ne decreteranno il suo disuso. Solamente qualche artigiano ha continuato nel tempo a mantenere in funzione il vecchio mulino.

La centrale a bacino è la classica centrale di montagna. Sfrutta l’energia potenziale dell’acqua contenuta in una diga artificiale, realizzata con grandi opere di ingegneria, posta a monte e situata a una notevole differenza di quota rispetto alla centrale vera e propria, che si trova a valle. Il bacino viene alimentato da torrenti di montagna, dallo scioglimento delle nevi in primavera e dall’acqua trasportata con piccole gallerie scavate all’interno della roccia, che raccolgono l’acqua dei torrenti dalle montagne vicine. Dal bacino, attraverso una serie di grosse tubazioni, dette condotte forzate, l’acqua viene convogliata fino a valle, nella sala macchine, dove si trovano le turbine. Una volta a valle, l’acqua dalle condotte viene incanalata, tramite ugelli, cioè delle strozzature, sulle pale di una turbina imprimendole un movimento rotatorio a forte velocità che trasforma l’energia cinetica in energia meccanica di rotazione. Quando il dislivello dell’acqua è molto elevato (da un centinaio di metri fino a un chilometro) vengono utilizzate turbine ad azione, come la turbina Pelton. Con organi meccanici la rotazione viene trasmessa a un alternatore, permettendo di generare energia elettrica.

› La centrale idroelettrica a bacino

L'energia dall'acqua

LINK ➜ STORIA

UNITÀ 3

La centrale a bacino

Bacino

2 La diga artificiale crea un invaso dove l’acqua accumula l’energia potenziale.

4 Nella sala macchine, l’acqua che esce dalle condotte colpisce le pale di una turbina, mettendola in veloce rotazione.

Rete elettrica

Se, invece, l’acqua è tenuta ferma in un bacino, possiede una forma di energia immagazzinata, detta energia potenziale, che verrà sfruttata, tramite lo scorrimento dell’acqua, per avere energia cinetica e quindi un lavoro.

Turbina Pelton 6

La centrale idroelettrica

La rotazione viene trasmessa a un alternatore, che genera energia elettrica.

La centrale idroelettrica è un impianto che sfrutta il movimento naturale dell’acqua al fine di produrre energia elettrica. Inizialmente queste centrali venivano costruite nelle zone di montagna, dove erano presenti un forte dislivello e una portata di acqua sufficientemente costante.

7 Per limitare le perdite di trasporto dell’energia, la tensione in uscita dall’alternatore viene inviata a un trasformatore, che la innalza a migliaia di volt prima di immetterla sui tralicci dell’alta tensione.

CONTENUTI INTERATTIVI (Illustrazioni) Sono attività interattive e autocorrettive realizzate con le illustrazioni presenti nel volume.

La centrale di pompaggio Una particolare centrale idroelettrica è quella di pompaggio. Questo tipo di impianto è costituito da due bacini, uno posto a valle e l’altro più a monte, in zone dove i corsi d’acqua non riescono ad alimentare continuamente il bacino superiore. Nelle ore di maggiore richiesta di energia elettrica, dunque durante la giornata, quando le industrie sono in attività, l’acqua del bacino superiore viene fatta fluire, tramite condotte forzate, verso valle, dove mette in rotazione una turbina il cui movimento, trasmesso a un alternatore, produce energia elettrica.

Oggi la tecnologia ha messo a punto una serie di innovazioni che consentono di sfruttare anche le acque dei grandi fiumi, così come quelle dei corsi d’acqua con una portata limitata.

262

263

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Riparare la camera d'aria di una bicicletta

zzi occorrenti Materiali e attre

A volte, soprattutto se percorriamo strade sterrate, possiamo forare la camera d’aria della nostra bicicletta, ma non sempre è necessario sostituirla. Con questa attività impariamo a ripararla.

ALTA LEGGIBILITÀ Tutti i contenuti dell’Area sono anche proposti con carattere di lettura ad alta leggibilità (leggimi © Sinnos editrice), con possibilità di lettura tramite sintetizzatore vocale e disposizione facilitata dei contenuti della pagina.

Pompa per bicicletta P bi i l Bacinella d’acqua Kit di riparazione che comprende raschietto, mastice, pezze di diverse misure, 3 leve cacciagomme in plastica

1. Per lo smontaggio della ruota, dopo aver sbloccato i pattini del freno, apriamo il galletto ed estraiamo la ruota.

2. Togliamo il tappo della valvola. Svitiamo il dado e premiamo sulla valvola per accertarci che tutta l’aria sia fuoriuscita.

3. Prendiamo tre leve cacciagomme. Infiliamone prima una, facendo attenzione a non «pizzicare» la camera d’aria. Poi, a qualche centimetro di distanza, infiliamone una seconda e infine una terza. Il copertone è stato liberato.

4. Ora aiutandoci con le mani liberiamo tutto il copertone dal cerchio.

5. Prendiamo la camera d’aria in un punto vicino alla valvola e sfiliamola dal copertone.

6. Passiamo la mano all’interno del copertone per verificare se ci sono degli aghi, chiodi oppure oggetti che possono aver provocato la foratura.

7. Gonfiamo un po’ la camera d’aria. Se ci troviamo all’esterno, per trovare il soffio d’aria e quindi il foro, possiamo passare la mano vicino alla camera d’aria oppure avvicinarla alle labbra.

8. Se ci troviamo a casa, prendiamo una bacinella d’acqua e immergiamo la camera d’aria, facendola scorrere fin quando vedremo le bollicine d’aria uscire.

9. Asciughiamo bene in prossimità del foro. Sgonfiamo di nuovo completamente la camera d’aria.

368

VIDEO (Intervenire, trasformare e produrre) Per ciascun laboratorio è presente un filmato esplicativo che mostra, fase per fase, l’intera attività pratica.

VII

Presentazione AUDIO + VIDEO (In breve) Si tratta del ripasso dei contenuti dell’Unità, fruibile in due modalità: da ascoltare in versione audio oppure da vedere con l’accompagnamento di immagini significative dell’Unità.

IN BREVE LEZIONE 53

CONTENUTI INTERATTIVI (Esercizi) Al termine di ogni Unità sono presenti esercizi interattivi di diverse tipologie, con autocorrezione, punteggio, possibilità di rivedere gli errori e di stampare gli esercizi.

Conoscenze

Dai cereali agli alimenti Storia L’uomo iniziò a coltivare grano, orzo, patate, riso e legumi nel Neolitico. Il grano può essere tenero o duro. Con il grano tenero si producono pane, dolci, biscotti e fette biscottate, con il grano duro pasta, pane e dolci. Il pane si ottiene aggiungendo il lievito alla farina e, dopo la lievitazione, l’impasto viene cotto in forno. La pasta è un alimento che si ottiene impastando la semola di grano duro con acqua. La pasta secca viene essiccata senza l’aggiunta di altri ingredienti; la pasta fresca contiene un alto contenuto di umidità; la pasta all’uovo, secca, è ottenuta aggiungendo nell’impasto le uova; per la pasta speciale vengono aggiunte all’impasto delle farciture o ripieni.

LEZIONE 54

Latte e suoi derivati Il latte si ottiene dalla mungitura delle mucche. Dopo la mungitura il latte viene refrigerato. Giunto nella centrale, viene filtrato e centrifugato per eliminare parte del grasso. Per poterlo conservare viene effettuato un risanamento di pastorizzazione, UHT o sterilizzazione. Il burro è il prodotto della lavorazione del grasso contenuto nel latte di mucca, tramite affioramento o centrifugazione. Il formaggio si ottiene dal latte intero o scremato di mucca, capra o bufala. Dopo averlo riscaldato a 38-48 °C viene aggiunto il caglio, da cui si forma la cagliata. La cagliata viene quindi messa in stampi per darle la forma e viene salata. I formaggi si differenziano in base alla temperatura necessaria a cagliare il latte, all’animale da cui il latte proviene, alla stagionatura e alla percentuale di grasso. Lo yogurt è un prodotto ottenuto della fermentazione del latte per opera di ceppi batterici selezionati.

LEZIONE 55

Carne, pesce, uova La carne è il tessuto muscolare degli animali da macello, da cortile e della selvaggina. Si divide in carni bianche (vitello, agnello, pollo, tacchino, coniglio) e carni rosse (toro, bue, vacca, cavallo). I salumi provengono dalla lavorazione delle carni suine, talvolta miste ad altre carni, con l’aggiunta di conservanti, aromi e spezie. Si dividono in insaccati (carni tritate come il salame) e non insaccati (parti intere dell’animale) come prosciutto cotto e crudo, pancetta, speck, coppa e culatello. I prodotti ittici sono i pesci destinati all’alimentazione, i crostacei e i molluschi. I prodotti ittici possono essere pescati in mare, fiumi o laghi oppure allevati in vasche o in mare. Le uova sono deposte da galline ovaiole, quaglie o struzzi, costituiscono un alimento di largo uso in cucina e sono impiegate nell’industria alimentare.

LEZIONE 56

6. Inserisci i termini mancanti.

1. Completa lo schema relativo alle fasi della panificazione. 1. impasto 3. ..............................................

2. 4.

.............................................. ..............................................

2. Inserisci i termini mancanti.

2. La pasta

di grano duro.

..............................................

Gli oli sono sostanze grasse di origine vegetale. L’olio di oliva si ottiene dalla spremitura delle olive. In base all’acidità, prende il nome di olio extravergine d’oliva, olio vergine d’oliva, olio d’oliva. Oltre alle olive, l’olio può essere estratto dai semi di altre piante: girasole, palma, arachidi, mais. La margarina è un’emulsione di grassi vegetali con acqua, sale e additivi alimentari.

Bevande Le acque minerali naturali sono prelevate alla sorgente e non subiscono trattamenti chimici. Si distinguono in acque oligominerali, mediominerali, minerali. Alle acque minerali gassate viene aggiunta anidride carbonica per renderle più o meno frizzanti. Altre bevande sono i succhi di frutta e le bibite gassate che, oltre all’effervescenza, contengono aromi, coloranti e zucchero. Il vino si ottiene dalla pigiatura dell’uva e dalla successiva trasformazione degli zuccheri, in essa contenuti, in alcol. A seconda di quanto tempo il mosto rimane a contatto con le vinacce durante la fermentazione, si ottengono vini rossi, bianchi o rosati. La birra si ottiene dai semi di orzo o altri cereali trasformati in malto; poi, tramite lieviti, gli zuccheri vengono trasformati in alcol. Il tè e il caffè sono delle bevande che hanno un effetto eccitante sul sistema nervoso.

..............................................

macello, da cortile e della selvaggina. 5. Per prodotti

contiene una percentuale mas-

sima di umidità del 12,5%.

..............................................

si intendono tutti i pesci, i

crostacei e i molluschi destinati all’alimentazione. 7. Metti in ordine, partendo dalla categoria superiore, gli oli elencati.

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

a. olio d’oliva c. olio di sansa d’oliva 1. .............................................. 3. ..............................................

b. olio vergine d’oliva d. olio extravergine d’oliva 2. .............................................. 4. ..............................................

1. Il burro si ottiene dal siero del latte.

2. Il termine latte si riferisce solo a quello fornito dalle mucche.

3. Il caglio è un formaggio fermentato.

4. Il latte può essere sottoposto a sterilizzazione.

5. Il burro si ricava dal grasso del maiale.

energetica – alimenti – semi – grassi – cucina – oli

6. Per ottenere il formaggio è necessario il caglio.

Gli ............................................ sono sostanze di origine vegetale: possono

8. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

derivare da semi, da germe o da frutti; come tutti i 4. Scegli l’alternativa corretta.

svolgono una funzione

1. Dalla centrifugazione del latte si ottiene a la panna b il siero

Gli oli ottenuti dai

2. Durante la produzione del formaggio, all’impasto possono essere aggiunti a fermenti lattici b frutta fresca

1. Tra le carni rosse vi è anche quella dei a vitelloni b capretti 2. Il pesce azzurro prende il suo nome dal colore a del dorso b degli occhi 3. Alla categoria B appartengono le uova destinate a all’industria b al consumo domestico

LEZIONE 57

4. La carne è intesa come il .............................................. degli animali da

1. La pasta è un alimento che si ottiene mescolando con ac..............................................

......................

..........................................

3. Il tempo di maturazione della carne rossa, dopo la macella-

5. Scegli l’alternativa corretta.

Oli

1. Il codice alfanumerico sulle uova ne garantisce la 2. La macellazione degli animali avviene nei zione, prende il nome di

qua la

UNITÀ 2

Trasformazione degli alimenti

ESERCIZI

..............................................

come arachidi e girasole sono molto utilizzati in per la frittura degli

..............................................

...............................

nell’organismo.

di alcune piante oleifere

..............................................

.......................................

9. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’acqua gassata prevede l’aggiunta di CO2.

2. L’acqua oligominerale contiene molti sali minerali.

3. Una delle fasi di produzione della birra è la fermentazione tumultuosa.

4. Il caffè è originario dell’Etiopia.

5. L’orzo è un ingrediente della birra.

6. La birra è considerata un alimento.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Fate un lavoro di ricerca sui cibi che consumavano i vostri nonni da ragazzi, reperite immagini e ricette e preparate un cartellone da esporre in aula. 2. Quali condizioni è necessario valutare per predisporre un allevamento che possa soddisfare le esigenze del mercato?

3. In che modo i prodotti agricoli (cereali, ortaggi, legumi, frutta) entrano a far parte di una filiera produttiva indispensabile per la vita dell’uomo, e in parte anche per quella degli animali? 4. Supponi di essere in un punto vendita di prodotti caseari: quali elementi analizzeresti per distinguere le caratteristiche principali dei vari formaggi?

168

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AUDIO + VIDEO (Mappa dell’Area) Si tratta del ripasso dei contenuti dell’Area, fruibile in due modalità: da ascoltare in versione audio oppure da vedere con l’accompagnamento degli schemi della mappa.

MAPPA DELL’AREA

CONTENUTI INTERATTIVI (Verifica) Al termine di ogni Area sono presenti esercizi interattivi di diverse tipologie, con autocorrezione, punteggio, possibilità di rivedere gli errori e di stampare gli esercizi. Settore agroalimentare

VERIFICA Conoscenze

COLTURE ERBACEE AGRICOLTURA RA BIOLOGICA

– – – – – –

AGRICOLTURA – lavorazioni agricole

ALIMENTI FRESCHI COLTURE ARBOREE – frutta

ALLEVAMENTO E PESCA

– latte – carne – uova

PRODOTTI ITTICI – pesci – crostacei – molluschi

VIII

radici, tuberi sono quelle

suolo sottosuolo fertilità aratura rullatura

a. b. c. d. e.

lavorazione che comprime il terreno troppo soffice strato superficiale della crosta terrestre strato inerte della crosta terrestre lavoro eseguito per rivoltare il terreno superficiale insieme dei fattori chimici, fisici e microbiologici di un terreno

2. Le colture

Trattamenti per diventare prodotti alimentari: – dal latte: burro, formaggio, yogurt – dalle olive: olio – dalla vite: vino – da orzo e frumento: birra – dalle foglie di té: té – dalle fave di cacao: cacao

CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI – metodi fisici (con il freddo, con il calore, disidratazione, atmosfera modificata e irraggiamento) – metodi chimici (con additivi naturali e additivi chimici)

ALIMENTAZIONE – varia – equilibrio di principi nutritivi – fabbisogno energetico

..............................................

sono quelle che vengono col-

..............................................

tivate nelle serre. 3. La coltivazione degli ortaggi in acqua, senza l’uso della terra, prende il nome di coltura indoor o

..............................................

6. Abbina le affermazioni agli allevamenti di galline ovaiole. 1. in 1 m2 vivono 7 galline

a. allevamento in batteria

2. in 1 m2 vivono 25 galline

b. allevamento a terra

7. Individua l’intruso. 1. Quale tipo di farina non si ottiene dalla setacciatura del grano? a tipo 00 b tipo 0 c tipo 1 d tipo 2 e tipo 3 f integrale

1. Le piante hanno bisogno di molta luce.

2. Tutte le piante fruttificano in estate.

3. L’azoto è molto importante per la crescita delle piante.

4. Il letame è un concime organico.

5. Per lotta integrata si intende il divieto di coltivare prodotti OGM.

6. I fagioli sono cereali.

7. Tutte le serre sono riscaldate.

8. Gli agrumi fanno parte delle coltivazioni arboree.

9. Con la tecnologia MAS si ibridano le piante per ottenere una varietà migliore.

a. svinatura b. pigiatura c. imbottigliamento d. raccolta dell’uva e. fermentazione lenta f. fermentazione tumultuosa.

.................................

................................

.................................

................................

10. L’aridocoltura è praticata nelle zone con scarse piogge. 3. Individua l’intruso.

1. Quali delle seguenti tecniche non è un metodo di irrigazione? a a pioggia b a goccia c per scorrimento d per dilavamento e per sommersione 2. Quale tipo di coltura non viene usata per l’avvicendamento? a sfruttatrice b miglioratrice c seccatrice

2. Quale delle seguenti voci non indica una classificazione dei vini? a rossi b bianchi c rosati d neri 3. Quale tra le seguenti bevande non è una bibita gassata? a gazzosa b spuma c acqua tonica d cola e acqua minerale 8. Metti in ordine le fasi di produzione del vino.

9. Indica accanto a ciascun alimento la materia prima da cui si ricava. 1. formaggio 3. vino

.................................

................................................

5. prosciutto crudo

.................

2. burro

........................................................

4. pasta ......................................................... 6. olio extravergine ..............................

10. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. 4. Scegli l’alternativa corretta.

riscaldamento – coagulazione – formaggio – grasso – caglio

1. Lo zafferano e il coriandolo sono piante a da fibra b aromatiche

1. Il burro è il prodotto della lavorazione del

2. Gli allevamenti in cui gli animali pascolano allo stato brado sono di tipo a semi-intensivo b estensivo

2. La produzione del

3. Le nasse sono reti utilizzate per a pescare b raccogliere la frutta

190

1. Le colture che possono essere classificate in base a foglie,

1. 2. 3. 4. 5.

2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

PRODOTTI ZOOTECNICI

5. Inserisci i termini mancanti.

1. Abbina ciascun termine alla sua definizione.

cereali legumi piante industriali colture foraggere colture ortive colture protette

AREA 4 5

.............................................

contenuto nel latte di mucca. ....................................

inizia con il

....................................

del latte a 38 °C o 48 °C; si aggiungono poi eventuali fermenti lattici e il che favorisce la

.............................................., ..............................................

o un altro acidificante,

191

Il M.I.O. BOOK è l’innovativo libro di testo in formato digitale del Gruppo Editoriale Raffaello che rappresenta l’evoluzione del volume cartaceo tradizionale. L’interattività e l’ampia disponibilità di risorse multimediali integrate potenziano gli aspetti didattici del libro di testo, facilitando la comprensione dei contenuti e il conseguente sviluppo delle competenze individuali.

Che cosa significa M.I.O. M – multimediale

I – interattivo

O – open

Permette di dar vita a lezioni interattive multimediali grazie ai contenuti legati al testo e a quelli integrativi.

Favorisce un’interazione continua, offrendo la possibilità di intervenire direttamente sulle pagine del testo tramite gli strumenti per la scrittura, l’evidenziazione, il disegno ecc.

È da considerarsi «aperto» poiché consente di creare e archiviare annotazioni di tipo testuale e multimediale, documenti personalizzabili, tra cui le linee temporali e le mappe mentali.

Il M.I.O. BOOK segna l’avvento di una nuova era della didattica, con la creazione di un ambiente educativo virtuale nel quale insegnanti e studenti possono cooperare al fine di realizzare un percorso di studi personalizzato, stimolante e dinamico. Personalizzabile nella sua totalità, il M.I.O. BOOK permette inoltre di creare learning objects e di condividerli con i propri colleghi e/o con i propri compagni. Il M.I.O. BOOK si aggiorna automaticamente tramite connessione internet; i contenuti digitali di ogni progetto sono consultabili gratuitamente anche all’interno del portale www.raffaellodigitale.it, in linea con le direttive ministeriali.

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INDICE INDICE Risorse digitali

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Audio

Contenuti interattivi

Risorse aggiuntive

Galleria immagini

Video

Contenuti digitali integrativi

M.I.O. BOOK AREA

1 UNITÀ 1

Tecnologia e aree economiche Evoluzione della tecnologia LEZIONE

UNITÀ 2

Sistema economico LEZIONE

UNITÀ 3

1 Dagli utensili in pietra alle nanotecnologie 2 Risorse naturali

................................................................................................. ..................................

4 4

..........................................................................................................

........................................................................................................................

3 Bisogni, beni, servizi

.............................................................................................

4 Nozioni di economia

5 Impresa, produzione, distribuzione

6 Finanza

7 Globalizzazione

8 Green economy

........................................................................................ ..................................................

............................................................................................................................ ...................................................................................................... ....................................................................................................

10 12

14 16 17

In breve Esercizi

Lavoro

LEZIONE

.............................................................................................................................................................

9 Lavoro, diritto per tutti

....................................................................................

10 Assistenza e previdenza

...............................................................................

11 Orientamento scolastico

............................................................................... 24

In breve Esercizi

Mappa dell'area Verifica

AREA

2 UNITÀ 1

Trasformazione delle materie organiche Legno ................................................................................................................................................................ 34 L E Z I O N E

12 Che cos’è il legno

13 Produzione del legname

14 Prodotti derivati: semilavorati

15 Settori di impiego

16 Sostenibilità e riciclo

................................................................................................ .............................................................................. ..................................................................

............................................................................................... .........................................................................................

34 36 38

40 41

Indice Contenuti digitali integrativi

M.I.O. BOOK

In breve Esercizi UNITÀ 2

Carta ................................................................................................................................................................... 44 L E Z I O N E

17 Che cos’è la carta ................................................................................................. 44

18 Ciclo di produzione ............................................................................................ 46

19 Sostenibilità e riciclo .......................................................................................... 48

In breve Esercizi UNITÀ 3

Fibre tessili LEZIONE

51 ...............................................................................................................................................

20 Che cosa sono le fibre tessili ................................................................... 52

21 Fibre tessili vegetali ............................................................................................. 53

22 Fibre tessili animali e minerali ................................................................. 56

23 Fibre chimiche ......................................................................................................... 58

24 Filatura, tessitura e confezione ............................................................... 60

In breve Esercizi UNITÀ 4

Pelle e cuoio ............................................................................................................................................ 66 LEZIONE

25 Che cos’è la pelle ................................................................................................. 66

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

69 72

AREA

3 UNITÀ 1

Trasformazione delle materie inorganiche Materie plastiche e gomme .............................................................................................. 78 LEZIONE

UNITÀ 2

27 Tecnologie di produzione ............................................................................ 82 28 Usi delle materie plastiche ......................................................................... 84

29 Sostenibilità e riciclo .......................................................................................... 85

30 Gomma naturale e sintetica ..................................................................... 86

In breve Esercizi

Metalli

LEZIONE

XII

26 Materie plastiche ................................................................................................... 78

...............................................................................................................................................................

31 Che cosa sono i metalli ................................................................................. 90 32 Centro siderurgico: altoforno ................................................................... 92

Indice Contenuti digitali integrativi

M.I.O. BOOK

33 Centro siderurgico: acciaieria e laminatoio ............................... 94

34 Alluminio e leghe

35 Rame e leghe

36 Altri metalli

37 Lavorazione dei metalli

.................................................................................................

...........................................................................................................

.................................................................................................................. ...............................................................................

In breve Esercizi UNITÀ 3

102

103

38 Che cos’è il vetro

...............................................................................................

39 Ciclo di produzione

40 Sostenibilità e riciclo

......................................................................................... ......................................................................................

In breve Esercizi

104 106

109 110

111

Ceramica .................................................................................................................................................. 112 LEZIONE

41 Che cos’è la ceramica

..................................................................................

42 Tecnologie di produzione

.........................................................................

In breve Esercizi UNITÀ 5

100

Vetro ............................................................................................................................................................... 104 LEZIONE

UNITÀ 4

112 114 116

117

Materiali per l'edilizia ................................................................................................................ 118 LEZIONE

43 Pietre naturali

........................................................................................................

118

44 Leganti

..........................................................................................................................

120

45 Laterizi

...........................................................................................................................

122

In breve Esercizi

124

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

126

125

127 130

AREA

4 UNITÀ 1

Settore agroalimentare Agricoltura .............................................................................................................................................. 134 LEZIONE

46 Ambiente, terreno, clima

...........................................................................

134

........................................................................................

136

47 Lavorazioni agricole

48 Colture erbacee

..................................................................................................

140

49 Colture arboree

...................................................................................................

144

50 Zootecnia

...................................................................................................................

51 Pesca e acquicoltura

......................................................................................

146

148

XIII

Indice Contenuti digitali integrativi

M.I.O. BOOK

52 Agricoltura biologica e miglioramento genetico

...............

In breve Esercizi UNITÀ 2

152

153

53 Dai cereali agli alimenti

...............................................................................

154

54 Latte e suoi derivati

........................................................................................

156

55 Carne, pesce, uova

.........................................................................................

160

56 Oli

57 Bevande

...................................................................................................................................... ......................................................................................................................

In breve Esercizi

162 164

168

169

58 Metodi di conservazione 59 Etichette alimentari

...........................................................................

.........................................................................................

In breve Esercizi

170 177 178

179

Alimentazione .................................................................................................................................... 180 LEZIONE

60 Principi nutritivi

....................................................................................................

61 Dieta equilibrata

.................................................................................................

62 Disturbi alimentari e problemi

............................................................

In breve Esercizi

180 182 186 188

189

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

190

191 194

AREA

5 UNITÀ 1

Abitare il territorio Territorio e spazio urbano ................................................................................................ 198 LEZIONE

63 Territorio

......................................................................................................................

64 Città e struttura

65 Rete di impianti tecnologici

66 Rischi ambientali

In breve Esercizi

XIV

Conservazione degli alimenti ...................................................................................... 170 LEZIONE

UNITÀ 4

Trasformazione degli alimenti .................................................................................... 154 LEZIONE

UNITÀ 3

150

198

................................................................................................... 200 .................................................................... 202

................................................................................................ 206

208 209

Indice Contenuti digitali integrativi

M.I.O. BOOK

UNITÀ 2

Costruzione e abitazione ................................................................................................... 210 LEZIONE

67 Casa

.................................................................................................................................

68 Strutture portanti

69 Edificio: fasi di costruzione

70 Impianti

............................................................................................... .....................................................................

........................................................................................................................

71 Spazi interni di un’abitazione

................................................................

72 Case ecocompatibili

73 Inquinamento all’interno dello spazio domestico

....................................................................................... ..........

In breve Esercizi

210 212

216 220 224 226 228 230

231

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

232

233 236

AREA

6 UNITÀ 1

Risorse energetiche Manifestazioni dell'energia ............................................................................................... 240 LEZIONE

74 Forme di energia

............................................................................................... 240

75 Classificazione delle fonti

......................................................................... 242

In breve Esercizi UNITÀ 2

244 245

Energie non rinnovabili .......................................................................................................... 246 LEZIONE

76 Carbone

...................................................................................................................... 246

77 Petrolio

78 Gas naturale

79 Energia nucleare

80 Centrale termoelettrica

......................................................................................................................... 248 ............................................................................................................ ................................................................................................. ...............................................................................

In breve Esercizi UNITÀ 3

252

254

256

260

261

Energie rinnovabili ....................................................................................................................... 262 LEZIONE

81 Energia idroelettrica

........................................................................................ 262

82 Energia solare

........................................................................................................ 266

83 Energia eolica

........................................................................................................

84 Energia geotermica

85 Biomasse e biocombustibili

......................................................................................... ...................................................................

272

274

276

Indice M.I.O. BOOK

In breve Esercizi

278

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

280

279

281 284

AREA

7 UNITÀ 1

Elettricità e macchine Corrente elettrica .......................................................................................................................... 288 LEZIONE

86 Che cos’è la corrente elettrica

............................................................. 288

87 Semplici circuiti elettrici

88 Generatori chimici

89 Generatori elettromeccanici e trasformatori

90 Effetto elettromegnetico

.............................................................................. 290

............................................................................................ 292

........................ 294

...........................................................................

91 Effetto termico e luminoso

92 Elettrodomestici

93 Effetto fisiologico

94 Elettronica

95 Rifiuti elettrici ed elettronici

.................................................................................................. 300 ............................................................................................... 302

................................................................................................................. 304 ...................................................................

307 308

96 Macchine semplici

...........................................................................................

97 Trasmissione del moto

................................................................................

98 Meccanismi

99 Macchine motrici a combustione esterna

.............................................................................................................

100 Motori a combustione interna 101 Automazione e robotica

..............................

............................................................

............................................................................

310 314 316 318 320 324

In breve Esercizi

326

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

328

XVI

327

329 332

AREA

UNITÀ 1

309

Energia meccanica ..................................................................................................................... 310 LEZIONE

..................................................................... 298

In breve Esercizi UNITÀ 2

297

Mobilità e mezzi di trasporto Mezzi di trasporto ........................................................................................................................ 336

Contenuti digitali integrativi

Indice M.I.O. BOOK LEZIONE

102 Trasporto su gomma

336

........................................................................................... 342

103 Trasporto su rotaia

104 Trasporto marittimo

105 Trasporto aereo

106 Veicoli spaziali

107 Logistica

108 Mobilità sostenibile

.....................................................................................

........................................................................................ 344

................................................................................................... 346

....................................................................................................... 348

In breve Esercizi UNITÀ 2

Contenuti digitali integrativi

350 352 354

355

Educazione stradale ................................................................................................................. 356 LEZIONE

109 Utenti della strada

............................................................................................

110 Segnaletica stradale

356

........................................................................................ 360

In breve Esercizi

362

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

364

363

365 368

AREA

9 UNITÀ 1

Il mondo delle comunicazioni Comunicazioni e telecomunicazioni ................................................................... 372 LEZIONE

UNITÀ 2

111 Cosa sono le comunicazioni

.................................................................

372

Mezzi di comunicazione ..................................................................................................... 374 LEZIONE

112 Stampa

.........................................................................................................................

113 Fotografia

114 Cinema

115 Musica

116 Telecomunicazioni

117 Radio

118 Televisione

119 Telefonia

...................................................................................................................

.........................................................................................................................

374 376 378

........................................................................................................................... 380 ...........................................................................................

381

.............................................................................................................................. 382 ................................................................................................................ 384

..................................................................................................................... 386

120 Sistemi satellitari

................................................................................................ 388

121 Telecomunicazioni e computer

.......................................................... 390

In breve Esercizi

392

Mappa dell'area Verifica Intervenire, trasformare e produrre

394

393

395 398

XVII

AREA

Tecnologia e aree economiche

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ AUDIO + VIDEO In breve U2-U3 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezione 9 Esercizi U2-U3 Verifica di Area

EVOLUZIONE DELLA TECNOLOGIA

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Tecnologia nel mondo animale Lez. 1 New economy Lez. 4 Dall’industria alla distribuzione Lez. 5 Vita dei materiali Lez. 8 Artigiano Lez. 9

1760-1830 In Inghilterra, verso la metà del XVIII secolo, ha inizio la prima Rivoluzione industriale che, nell’arco di un secolo, si diffonde in altri Paesi europei e negli Stati Uniti, portando a un radicale cambiamento dei metodi di produzione.

VIDEO Settore primario Lez. 4 Settore secondario Lez. 4 Settore terziario Lez. 4

1800

1850

1852 A Parigi nascono i grandi magazzini Le Bon Marché. Per la prima volta i prezzi non sono più contrattati dal cliente, ma diventano fissi, segnati su etichette.

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Acquisire padronanza dei con-

Accostarsi a nuove applicazioni

L’alunno riconosce nell’ambiente

cetti base relativi alla produzione di beni e servizi. Comprendere le relazioni tra sistemi produttivi, mercato e benessere della persona. Analizzare la situazione del mercato del lavoro e apprendere le norme che lo regolano.

informatiche esplorandone le funzioni e le potenzialità. Valutare le conseguenze di scelte e decisioni relative a situazioni problematiche. Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia […]

che lo circonda i principali sistemi tecnologici […] È in grado di ipotizzare le possibili conseguenze di una decisione o di una scelta di tipo tecnologico […] Conosce e utilizza oggetti, strumenti e macchine di uso comune […]

SISTEMA ECONOMICO

LAVORO

1908 A New York le operaie delle industrie tessili scioperano per protestare contro le pessime condizioni di lavoro. Nello stabilimento scoppia un incendio e muoiono 129 operaie. L’8 marzo, giornata della donna, è a ricordo di questo tragico episodio.

1900

1898 Nasce in Italia la fondazione della Cassa nazionale di previdenza per l’invalidità e la vecchiaia degli operai. Nel corso degli anni si tramuta nell’attuale Istituto Nazionale della Previdenza Sociale (INPS).

1995 A Ginevra nasce il WTO, l’organizzazione mondiale del commercio. L’obiettivo è quello di favorire la diffusione del libero commercio tra tutti i Paesi del mondo abbattendo le barriere doganali.

1950

2000

1929 Il 29 ottobre la disperata vendita di azioni e depositi bancari a qualsiasi prezzo provoca il crollo della Borsa di Wall Street a New York. È l’inizio di un periodo di grande depressione che si diffonde anche in Europa.

Tecnologia eearee Tecnologia areeeconomiche economiche

UNITÀ

AREA 1

Evoluzione della tecnologia LEZIONE

1. Dagli utensili in pietra alle nanotecnologie Dai primi rudimentali strumenti per la caccia, le varie trasformazioni tecnologiche hanno permesso la creazione di robot e oggi, mediante le nanotecnologie, si cerca di comprendere le proprietà della materia su scala nanometrica, ovvero su grandezze dell’ordine di un nanometro (equivalente a un miliardesimo di metro), che più o meno corrisponde alla dimensione di un atomo.

L’uomo, da sempre, esprime se stesso attraverso pensieri, parole e comportamenti, ma anche grazie a manufatti artistici e tecnologici: la tecnologia fa parte quindi, a tutti gli effetti, della cultura umana e, al pari di quest’ultima, si trasforma continuamente. L’arte di levigare gli utensili di legno e di pietra è stata tra le prime attività che l’uomo ha imparato a svolgere. Questo modo di realizzare i primi rudimentali strumenti, che servivano per la caccia, altro non era che l’inizio di un processo tecnologico. In un primo tempo i manufatti si tramandavano così com’erano di padre in figlio. Successivamente prevalse la regola della modificazione: i prodotti tecnologici del passato erano presi come modelli da riprodurre, ma ogni volta si attuava una rigida selezione per stabilire quali servivano ancora e per scartare quelli di cui non si avvertiva più il bisogno. Ogni generazione proponeva così variazioni e innovazioni. Si cominciava a parlare, cioè, di trasformazioni tecnologiche. Comparve ben presto il concetto di accelerazione, ossia cambiamento continuo. L’accelerazione, associata alle scoperte scientifiche e all’industrializzazione con le sue macchine, si velocizzò ulteriormente sotto la forte spinta del computer, che negli ultimi decenni ha modificato l’organizzazione della società e del mercato. Il cammino tecnologico è continuato giungendo fino alla robotica che, in virtù della sua natura interdisciplinare, trova applicazione in molteplici contesti come quello medico (biorobotica), domestico (domotica), spaziale e industriale. Quest’ultimo è sicuramente il campo in cui i robot hanno trovato maggiore diffusione: il loro impiego nelle catene di montaggio, infatti, ha permesso alle industrie di abbattere i costi accelerando la produzione.

Evoluzione della tecnologia PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali motivazioni hanno dato impulso alle innovazioni tecnologiche? 2. C he cosa si intende per trasformazioni tecnologiche? 3. I n quali settori si fa uso delle nanotecnologie? 4. Q ual è la differenza tra tecnologia e tecnica?

UNITÀ 1

Oggi non esiste attività che non si affidi a tecnologie specifiche. Addentrandosi nei differenti ambiti ci si accorge subito di come le tecnologie assumano caratteristiche strettamente legate ai settori di riferimento. Essendo differenti i campi di applicazione, diverse sono le problematiche da affrontare e le risposte che la tecnologia può offrire. • La tecnologia alimentare ha come obiettivo quello di migliorare la produzione, la conservazione e la distribuzione degli alimenti per renderli sicuri, nutrienti e salutari. • Le tecnologie informatiche permettono, grazie alle applicazioni della fisica, della matematica e dell’elettronica, di creare avanzatissimi e sempre più veloci sistemi di trasmissione, ricezione e modifica delle informazioni, nonché sofisticati macchinari per il calcolo e l’elaborazione dei dati. • Le biotecnologie (o tecnologie biologiche) sviluppano processi capaci di modificare la struttura e la funzione di alcuni organismi viventi al fine di produrre materiali biologici da utilizzare in campo medico, agricolo o industriale. • La tendenza alla miniaturizzazione di alcuni settori tecnologici ha portato alle nanotecnologie, ossia processi tecnologici su scala infinitamente piccola che influenzano numerosi campi: elettronica, aeronautica, informatica, meccanica, chimica, medicina.

La tecnologia e la tecnica Il termine tecnologia definisce la disciplina finalizzata alla progettazione e alla realizzazione di oggetti o macchinari utili alla vita dell’uomo: un oggetto tecnologico si differenzia da altri perché costruito con una precisa finalità, che è quella di soddisfare una necessità. Così, bere l’acqua o mangiare ciò che ci viene offerto dalla natura non è un atto tecnologico. Lo diventa, invece, se questi prodotti vengono sottoposti a particolari procedimenti di conservazione, ad esempio se la frutta viene conservata sotto forma di sciroppo o succo e la carne viene insaccata o inscatolata. Alla base dello sviluppo tecnologico ci deve quindi essere sempre una conoscenza, basata sulla ricerca, che permette la costruzione di utensili, strumenti e macchine per tutti i settori della produzione. Le biotecnologie rappresentano una delle frontiere più promettenti della scienza, in grado di fornire all’umanità nuove opportunità per combattere malattie e denutrizione e per allargare gli orizzonti della conoscenza dei sistemi viventi. Al tempo stesso, pongono interrogativi riguardo a possibili rischi per l’ambiente e la salute umana.

La tecnica è, invece, un insieme di norme che si applicano per eseguire in maniera pratica un lavoro. Per capire meglio i due concetti si può prendere come esempio la costruzione di una figura geometrica o di un qualsiasi altro disegno. Naturalmente serviranno attrezzi, come squadre, compasso, matita oppure pennelli, tempere, pastelli. Gli strumenti usati per il lavoro sono i prodotti della tecnologia e il modo di realizzare il disegno è la tecnica. Ancora, nel gioco del calcio, le scarpe, la tuta, i parastinchi, la porta rappresentano la tecnologia; il modo di giocare indica la tecnica. È possibile quindi asserire che non può esistere tecnologia senza tecnica né tecnica senza tecnologia, perché i prodotti tecnologici hanno senso solo se utilizzati con una tecnica appropriata ed efficace.

Due professioni a confronto Il tecnico è un lavoratore con adeguate competenze, esperto in un preciso settore tecnologico. Se, ad esempio, si vuole far riparare un elettrodomestico oppure una tubatura dell’acqua o del gas, si chiama il tecnico, cioè colui che è in grado di riparare il danno. Il tecnologo è l’esperto di procedimenti tecnologici e offre risposte a problemi sia tecnici sia teorici. È un tecnologo, ad esempio, l’ingegnere che progetta oggetti concreti usando le teorie che i fisici o i matematici usano per scopi di pura conoscenza.

AREA 1

Tecnologia e aree economiche LEZIONE

2. Risorse naturali Le risorse Le risorse sono tutti gli elementi presenti nell’ambiente naturale che vengono usati dall’uomo per soddisfare i propri bisogni. Sono risorse l’acqua, il suolo, l’aria e le rocce che compongono la crosta terrestre, da cui si ricava la maggior parte degli elementi indispensabili per i processi industriali.

RISORSE

Materie prime

Si tratta di qualunque forma di materia disponibile in natura dalla quale è possibile ricavare dei prodotti o dei semilavorati (minerali, alberi, vegetali, petrolio).

Riserve

Sono costituite dall’insieme delle risorse presenti sulla Terra di cui si conosce la probabile o certa collocazione e sono economicamente sfruttabili dall’uomo con la tecnologia a sua disposizione.

Risorse esauribili

Risorse rinnovabili

Sono risorse la cui riserva è limitata nel tempo, per la difficoltà del materiale stesso a riformarsi in tempi accettabili (minerali, carbone e petrolio).

Sono le risorse legate al ciclo naturale della vita, che sono sempre disponibili per via del rinnovamento continuo (coltivazioni, aria, acqua, alberi, Sole).

I materiali PAROLE DELLA TECNOLOGIA Argilla: è una roccia

sedimentaria utilizzata nella realizzazione della ceramica e dei laterizi. Silice: è un minerale diffuso sulla crostra terrestre, utilizzato nella produzione del vetro.

Si definisce materiale qualunque elemento fisico prelevato dall’ambiente naturale e impiegato dall’uomo per ottenere prodotti utili al soddisfacimento dei propri bisogni. In relazione all’origine dei materiali si può compiere una netta distinzione tra: • materiali naturali, cioè quelli impiegati senza eccessive trasformazioni o sottoposti a minime lavorazioni finalizzate al loro impiego; • materiali artificiali, ottenuti da miscele di materie prime sottoposte a specifici processi industriali, trasformati con lo scopo di avere determinate prestazioni.

LINK ➜ STORIA I primi materiali conosciuti e usati dall’uomo, in ordine di necessità, furono il legno e la pietra, perché erano immediatamente disponibili e facilmente reperibili. Seguirono l’argilla, le fibre tessili, i metalli e tanti altri materiali. Con il passare del tempo e con le nuove scoperte, l’uomo imparò a trasformare i materiali naturali in prodotti aventi caratteristiche diverse da quelle di origine. Primo tra tutti fu il vaso di ceramica ottenuto con la cottura dell’argilla, e poi il vetro, che si ricava dalla lavorazione della silice.

I materiali naturali, a loro volta, sono classificati in: • materiali organici, ovvero di origine animale o vegetale, che si ricavano da esseri viventi in grado di riprodursi (legno, paglia, cotone, gomma); • materiali inorganici, ovvero di origine minerale, cioè composti naturali non in grado di riprodursi che si trovano sulla crosta terrestre (oro, argento, ferro, marmo, diamanti, sabbia). Una particolare tipologia di materiali inorganici è rappresentata dalle materie prime da cui si ricava energia, in particolare i combustibili fossili (carbone, petrolio, gas naturale).

Evoluzione della tecnologia

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Lo sviluppo sostenibile «Lo sviluppo sostenibile è quello sviluppo che consente alla generazione presente di soddisfare i propri bisogni senza compromettere la capacità delle future generazioni di soddisfare i loro propri bisogni». (Rapporto Brundtland, 1987)

Il vento, da cui si ottiene l’energia eolica, è una risorsa inesauribile e, se sfruttata senza creare impatto sull’ambiente, può essere considerata sostenibile perché non compromette la possibilità delle future generazioni di soddisfare i propri bisogni.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. S cegli degli oggetti realizzati in materiali diversi: analizzali e fornisci una descrizione relativa alla materia prima di cui sono composti. Stabilisci, poi, se gli oggetti con le stesse caratteristiche sono realizzati sempre con lo stesso materiale.

Nell’ultimo secolo il modello di sviluppo dei Paesi industrializzati si è basato sul consumo indiscriminato delle materie prime della Terra e delle risorse energetiche, soprattutto quelle di origine fossile, determinando tra l’altro l’inquinamento dell’ambiente. Ci si è quindi resi conto che la Terra e le sue risorse sono in pericolo e si è pertanto cercato di trovare soluzioni alle diverse problematiche ambientali. Nel 1992 fu redatta la Dichiarazione di Rio, ossia un codice di comportamento in cui sono fissati alcuni principi universali da realizzare su scala mondiale, nella quale si parla di sviluppo sostenibile. Il termine sostenibilità dello sviluppo indica una nuova modalità di vita e di progresso che: • permetta di utilizzare le risorse esauribili in maniera più «attenta», sia per non consumarle completamente sia per non provocare, estraendole e utilizzandole, un impatto negativo sull’ambiente; • utilizzi maggiormente le risorse inesauribili, ma in maniera oculata per non generare squilibri all’ecosistema (ad esempio, al taglio degli alberi deve seguire un appropriato rimboschimento); • non coinvolga in modo negativo l’aria, l’acqua e il suolo rilasciando nell’ambiente sostanze inquinanti e rifiuti; • sia attento alla salute dell’uomo. Lo sviluppo sostenibile deve essere supportato da cambiamenti nell’impostazione delle politiche economiche; non bisogna dimenticare, però, che è importante modificare anche i nostri comportamenti individuali se vogliamo lasciare alle generazioni future una Terra migliore rispetto a come l’abbiamo trovata.

CITTADINANZA ATTIVA L’impronta ecologica Ognuna delle azioni che compiamo ogni giorno ha un impatto sul pianeta. Molti sono stati i tentativi condotti dagli scienziati per misurare la correlazione tra azione compiuta e impatto ambientale, e una teoria interessante che esprime tale legame è quella dell’impronta ecologica. Il termine «impronta» indica una traccia che lasciamo nel terreno quando camminiamo; più siamo pesanti, più la traccia è profonda e indelebile. L’aggettivo «ecologica» ci rimanda alle problematiche legate all’ambiente e ai suoi ecosistemi. Ogni abitante del pianeta, con modi e ritmi differenti, mangia, si muove e consuma energia, in pratica utilizza risorse e produce rifiuti. Dal cittadino di New York a quello di un piccolissimo villaggio dell’Africa, tutti lasciano una traccia negli ecosistemi naturali. L’impronta ecologica è un metodo per calcolare la superficie di mare e di terra produttiva, cioè campi coltivati, pascoli e sottosuolo, necessaria a ogni uomo per soddisfare i propri bisogni di materie prime ed energia e per assorbire i rifiuti che produce. Permette, cioè, di verificare la stretta relazione tra lo stile di vita di un uomo e la quantità di natura necessaria alla sua sopravvivenza. Ognuno di noi utilizza varie risorse che provengono dalle più disparate località. Si pensi al tipo di legno utilizzato nei parquet o negli arredi delle nostre case, la cui provenienza è spesso esotica; si pensi al metano che proviene, tramite i metanodotti, da altri Paesi; oppure alle emissioni nocive del nostro impianto di riscaldamento, che contribuiscono a creare un inquinamento che si propaga nell’atmosfera. Ciascuno deve imparare a osservare l’effetto che i propri comportamenti quotidiani hanno sull’ambiente: solo così potremo capire se stiamo contribuendo alla salvaguardia o alla distruzione del nostro pianeta.

Tecnologia eearee Tecnologia areeeconomiche economiche

UNITÀ

AREA 1

2 Sistema

economico LEZIONE

3. Bisogni, beni, servizi I bisogni Gli elementi primari dell’evoluzione tecnologica sono stati, e sono tuttora, l’uomo e le risorse della natura: l’uomo è produttore di nuovi beni e contemporaneamente fruitore degli stessi. Spinto dalla necessità di sopravvivenza, l’uomo ha organizzato infatti le proprie capacità intellettive e creative al fine di sfruttare al meglio le riNel corso dei secoli il modello tradizionale di ciclo industriale sorse naturali per procurarsi i beni desiderati. Già in epoche è rimasto valido, le esigenze dell’uomo invece sono cambiate: primitive, quindi, si delineò quello che è diventato il monon sono più le situazioni di sopravvivenza a dettare le necessità, ma è il mercato stesso che prospera grazie alla dello tradizionale di ciclo industriale: nascita del bisogno – creazione di nuovi bisogni e nuovi modi per soddisfarli. utilizzo delle risorse per produrre i beni necessari – consumo. I bisogni possono essere primari, secondari o superiori. I bisogni rappresentano uno stato di insoddisfazione che spinge le persone a procurarsi ciò che è necessario per sodBISOGNI disfarlo. Alcuni bisogni sono individuali, cioè percepiti singolarmente, come la necessità di mangiare. Altri sono collettivi, avvertiti dalle persone in quanto membri di un certo contesto sociale, ad esempio il bisogno di istruzione, Primari Secondari Superiori di sicurezza o di comunicare. In genere i bisogni sono sogSono strettamente Tendono a migliorare Sono relativi alla gettivi, cioè variano da persona a persona, e sono variabili, legati alla la qualità della vita realtà culturale quindi cambiano nel tempo. Alcuni sono considerati più sopravvivenza (cibo, (istruzione, o sociale (viaggi, importanti e più urgenti da soddisfare: i bisogni sono quinvestiti, abitazione). automobile, divertimenti). di distinti in primari, secondari e superiori. elettrodomestici, arredi).

I beni I beni raggruppano i mezzi e gli strumenti in grado di soddisfare i bisogni. Forniscono una utilità, spesso soggettiva, soddisfacendo sia i desideri delle persone, cioè i consumatori, sia le esigenze delle imprese. I beni disponibili in natura in quantità illimitata e utilizzabili in modo gratuito, come l’aria e l’acqua, sono definiti beni liberi. Nel settore economico si prendono in considerazione solo i beni economici, disponibili in quantità limitata e per i quali occorre pagare un prezzo. È un bene economico tutto ciò

Sistema economico I beni destinati alla soddisfazione dei bisogni possono essere classificati in beni di consumo o beni strumentali.

BENI

Di consumo Sono quelli che soddisfano direttamente un bisogno (alimenti, vestiti, mobili).

Strumentali Sono utilizzati per ottenere beni di consumo (terreni per coltivare, macchinari per produrre oggetti).

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che viene prodotto dall’uomo attraverso una lavorazione e una trasformazione della materia prima. I beni possono anche essere distinti in base all’uso che ne viene fatto: • i beni di consumo soddisfano in maniera diretta il bisogno e non necessitano di ulteriori lavorazioni, ad esempio una torta; • i beni strumentali (o fattori di produzione) sono utilizzati per la produzione di altri beni, come la farina, lo zucchero e il lievito per preparare una torta. Un’altra distinzione riguarda le caratteristiche dei beni: • i beni durevoli soddisfano più volte il medesimo bisogno perché conservano le loro caratteristiche nel tempo, come una casa o un telefonino; • i beni non durevoli possono essere utilizzati una sola volta, ad esempio un alimento.

I servizi

Il medico di famiglia, che opera all’interno del Servizio Sanitario Nazionale, prescrive i farmaci tramite una ricetta. Presso la farmacia il paziente ritira il farmaco.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome vengono classificati i bisogni? E i beni? 2. Q uali sono i servizi privati e quali quelli pubblici? 3. Q ual è la differenza tra domanda e offerta?

I bisogni dell’uomo possono essere soddisfatti grazie a beni materiali o a servizi: questi ultimi sono legati allo svolgimento di determinate attività. I servizi possono essere di tipo privato o pubblico: • i servizi privati sono gestiti da professionisti che mettono a disposizione dei cittadini le proprie prestazioni a pagamento (ad esempio avvocati, medici, istruttori); • i servizi pubblici, come l’istruzione, la sanità, la sicurezza o la giustizia, sono offerti ai cittadini direttamente dallo Stato tramite l’Amministrazione Pubblica, grazie a specifici Ministeri. Il servizio di istruzione pubblica, ad esempio, è garantito dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, che stabilisce le politiche educative, attuate poi localmente dagli uffici regionali e dalle istituzioni scolastiche. La tutela della salute è garantita, invece, dal Servizio Sanitario Nazionale, che assicura un’assistenza medica e l’accesso ai servizi ospedalieri.

L'economia di mercato Inizialmente il rapporto tra bisogno, bene e attività era di tipo diretto: l’uomo necessitava di un’ascia per andare a cacciare, o di una sedia per sedersi, e grazie alle risorse naturali a sua disposizione li costruiva. Questo rapporto divenne nel giro di breve tempo di tipo indiretto: grazie all’attività, infatti, l’uomo cominciò a produrre il denaro necessario all’acquisto di beni o servizi prodotti da altri. I beni prodotti dalle imprese prendono il nome di merce. Tutto ciò che è merce viene gestito in uno spazio molto importante, chiamato mercato. Le imprese basano il loro successo sul mercato su due fattori: domanda e offerta. Con il termine domanda si indica la volontà dei consumatori di acquistare, con il termine offerta si indicano i beni e i servizi immessi sul mercato. Tutti i beni sono offerti per soddisfare dei bisogni, pertanto chi acquista offre in cambio un altro bene, che si chiama moneta. Il valore che si attribuisce alla merce per effettuare tale scambio prende il nome di prezzo.

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Tecnologia e aree economiche LEZIONE

4. Nozioni di economia LINK ➜ STORIA L’economia ha sempre accompagnato il percorso dell’uomo, sin da quando fece la sua comparsa sulla Terra. Inizialmente tutti i beni prodotti erano finalizzati unicamente alla sopravvivenza del nucleo familiare e si usavano quindi esclusivamente al suo interno. Successivamente, migliorarono le condizioni di vita e nacque la necessità di operare scambi di tipo commerciale con altre persone o popoli. Questa esigenza era particolarmente sentita quando i propri beni non garantivano la sopravvivenza della famiglia. Tali nuovi rapporti socioeconomici hanno avuto inizio col baratto, che consisteva nello scambio di un bene con un altro bene. A tutt’oggi tale elementare sistema di scambio continua a essere in uso presso i Paesi meno sviluppati.

L’economia è l’insieme delle attività produttive compiute per soddisfare una serie di bisogni. Riguarda quindi la realizzazione di beni e servizi, la loro distribuzione, il consumo e gli scambi effettuati per procurarsi i prodotti necessari. I pilastri portanti dell’attività economica sono la produzione e il consumo. La produzione è intesa come un’attività per ottenere, tramite diversi processi di trasformazione, nuovi beni. Per la produzione di un bene servono differenti tipologie di risorse: naturali, umane, finanziarie e tecnologiche.

PRODUZIONE

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Economia: è la scienza che studia il comportamento relativo alla produzione, alla distribuzione e al consumo dei beni. Settori produttivi: sono costituiti dall’insieme delle attività lavorative svolte dagli individui per ottenere beni materiali o servizi per la persona. Quando durante l’intervallo scolastico consumi la merenda stai compiendo un puro atto economico, che è composto dall’acquisto di un bene (mela, panino, focaccia, crackers) e dal suo consumo. Tale azione è determinata dal bisogno di sfamarsi e questo bisogno rappresenta una condizione che induce la persona a soddisfarlo, incentivando così l’attività economica e di conseguenza lo sviluppo dell’economia.

Risorse naturali

Risorse umane

Rappresentano tutte le risorse minerarie, vegetali e animali presenti sulla Terra.

Sono costituite dalle attività manuali o di ricerca compiute per produrre beni.

Risorse finanziarie Rappresentano il denaro a disposizione dell’uomo per soddisfare i propri bisogni (consumo), i bisogni futuri (risparmio) e per le attività produttive (investimento).

Risorse tecnologiche Sono costituite da informatica, robotica, elettronica, biotecnologie, che intervengono in tutte le attività produttive.

Il consumo avviene quando l’uomo acquista con il denaro i beni (ad esempio un gelato, quaderni, giochi ecc.) per soddisfare un proprio bisogno e li utilizza. A questi si aggiunge il risparmio, dato dalla spesa non effettuata per un bene, con lo scopo di avere una disponibilità economica per il futuro.

I settori produttivi Tutte le attività economiche sono raggruppate a seconda della funzione del settore produttivo: si parla quindi di settore primario, secondario, terziario e terziario avanzato.

Il settore primario Tutte le attività lavorative svolte per ottenere i beni primari indispensabili per la vita dell’uomo appartengono al settore primario. Questo comprende l’agricoltura, la silvicoltura, la zootecnia, la pesca e le attività estrattive. L’agricoltura fornisce quanto di commestibile possiamo trovare giornalmente sulla nostra tavola, come verdura, frutta, grano per il pane e la pasta, oltre ai prodotti indispensabili per l’allevamento zootecnico. La pesca si occupa dello sfruttamento delle risorse delle acque marine, di fiume o di lago. La silvicoltura è rivolta alla coltivazione dei boschi per ricavare legname. Le attività estrattive consistono nello sfruttamento delle riserve da cui si estraggono tutti i minerali presenti sulla Terra, come ferro, rame, oro, ma riguardano anche l’estrazione delle risorse energetiche naturali, quindi carbone, petrolio e gas naturale.

Sistema economico

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Il settore secondario Tutte le attività lavorative finalizzate alla trasformazione delle materie prime in prodotti semilavorati o prodotti finiti appartengono al settore secondario. Esso è quindi strettamente legato al settore primario, perché non avrebbe motivo di esistere se non vi fossero le materie prime da trasformare. Al settore secondario appartengono l’industria del legno, del vetro, della ceramica, quella conserviera, tessile, metallurgica, meccanica, chimica e molte altre.

Fanno parte del settore secondario anche l’edilizia e la produzione energetica.

Le attività svolte nei laboratori di ricerca, finalizzate a sviluppare le conoscenze scientifiche e tecnologiche, appartengono al terziario avanzato: forniscono, infatti, un servizio caratterizzato da un elevato livello tecnologico e di specializzazione.

Il settore terziario Tutte le attività finalizzate alla vendita dei beni prodotti e alla fornitura dei vari servizi, inclusi quelli di pubblica utilità, appartengono al settore terziario. Per questo motivo, il terziario è anche chiamato settore dei servizi. Questi servizi possono essere destinati alla vendita (ad esempio i trasporti, il commercio, l’attività bancaria, il turismo); oppure si parla di servizi non destinati alla vendita, che generalmente sono a carico dell’Amministrazione Pubblica, come la giustizia, la sanità, la sicurezza, l’istruzione, la previdenza sociale. Il settore terziario avanzato o quaternario È un settore di ultima generazione, al quale appartengono le attività di ricerca scientifica o di sviluppo di programmi informatici, capaci di gestire le macchine per la produzione e che offrono un valido supporto nella gestione amministrativa delle società avanzate. Poiché si tratta di un settore sempre più vasto e specializzato, è anche definito quaternario per meglio distinguerlo dal settore terziario tradizionale. Fanno parte del quaternario le imprese informatiche, le software house, le società di telecomunicazione, quelle che offrono servizi di selezione del personale, consulenza aziendale, design, grafica e progettazione, i laboratori pubblici e universitari di ricerca, le agenzie pubblicitarie, di marketing e di relazioni pubbliche. A questo settore appartengono anche le imprese che si occupano di ricerche economiche e di mercato, di attività assicurative, di consulenza e analisi finanziaria. Le figure professionali nei diversi settori produttivi Nell’intero mondo del lavoro per ciascuna mansione esiste una figura professionale specifica. Oggi ai lavori tradizionali si affiancano professioni innovative, che riguardano principalmente i settori economici più tecnologicamente avanzati.

IMMAGINA E PROGETTA 1. Q uale lavoro svolgono i tuoi genitori? A quale settore economico appartiene? Quale lavoro vorresti svolgere tu in futuro?

Primario

Agricoltore, pescatore, allevatore, pastore, perito agrario, agronomo, boscaiolo, minatore.

Secondario

Imprenditore, artigiano (muratore, elettricista, idraulico, imbianchino, carpentiere, falegname, sarto, calzolaio), operaio (metalmeccanico, tessile, chimico), meccanico.

Terziario

Impiegato, insegnante, medico, infermiere, giornalista, cuoco, cameriere, agente turistico, parrucchiere, ragioniere, commercialista, geometra, architetto, ingegnere, dirigente, direttore di banca, avvocato, giudice, poliziotto, carabiniere, soldato, deputato, senatore.

Terziario avanzato Ricercatore, programmatore informatico, designer, pubblicitario, assicuratore, consulente finanziario.

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Tecnologia e aree economiche LEZIONE

5. Impresa, produzione, distribuzione PAROLE DELLA TECNOLOGIA Impresa: è un’attività

economica svolta da una persona, chiamata imprenditore, che si accolla tutte le spese e i rischi a fronte di un proprio guadagno.

Le imprese industriali sono un complesso di persone che, con l’ausilio di macchine, trasformano le materie prime in nuovi prodotti destinati al consumo.

La produzione di beni e servizi è affidata alle imprese, organismi economici finalizzati allo scambio per ottenere un utile, cioè un guadagno; non si può quindi considerare impresa l’attività svolta da un contadino che produce beni solo per soddisfare i bisogni della sua famiglia. Per realizzare un’impresa sono necessari almeno tre elementi.

IMPRESA

Imprenditore

Capitale

L’imprenditore è colui che ha un’idea imprenditoriale, la quale deve poter essere trasformata in impresa.

È il denaro che l’imprenditore o i soci si impegnano a mettere a disposizione della società per iniziare l’attività.

Dipendenti I dipendenti, assunti dall’imprenditore, sono persone che ricevono un compenso chiamato salario.

I tipi di impresa Le imprese pubbliche Nelle imprese pubbliche il capitale investito appartiene allo Stato o a enti pubblici. Il lavoro è svolto da strutture o aziende la cui funzione è quella di fornire servizi di interesse per la collettività, cioè per tutti i cittadini (Ministeri, Regioni, Comuni, Enti locali, sanità, scuola, trasporti). Le imprese private Nelle imprese private il lavoro è organizzato per produrre dei beni da vendere, al fine di conseguire un guadagno. Quando la gestione dipende da una sola persona si parla di impresa individuale; se invece più persone (definite soci) fanno parte della gestione, si parla di impresa collettiva. Le imprese collettive possono assumere il carattere di società di persone o società di capitali. Nelle società di persone i soci sono responsabili con tutto il loro patrimonio. Nelle società di capitale il rischio imprenditoriale è pari al capitale sociale e solo su quest’ultimo si possono rivalere i creditori. Le imprese private possono essere industriali, commerciali, artigiane o cooperative. Le imprese industriali Le industrie trasformano le materie prime in prodotti finiti. Ne esistono di diverse tipologie, specializzate nei settori più disparati e sono classificate in piccole, medie e grandi imprese in funzione dei dipendenti, del fatturato e del bilancio.

LINK ➜ STORIA Già nella preistoria, l’uomo aveva creato una prima forma elementare di industria, definita industria litica, nella quale le pietre venivano trasformate in armi e utensili vari. Per millenni la trasformazione dei materiali si è basata unicamente sulla lavorazione eseguita da persone manualmente abili. Soltanto di recente, e grazie alla scoperta dell’energia, nel campo del lavoro si è avuta una profonda innovazione tecnologica dovuta alla Rivoluzione industriale, iniziata in Inghilter-

ra tra la fine del XVIII e l’inizio del XIX secolo. Grazie all’invenzione delle macchine cambiò radicalmente il modo di lavorare, perché divenne possibile inserire la meccanizzazione dei processi produttivi in sostituzione della manodopera, determinando così l’incremento della produzione dei manufatti. Le prime innovazioni tecnologiche sono state introdotte nel settore tessile inglese, per poi diffondersi in molti Stati coinvolgendo nella modernizzazione tutti i settori produttivi.

Sistema economico Il commercio al dettaglio indica la compravendita di merce in piccole quantità e riguarda, perciò, tutti i prodotti che quotidianamente acquistiamo nei supermercati, nei negozi, nei centri commerciali, nei mercati.

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Per poter dare vita a un processo industriale occorrono le materie prime, cioè tutti i materiali adatti a essere trasformati dall’industria. Le materie prime subiscono una serie di trattamenti che le rendono adatte alle successive lavorazioni, trasformandole in materiali semilavorati. I semilavorati vengono poi sottoposti a lavorazioni di vario genere divenendo prodotti finiti, adatti a essere commercializzati. I prodotti finiti sono tutti gli oggetti che escono dal processo produttivo e sono pronti per soddisfare i bisogni dei consumatori finali. Le imprese commerciali Le imprese commerciali provvedono allo scambio di beni e servizi sia all’ingrosso sia al dettaglio. • Commercio all’ingrosso: l’attività prevede l’acquisto di grossi quantitativi di merce da rivendere ad altre figure commerciali oppure la creazione di grosse strutture per la vendita specializzata in un unico settore merceologico, come abbigliamento, calzature, arredamento. • Commercio al dettaglio: prevede l’acquisto di piccole quantità di merce dai grossisti o dai produttori, che vengono poi rivendute direttamente al consumatore. Le imprese artigiane L’artigianato è un’attività lavorativa finalizzata a produrre, prevalentemente a mano o con l’ausilio di attrezzi e macchinari semplici, oggetti d’uso in piccole quantità o addirittura in pezzi unici: se gli articoli sono fabbricati in serie, cioè se ne fanno tanti pezzi tutti uguali, non si parla più di artigianato ma di industria.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la definizione di impresa? 2. Q ual è la funzione delle imprese pubbliche? Quale quella delle imprese private? 3. C ome vengono classificati i canali della distribuzione? 4. C he cosa si intende per e-commerce?

Le imprese cooperative Le cooperative sono associazioni di persone che si uniscono per soddisfare i propri comuni bisogni economici, sociali e culturali. A differenza delle società di capitali, il cui fine ultimo è ottenere un guadagno, le società cooperative hanno come scopo la mutualità, cioè i soci della cooperativa vi partecipano non per conseguire un profitto personale ma per ottenere beni, servizi oppure occasioni di lavoro.

I canali della distribuzione Il successo commerciale di un’impresa si realizza solo nel caso in cui le entrate, cioè il guadagno, siano maggiori delle uscite, cioè le spese. A tale traguardo concorrono una buona diffusione pubblicitaria, per far conoscere le caratteristiche del prodotto, e i canali distributivi (il percorso che la merce compie fino ai punti vendita). Questi ultimi possono essere: • di tipo diretto, se il prodotto industriale o agricolo viene offerto direttamente dal produttore al consumatore; • di tipo breve, se tra il produttore e il consumatore si interpone soltanto la figura del dettagliante; in questo caso i prodotti trattati sono generalmente durevoli nel tempo; • di tipo lungo, se tra il consumatore e il produttore ci sono due intermediari, come il grossista e il dettagliante. L’intervento di più intermediari comporta inevitabilmente un aumento dei costi sul prodotto che il consumatore acquisterà.

L'e-commerce Internet ha permesso di sviluppare il commercio elettronico, comunemente detto e-commerce. La forma più utilizzata si avvale di un sito Web dove è presente un catalogo da cui l’utente può visualizzare il prodotto, sceglierlo e pagare con carta di credito, bonifico bancario o contrassegno. La merce viene quindi spedita tramite corriere o servizio postale e viene recapitata al proprio domicilio in tempi solitamente rapidi.

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Tecnologia e aree economiche LEZIONE

6. Finanza

PAROLE DELLA TECNOLOGIA ABI: è il codice della banca o dell’istituto di credito. CAB: è il codice relativo alla filiale della banca o dell’istituto di credito. Azioni: sono documenti che rappresentano le quote di partecipazione al capitale di un’azienda da parte di un socio. Forniscono a chi le possiede un guadagno (dividendo). Obbligazioni: sono titoli di credito a reddito fisso emessi da una società per azioni o dallo Stato che forniscono al possessore un interesse e gli attribuiscono, alla scadenza, il diritto al rimborso della somma prestata.

Il sistema bancario La banca è un’impresa privata che funge da intermediario tra i soggetti che le affidano in deposito il proprio denaro e coloro che hanno bisogno di prendere a credito questo denaro. Come tutte le imprese, la banca ha costi e ricavi. Oltre ai costi per la gestione, ad esempio quelli per il personale, le sedi e le filiali, i costi sostenuti dalla banca sono dettati dagli interessi (definiti attivi) che essa deve pagare a coloro che le hanno affidato il denaro; si parla in questo caso di operazioni passive. Concedere a credito il denaro è, invece, un ricavo per la banca perché frutta una certa somma (definita interesse passivo), pagata da chi prende in prestito il denaro, il quale deve essere restituito alla banca alla scadenza prevista. Agli interessi passivi si aggiungono le commissioni per i servizi resi alla clientela: tutte queste si chiamano operazioni attive.

LINK ➜ MATEMATICA Gli istituti di credito svolgono due fondamentali operazioni: operazioni passive e attive. Per queste operazioni percepiscono un guadagno. Alberto deposita in banca 2 000 euro.

La banca paga ad Alberto il 2% annuo di interessi attivi, pari a 40 euro.

Operazioni attive La banca presta a un’impresa 2 000 euro.

L’impresa paga alla banca l’8% di interessi passivi, pari a 160 euro.

Interessi pagati dalla banca ad Alberto

Operazioni passive

La carta ricaricabile prepagata è spesso utilizzata per gli acquisti in Internet: non essendo associata a un conto corrente, il rischio di eventuali frodi è limitato solamente all’importo precedentemente caricato.

Interessi pagati dall’impresa alla banca 160 – 40 = 120 Guadagno della banca

I prodotti bancari Gli istituti bancari offrono ai propri clienti numerosi servizi e prodotti bancari. • Conto corrente: la persona che versa alla banca dei soldi, come lo stipendio o altri tipi di entrate, diventa titolare di un conto corrente (si chiama allora correntista); sul conto viene registrato l’insieme delle operazioni di debito e di credito tra la banca e il correntista. A ogni correntista è attribuito un codice IBAN (International Bank Account Number), composto da una serie di numeri e lettere che identificano il Paese in cui il conto è tenuto, la banca, la filiale e il numero di conto corrente di ciascun cliente. • Assegno bancario: è uno strumento di pagamento che sostituisce il denaro contante; con un assegno bancario una persona o un’impresa può quindi pagare altre persone. Gli assegni bancari sono raccolti in appositi libretti dove, oltre alle informazioni della banca (ABI e CAB), è riportato il numero di conto corrente del correntista. • Assegno circolare: viene emesso dalla banca a chiunque versi una determinata somma di denaro per avere in cambio un titolo di eguale valore. • Carta di credito e bancomat: sono tessere fornite di una banda magnetica o di un microchip. Sono emessi da una banca o un altro istituto di credito ai titolari di conti

Sistema economico

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correnti; chi li possiede può effettuare pagamenti o prelievi di denaro in tutto il mondo. • Carta di credito ricaricabile: è la più utilizzata dai ragazzi o da chi non possiede un conto corrente. Per ottenerla occorre versare anticipatamente una somma di denaro presso una qualsiasi banca. • Home banking (banca online): si tratta di servizi bancari, quindi pagamenti, bonifici, ricariche telefoniche o compravendita di titoli, che il Il racket, o pizzo, è un’attività criminale volta cliente può effettuare sul sito della banca, 24 ore su 24, tramite un aca ottenere dal proprietario di un negozio, una fabbrica o un cantiere il pagamento periodico cesso a Internet. di una somma di denaro, in cambio dell’offerta • Cambiale: è un mezzo di pagamento posticipato; può essere di due tipi: di protezione da intimidazioni e minacce. cambiale pagherò e cambiale tratta. La cambiale pagherò coinvolge due L’usura è un reato che consiste nello sfruttare soggetti: l’emittente che deve dei soldi e un’altra persona, detta benefiil bisogno di denaro di un individuo ciario, che riscuoterà la somma riportata sulla cambiale, nei tempi staconcedendo un prestito a un tasso d’interesse biliti. Nella cambiale tratta, invece, sono coinvolti tre soggetti: l’emittensuperiore a quello legale, procurandosi un forte te, detto traente, ordina a un’altra persona, chiamata trattario, di pagare guadagno illecito. il debito a una terza persona, il beneficiario, entro il termine stabilito. • Bonifico bancario: si effettua tra correntisti per inviare soldi, effettuare pagamenti o trasferire una certa somma di denaro da una banca a un’altra. PUNTI DI DOMANDA La banca gestisce inoltre: 1. Q uali sono le • servizi e prodotti di finanziamento: mutui, crediti ipotecari; principali funzioni • servizi e prodotti di investimento: emissioni di titoli, fondi comuni di investimento; svolte dalle banche? • servizi e prodotti previdenziali assicurativi: polizza temporanea, trattamento di fine 2. C he cosa si intende rapporto, rendita vitalizia. con il termine assicurazione? 3. C he cos’è la Borsa Valori? 4. Q ual è la differenza tra inflazione e svalutazione?

La polizza RCA è l’assicurazione di responsabilità civile che è obbligatorio stipulare per guidare un veicolo a motore. Con il pagamento del premio, la compagnia si assume la responsabilità di pagare i danni causati dall’assicurato a terze persone nel corso di un eventuale sinistro stradale.

L'assicurazione Con il termine assicurazione si intende il contratto con il quale un soggetto, detto assicuratore, dietro pagamento di una somma di denaro, chiamata premio assicurativo, risarcisce una persona, detta assicurato, del danno prodotto da un determinato evento (incidente stradale, furto, incendio) oppure è il pagamento di un capitale o una rendita al verificarsi di una certa circostanza riguardante la vita umana (infortunio, malattia, morte). Tale contratto si definisce aleatorio poiché l’assicurato deve pagare il premio per tutta la durata del contratto, senza la certezza che l’evento dannoso si verifichi.

La Borsa Valori La Borsa Valori è un mercato dove venditori e compratori possono negoziare valori mobiliari, cioè azioni e obbligazioni, valute estere e merci. La compravendita di titoli è regolamentata da precise regole e si svolge, oggi, attraverso un circuito telematico. La Borsa è un organismo importante in quanto permette alle aziende che cercano risorse economiche per sostenere la propria produzione di entrare in contatto con gli investitori, che «prestano» il loro denaro in cambio di interessi. Anche lo Stato, per finanziare il proprio debito pubblico, emette obbligazioni, che sono quotate in Borsa.

L'inflazione e la svalutazione L’inflazione rappresenta l’aumento persistente, diffuso e generalizzato del livello dei prezzi dei beni, che riduce il potere d’acquisto della moneta. La svalutazione è, invece, la perdita di valore di una moneta nei confronti della valuta di altri Paesi. Rende più costose le merci importate, andando così a influenzare l’inflazione.

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Tecnologia e aree economiche LEZIONE

7. Globalizzazione Con il termine globalizzazione si indica la nascita e la formazione, a partire dagli anni Novanta, di un nuovo processo mondiale, la cui caratteristica fondamentale è l’interdipendenza economica, sociale e culturale di ogni zona del mondo. L’Organizzazione per la Cooperazione Economica e lo Sviluppo (OCSE) definisce la globalizzazione come «un processo attraverso cui mercati e produzione nei diversi Paesi diventano sempre più dipendenti tra loro, a causa della dinamica dello scambio di beni e servizi, e attraverso i movimenti di capitale e tecnologia». Secondo i principi della globalizzazione ciascun imprenditore può trasferire ogni fase della produzione nel Paese che gli offre le migliori condizioni economiche, ovvero il maggior profitto (ad esempio la Cina o l’India).

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la principale caratteristica del processo di globalizzazione? 2. C he cosa sono le multinazionali? 3. C he cosa si intende per «globalizzazione dei diritti»?

La globalizzazione si basa sulla liberalizzazione della produzione. Ciò è reso possibile dalla riduzione delle barriere doganali, dalla libera circolazione di beni e servizi, dalla liberalizzazione dei mercati finanziari, dalla possibilità di dislocare ovunque i vari processi produttivi, grazie anche alla facilità dei collegamenti. Gli oppositori alla globalizzazione, definiti no-global, pensano che l’accesso aperto e non regolamentato ai mercati mondiali, consentirà alle grandi multinazionali di distruggere i piccoli produttori locali senza preoccuparsi degli eventuali costi sociali o ambientali.

Il ruolo delle multinazionali In questo contesto si affermano le multinazionali, cioè grosse società con il centro direttivo in un unico Paese e le attività produttive e commerciali dislocate in altri Paesi. Sono gruppi industriali potentissimi, in grado di influenzare le scelte politiche ed economiche di alcuni governi. I Paesi in via di sviluppo sono soggetti deboli e facilmente sfruttabili e i profitti che essi potrebbero impiegare per il loro progresso finiscono invece nelle mani degli azionisti delle multinazionali. A livello internazionale alcuni Paesi hanno aumentato i ricavi grazie alle esportazioni, ma per i Paesi più poveri le condizioni di vita non sono migliorate.

La diffusione delle informazioni La globalizzazione si riferisce anche allo sviluppo delle informazioni e alla diffusione dei mezzi di comunicazione di massa, soprattutto Internet, che consentono di superare i limiti dei confini nazionali. Oggi, infatti, le informazioni viaggiano rapidamente in ogni parte del globo. Se è vero che attraverso Internet si diffonde la cultura dell’Occidente ed esiste il rischio di un’omologazione culturale, è anche vero che Internet permette la circolazione di idee, informazioni e conoscenze e può perciò divenire il mezzo tramite cui proteggere la diversità, le idee di libertà e la democrazia. Computer e Internet, usati correttamente, possono essere un mezzo per facilitare la circolazione di idee e conoscenze in modo globale.

I governi dei vari Paesi dovrebbero sviluppare le potenzialità del fenomeno di globalizzazione e, anziché farne un sistema che minaccia i poveri e tutela gli interessi delle multinazionali, sviluppare un modello reale di interdipendenza nel quale si concretizzi l’idea di un mondo veramente migliore. Ciò può essere compiuto solo attraverso un impegno concreto per attuare il processo di globalizzazione dei diritti, che significa rispetto per l’ambiente, eliminazione della povertà, diritto allo studio, abolizione della pena di morte e diritti uguali in tutto il mondo.

Sistema economico

UNITÀ 2

TECNOLOGIE SOSTENIBILI LEZIONE

8. Green economy Il termine green economy, ormai entrato a far parte del vocabolario quotidiano, indica un nuovo modello economico che non si basa esclusivamente sul guadagno, ma prende in considerazione altri fattori: l’ambiente e la società. La green economy viene definita dalla Commissione Europea come «un’economia che genera crescita, crea lavoro e sradica la povertà investendo e salvaguardando le risorse del capitale naturale da cui dipende la sopravvivenza del nostro pianeta».

A volte non è necessario illuminare «a giorno» strade e gallerie. L’economia verde include il risparmio energetico ottenuto sia modificando le regole e i comportamenti in modo che ci siano meno sprechi, sia con tecnologie in grado di trasformare l’energia da una forma all’altra in modo più efficiente (efficienza energetica).

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa indica il termine green economy? 2. Quali sono i principi della green economy in materia di ambiente? 3. Che rapporto intercorre tra green economy e mondo del lavoro?

Il rispetto dell'ambiente

Il sistema promosso dalla green economy tiene conto dell’ambiente, valutando che l’impatto ambientale rimanga contenuto entro limiti accettabili. Si cerca, infatti, di contenere il consumo delle risorse non rinnovabili (carbone, petrolio, gas naturale) favorendo invece quelle rinnovabili (come il solare, l’eolico). Inoltre, si ricorre a tecnologie innovative per aumentare l’efficienza energetica negli impianti industriali e nelle abitazioni, limitando gli sprechi. Particolare attenzione è rivolta al ciclo di produzione e consumo, studiato per ridurre al minimo i rifiuti e gli scarti. Questo modello economico prevede infatti che i rifiuti, opportunamente raccolti, vengano avviati al riciclaggio per essere reimmessi come materie prime secondarie in un nuovo ciclo di produzione. Altri fattori importanti sono la protezione della biodiversità, per produrre in modo sostenibile senza penalizzare le generazioni future, e la tutela del paesaggio, limitando l’inquinamento.

L'importanza dell'ambito sociale La green economy considera anche gli aspetti che riguardano la società e l’equità: è quindi improntata a migliorare le condizioni lavorative di ogni individuo cercando di eliminare lo sfruttamento e gli abusi. L’obiettivo è quindi quello di conciliare la crescita economica e l’equa distribuzione delle risorse, così da attuare il progresso tecnologico rispettando gli equilibri sociali e ambientali, per migliorare la qualità dell’ambiente in cui viviamo e quindi della nostra vita.

I cambiamenti nel mondo del lavoro La green economy sta apportando delle modifiche nelle tecniche produttive di beni e servizi e nel mercato del lavoro: stanno nascendo nuove figure professionali, alle quali sono richieste competenze specifiche nel settore delle energie rinnovabili, nell’industria, nell’agricoltura, nell’alimentazione e nell’edilizia. Slow Food è un’associazione internazionale che opera per promuovere l’interesse legato al cibo come portatore di piacere, cultura, tradizioni e identità. Inoltre promuove uno stile di vita, oltre che alimentare, anche rispettoso dei territori e delle tradizioni locali e conforme ai concetti di giustizia sociale negli ambienti di produzione e di commercializzazione.

IN BREVE LEZIONE 3

Bisogni, beni, servizi I bisogni possono essere primari, secondari o superiori. Quelli primari sono legati alla sopravvivenza; i secondari migliorano la qualità della vita; quelli superiori sono legati alla realtà culturale o sociale. I mezzi per soddisfare i bisogni sono i beni. I beni possono essere classificati in beni di consumo (come alimenti, vestiti, mobili) o beni strumentali: terreni per coltivare, macchinari per produrre.

LEZIONE 4

Nozioni di economia L’economia è l’insieme delle attività produttive compiute per soddisfare una serie di bisogni. Tutte le attività economiche sono raggruppate in base alla funzione del settore produttivo: si parla quindi di settore primario, secondario, terziario, terziario avanzato. Settore primario: comprende l’agricoltura, la silvicoltura, la zootecnia, la pesca, le attività estrattive. Settore secondario: comprende le attività per la trasformazione delle materie prime in prodotti semilavorati o finiti: industria del legno, del vetro, della ceramica, conserviera, tessile, metallurgica, meccanica, chimica. Settore terziario: comprende le attività finalizzate alla vendita dei beni prodotti e dei servizi, inclusi quelli di pubblica utilità, come trasporti, commercio, attività bancarie, turismo, e quelli a carico dell’Amministrazione Pubblica: giustizia, sanità, sicurezza, istruzione, previdenza sociale. Settore terziario avanzato: comprende le attività di ricerca scientifica e quelle del settore informatico.

LEZIONE 5

Impresa, produzione, distribuzione La produzione di beni e servizi è affidata alle imprese. Per creare un’impresa sono necessari un imprenditore, il capitale e dei dipendenti. Le imprese possono essere pubbliche o private. In quelle pubbliche il capitale investito appartiene allo Stato o a enti pubblici; forniscono servizi di interesse per la collettività. Nelle imprese private il lavoro è organizzato per produrre beni o servizi e conseguire un guadagno. Si distingue tra imprese industriali (a seconda della capacità produttiva possono essere piccole, medie e grandi), imprese commerciali all’ingrosso o al dettaglio, imprese artigiane e imprese cooperative.

LEZIONE 6

Finanza La banca è un’impresa privata che fa da intermediario tra i soggetti che le affidano in deposito il proprio denaro e coloro che hanno bisogno di prendere a credito del denaro. Tra i servizi che la banca offre ai propri clienti vi sono il conto corrente, l’assegno bancario, l’assegno circolare, la carta di credito e il bancomat, la carta di credito ricaricabile, l’home banking, la cambiale e il bonifico bancario.

LEZIONI 7 E 8

Globalizzazione La globalizzazione si basa sulla libera circolazione di beni e servizi e sulla possibilità di dislocare la produzione ovunque nel mondo. In questo contesto si affermano le multinazionali, gruppi industriali potentissimi in grado di influenzare le scelte politiche ed economiche dei governi.

Green economy La green economy è un modello economico che non si basa solo sul guadagno, ma cerca di conciliare la crescita economica e l’equa distribuzione delle risorse, rispettando gli equilibri sociali e ambientali.

UNITÀ 2

Sistema economico

ESERCIZI Conoscenze

5. Inserisci i termini mancanti. 1. La .............................................. prende in affido il denaro dei clienti, ai

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

quali deve poi pagare degli interessi, definiti .................................... .

1. Il bisogno di istruzione e quello di sicurezza V F sono considerati bisogni individuali.

2. La banca presta denaro in cambio del pagamento di una

2. I beni disponibili in quantità illimitata, come l’aria V F e l’acqua, sono definiti beni liberi.

3. I ........................................... possono ricorrere al bonifico bancario per

3. Mangiare, bere e vestirsi sono bisogni primari.

certa somma, chiamata interesse

effettuare ................................... o trasferire somme ad altre banche. 4. La Borsa Valori è un

2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

..............................................

....................................

in cui vengono negoziati

titoli, emessi da aziende private o anche dagli

...............................

1. Le attività svolte per ottenere un bene primario V F appartengono al settore secondario.

6. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

2. Il baratto è uno scambio di beni.

società – multinazionali – no-global – Paesi – globalizzazione

3. Le attività edilizie fanno parte del settore secondario.

1. I movimenti di opinione che si oppongono alla

3. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. Rivoluzione industriale – prodotti – XIX – macchine – XVIII – commercianti – dettaglio

sono definiti

..............................................

..............................

2. Le ..................................... sono grandi ....................................... che svolgono le attività produttive e commerciali in diversi .................................... .

1. Tra la fine del ......................................... e l’inizio del ......................................... secolo è avvenuta una profonda innovazione tecnologica chiamata .............................................. .

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. L’industria è un complesso di persone che, impiegando delle ......................................................................, eseguono dei lavori per trasformare le materie prime in nuovi ....................................................... destinati al consumo. Questi vengono distribuiti dai ......................................................., che si suddividono in commercianti all’ingrosso e al .............................................. .

2. Con il processo di globalizzazione sono V F incrementate le barriere doganali.

4. Individua l’intruso. 1. Quale tra questi elementi non è necessario per formare un’impresa? a  imprenditore b  capitale c  laboratorio di ricerca 2. Quale delle seguenti definizioni non indica una tipologia dei canali distributivi? a  di tipo diretto b  di tipo artigianale c  di tipo breve d  di tipo lungo

1. I computer e Internet hanno favorito il commercio V F internazionale.

8. Individua l’intruso. 1. Quale delle seguenti azioni non è una politica della green economy? a  favorire l’uso di risorse rinnovabili b  impiegare i combustibili fossili c  limitare gli sprechi energetici 2. Quale delle seguenti indicazioni non è obiettivo della green economy dal punto di vista sociale? a  limitare gli abusi b  distribuire le risorse in modo equo c  incrementare lo sfruttamento d  rispettare gli equilibri sociali

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Realizzate un’indagine sui tipi di lavoro e mansioni svolte dai vostri genitori. Classificate poi i dati in relazione al settore di appartenenza. 2. Utilizzando Internet svolgi una ricerca sulle caratteristiche di un settore lavorativo che ti interessa.

3. Bisogni, beni e servizi: in quale contesto possono essere collocati e quale legame li unisce? 4. Quale ruolo svolgono i diversi settori produttivi nella vita delle persone? 5. Quali sono, secondo te, i vantaggi e gli svantaggi della globalizzazione?

Tecnologia eearee Tecnologia areeeconomiche economiche

UNITÀ

AREA 1

3 Lavoro LEZIONE

9. Lavoro, diritto per tutti Nella società contemporanea l’attività lavorativa è indispensabile per la sopravvivenza dell’uomo. Il concetto di lavoro può essere genericamente definito come un’attività, con utilizzo di energia fisica o intellettiva, volta alla produzione di un bene o di un servizio oppure al raggiungimento di un risultato concreto di utilità individuale o collettiva. Un lavoro permette di percepire una retribuzione e procurarsi beni e servizi per il soddisfacimento dei bisogni primari, secondari o superiori. Popolazione attiva e non attiva in Italia (dati relativi al 2012).

Forza lavoro 41,8%

Popolazione non attiva 58,2%

Il mercato del lavoro La popolazione attiva, detta anche forza lavoro, è formata da tutte le persone che lavorano, i disoccupati in cerca di un’occupazione e i giovani che non hanno mai lavorato, in cerca di una prima esperienza. I bambini, gli studenti, le casalinghe, chi svolge un’attività per volontariato e i pensionati formano, invece, la popolazione non attiva. La popolazione attiva costituisce il mercato del lavoro, regolato dalle leggi della domanda e dell’offerta: la domanda avviene da parte dei futuri lavoratori e l’offerta è data dagli imprenditori. Quando la domanda supera l’offerta, e quindi non è garantita un’occupazione a tutti i possibili lavoratori, si crea la disoccupazione.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA

La disoccupazione

Lavoratore: è colui che svolge un’attività, manuale o intellettuale, ricevendo un corrispettivo in denaro.

La disoccupazione è la situazione economica in cui si trova quella parte della popolazione attiva che ha perso il lavoro, indipendentemente dalla propria volontà. In questo caso il lavoratore licenziato si reca presso un Centro per l’impiego dove comunica la propria situazione e dichiara l’immediata disponibilità allo svolgimento di una nuova attività. Dal momento in cui viene ufficializzato il suo stato di disoccupazione, il lavoratore ha diritto a un’indennità, ossia un contributo in denaro per vivere in attesa di trovare un nuovo posto di lavoro retribuito. L’indennità è erogata dall’INPS (Istituto Nazionale di Previdenza Sociale) per un periodo che va dagli 8 ai 12 mesi e spetta a tutti i lavoratori dipendenti, senza distinzione di qualifica.

Lavoro

UNITÀ 3

Il lavoro dipendente e il lavoro autonomo Nelle diverse tipologie di impresa sono impiegati lavoratori dipendenti e lavoratori autonomi.

LAVORO Dipendente

Subordinato

Autonomo

Parasubordinato

Sono lavoratori subordinati tutti gli individui che prestano il proprio lavoro alle dipendenze di un soggetto, detto datore di lavoro. Costui impartisce loro le istruzioni, fornisce le materie prime e gli strumenti necessari allo svolgimento dell’attività e provvede al pagamento della retribuzione per l’attività svolta.

Il lavoro parasubordinato presenta alcune caratteristiche del lavoro subordinato e altre di quello autonomo. Si tratta di forme di collaborazione svolte continuativamente nel tempo, coordinate con la struttura organizzativa del datore di lavoro, senza alcun vincolo di subordinazione. Sono considerati lavoratori parasubordinati i lavoratori a progetto e i collaboratori occasionali.

I lavoratori autonomi svolgono un lavoro in proprio, senza vincolo di subordinazione nei confronti del cliente che fornisce loro l’incarico. Forniscono un servizio o una prestazione in cambio di un compenso. Tra i lavoratori autonomi ci sono i liberi professionisti, gli artigiani e i commercianti.

Il contratto di lavoro

I call center sono delle strutture che svolgono servizi di informazione, promozione o consulenza a clienti o utenti, per conto di un’azienda mediante telefono, fax, e-mail o Internet. Tra i vari servizi offerti vi è il teleselling, cioè la vendita di prodotti e servizi di vario genere, tramite telefonate spesso indesiderate. Generalmente i lavoratori dei call center hanno un contratto a progetto.

Il documento che contiene le informazioni riguardanti il rapporto di lavoro dipendente è il contratto di lavoro. Il contratto è un accordo stipulato tra due parti, finalizzato alla costituzione di un rapporto di lavoro: da un lato c’è il datore di lavoro, che può essere una persona fisica o giuridica, e dall’altro il soggetto che fornirà le prestazioni lavorative in cambio della retribuzione. Tramite il contratto si stabiliscono la mansione che il lavoratore deve svolgere, l’orario di lavoro, la sede, l’ammontare della retribuzione, i dati sul preavviso in caso di licenziamento o dimissioni e le norme da seguire. I contratti, che possono essere a tempo pieno o tempo parziale (part time), sono di diversi tipi. Contratto a tempo indeterminato. Non prevede un termine di scadenza; può essere sciolto per diversi motivi: • decisione consensuale delle due parti; • presentazione delle dimissioni da parte del lavoratore, che cioè decide di non lavorare più per il proprio datore di lavoro ed estingue il rapporto di impiego; • licenziamento del lavoratore da parte del datore per giusta causa, cioè per inadempimento o per un comportamento molto grave del dipendente. Contratto a tempo determinato. Ha una durata stabilita preventivamente al momento della stipulazione e si conclude automaticamente alla scadenza del termine fissato. Il contratto di somministrazione di lavoro, relativo a una prestazione con carattere temporaneo, è stipulato fra tre soggetti: • il somministratore assume il lavoratore, lo mette a disposizione dell’utilizzatore, provvede a pagare la retribuzione e a versare i contributi; • l’utilizzatore è l’azienda pubblica o privata che necessita di un lavoratore; • il lavoratore. Contratto di collaborazione coordinata e continuativa. Il lavoratore si impegna a compiere un’attività continuativa a favore di un committente (chi ordina l’esecuzione di un lavoro) e in coordinamento con esso senza che sussista, però, vincolo di subordinazione. Detto anche contratto parasubordinato, rappresenta una categoria intermedia fra lavoro autonomo e lavoro dipendente.

AREA 1

Tecnologia e aree economiche

Il mercato del lavoro italiano, in svariati settori, che vanno dalla meccanica alla chimica e all’agricoltura, oggi ha bisogno di lavoratori immigrati, spesso assunti per svolgere impieghi stagionali o mansioni poco qualificate, che ormai vengono rifiutate dai lavoratori italiani.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he differenza c’è tra popolazione attiva e popolazione passiva? 2. C he cosa significa «stato di disoccupazione»? 3. Q uali sono i tipi di contratti lavorativi?

Contratto di apprendistato e di inserimento lavorativo. Prevede che il datore di lavoro provveda alla formazione professionale del lavoratore. Il contratto di apprendistato si distingue in tre differenti tipologie: • contratto di apprendistato per la qualifica professionale, è la forma più semplice di contratto ed è rivolto ai giovani tra i 15 e i 25 anni di età; ha una durata di tre anni e riguarda qualsiasi settore. Alla fine del periodo il datore di lavoro può offrire al lavoratore un nuovo contratto; • contratto di apprendistato professionalizzante, riguarda chi si trova nella fascia di età tra i 18 e i 29 anni e i diciassettenni che abbiano già conseguito una qualifica professionale. Questo contratto ha una durata minima di tre anni e massima di cinque anni e fornisce una formazione e una qualifica in uno specifico ambito professionale; • contratto di apprendistato di alta formazione e di ricerca, è una nuova tipologia contrattuale che riguarda i soggetti tra i 18 e i 29 anni e i diciassettenni in possesso di una qualifica professionale. Questo contratto dà diritto al conseguimento di un titolo di studio di livello secondario oppure a percorsi di alta formazione.

La flessibilità In questi ultimi anni si è consolidata una nuova organizzazione del lavoro, incentrata sul concetto di flessibilità. Ai lavoratori, infatti, si richiede di essere disponibili a cambiare mansione, utilizzare nuovi strumenti, cambiare orari di lavoro, spesso anche adeguandoli ai propri impegni personali. Lo svantaggio dei lavori a progetto e occasionali sta nel fatto che si tratta nella maggior parte dei casi di lavori precari, di breve durata, che non consentono una stabilità lavorativa. Una delle caratteristiche del mercato del lavoro è oggi quella di sapersi adattare e riqualificare, svolgendo attività in più aziende nel corso della propria vita.

CITTADINANZA ATTIVA La sicurezza sul lavoro Ogni anno in Italia un alto numero di lavoratori è vittima di un incidente durante lo svolgimento dell’attività lavorativa o è colpito dalle cosiddette malattie professionali, ossia le patologie che derivano dalla presenza di sostanze nocive nell’ambiente di lavoro. La sicurezza sul lavoro è l’insieme delle misure preventive da adottare per garantire un luogo di lavoro sano e sicuro, al fine di evitare gli infortuni ed eliminare le malattie professionali. Per garantire un buon sistema di sicurezza è necessaria una forte collaborazione tra lavoratori e aziende: entrambi devono infatti conoscere e rispettare i loro diritti e i loro doveri. I lavoratori hanno diritto a un luogo di lavoro sano e hanno il dovere di usare i dispositivi di sicurezza, rispettare le norme previste e partecipare ai corsi di formazione. Devono, inoltre, segnalare tempestivamente al datore di lavoro i problemi che potrebbero minacciare la propria salute e quella dei colleghi. Il datore di lavoro, a sua volta, ha il dovere di attuare le misure previste dalla legge, prevenire e valutare eventuali rischi, organizzare strutture di supporto come responsabili e medici. Il Ministero del Lavoro e il Ministero delle Politiche sociali effettuano costantemente controlli, specialmente nel settore edile, dove si verifica il maggior numero di infortuni, spesso mortali. Per sorvegliare che le norme siano attuate e sanzionare le aziende inadempienti esistono organismi specifici come l’Ispettorato del lavoro e l’INAIL, e anche ASL e Vigili del Fuoco.

Lavoro

UNITÀ 3

LEZIONE

10. Assistenza e previdenza La cassa integrazione e la mobilità La cassa integrazione guadagni (CIG) è uno strumento per mezzo del quale lo Stato interviene a sostegno dei lavoratori sospesi dal lavoro o a cui è stata praticata una riduzione d’orario, corrispondendo un’indennità, erogata dall’INPS, che sostituisce in parte la mancata retribuzione. L’obiettivo della CIG è quello di sollevare le imprese che, a causa di difficoltà economiche, si trovano a dover temporaneamente sospendere la propria attività, in parte o del tutto, consentendo ai lavoratori di riprendere la collaborazione una volta superata tale difficoltà. Ha quindi una durata limitata nel tempo.

In molti Paesi nel mondo lo Stato non provvede ad alcun tipo di assistenza quando si perde il lavoro.

La mobilità è definita un «ammortizzatore sociale», ossia uno strumento istituito per rendere meno difficile, a particolari categorie di lavoratori, la perdita del lavoro. A differenza della cassa integrazione, la mobilità presuppone il licenziamento. Lo Stato offre, a determinate condizioni, un’indennità economica che viene pagata direttamente dall’INPS ai lavoratori licenziati. La mobilità attiva, inoltre, i meccanismi necessari per favorire la rioccupazione e permette, in certi casi, il passaggio dei lavoratori licenziati da aziende in crisi ad altre che hanno bisogno di manodopera. La mobilità è finanziata dallo Stato con il concorso delle imprese. Per ogni lavoratore posto in mobilità, le imprese devono in genere versare all’INPS un apposito contributo.

La previdenza sociale PUNTI DI DOMANDA 1. I n quale occasione il lavoratore ha diritto a percepire la cassa integrazione? 2. C he cos’è la mobilità? 3. Q uali enti si occupano di previdenza sociale?

L’articolo 38 della Costituzione italiana riconosce ai lavoratori il diritto di disporre di mezzi adeguati al loro sostentamento in caso di pensionamento per vecchiaia, invalidità o disoccupazione dovuta a licenziamento. A garanzia dei diritti fondamentali dei cittadini lo Stato prevede un sistema di previdenza rappresentato da INPS (Istituto Nazionale per la Previdenza Sociale) e INAIL (Istituto Nazionale per l’Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro). Presso l’INPS devono essere obbligatoriamente assicurati tutti i lavoratori dipendenti del settore privato, oltre ad alcune categorie di lavoratori del settore pubblico e alla maggior parte dei lavoratori autonomi. I datori di lavoro sono obbligati a versare all’INPS e all’INAIL, in maniera continuativa, i contributi sulla retribuzione che viene corrisposta ai lavoratori. L’INPS, oltre a erogare le pensioni in base all’anzianità e all’ammontare dei contributi versati, eroga una serie di indennità a sostegno del reddito come la maternità, gli assegni familiari, le assenze per malattia, oltre a prestazioni assistenziali a favore delle categorie di persone disagiate. L’INAIL si occupa di tutelare i lavoratori dagli infortuni relativi ad attività giudicate rischiose, erogando un’indennità giornaliera in caso di inabilità temporanea con conseguente astensione dal lavoro. A livello assicurativo copre anche i casi di malattie contratte sul posto di lavoro, derivanti dallo svolgimento di attività particolari, e i casi di invalidità dovuti a un grave infortunio sul lavoro. Uno dei compiti dell’INAIL è quello di vigilare sulle eventuali responsabilità del datore di lavoro per reati commessi in violazione delle norme di prevenzione e igiene.

AREA 1

Tecnologia e aree economiche LEZIONE

11. Orientamento scolastico Durante il percorso di orientamento scolastico la scuola si limita solo a consigliarti; chi dovrà decidere sei tu, insieme ai tuoi genitori.

Nel corso dell’ultimo anno della scuola secondaria di primo grado arriva il momento in cui devi compiere una scelta per la prosecuzione dei tuoi studi futuri. La legge, infatti, non ti consente di interrompere il percorso scolastico e dovrai così obbligatoriamente scegliere una scuola che ti permetterà di realizzarti come studente, come persona e come futuro lavoratore. Alcune volte le idee sono molto chiare e il problema non si pone, altre volte invece la scelta crea dubbi e incertezze. Spesso i genitori sono dei buoni consiglieri, ma è importante il contributo della scuola la quale, dopo aver valutato le attitudini che hai evidenziato nel corso del triennio, partecipa alla tua scelta indirizzandoti verso il percorso a te più congeniale, completando così l’orientamento scolastico, che basa le sue radici su osservazioni sistematiche relativamente ai tuoi interessi, alle tue aspirazioni e all’impegno profuso nello studio delle diverse discipline. L’obiettivo è aiutarti a compiere una scelta rispondente alla tua personalità, per evitare future delusioni che potrebbero indurti a vivere male il percorso scolastico intrapreso, arrivando perfino, in alcuni casi, all’abbandono degli studi. Per scegliere correttamente è necessario valutare due fattori importanti: • individuare tutti gli aspetti che sono legati alla tua persona, come il modo in cui affronti lo studio e le difficoltà che potrebbero presentarsi nel corso degli studi intrapresi; • esplorare il mondo delle opportunità lavorative alle quali potrai accedere dopo aver conseguito il diploma.

Il secondo ciclo di istruzione

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa si intende per orientamento scolastico? 2. Q uali sono i percorsi possibili all’interno del secondo ciclo di istruzione?

Attualmente l’offerta di istruzione e formazione del secondo ciclo di studi è suddivisa in quattro differenti percorsi e le scelte possibili sono le seguenti: • puoi iscriverti a una scuola secondaria di secondo grado di tipo liceale o di tipo tecnico, entrambe con una durata di cinque anni; • puoi frequentare un corso di tipo professionale, per il quale sono previsti sei indirizzi aggregati nel settore dei servizi e nel settore di industria e artigianato; anch’esso è della durata di cinque anni; • puoi frequentare un corso di formazione professionale, erogato a livello regionale dai centri di formazione professionale e dagli istituti professionali, la cui durata varia dai tre ai quattro anni a seconda del tipo di corso; • puoi, ma solo se hai già compiuto i quindici anni, entrare nel mondo del lavoro con un contratto di apprendistato.

L’alternanza scuola-lavoro è stata introdotta per permettere ai giovani che hanno compiuto 15 anni di svolgere la formazione del secondo ciclo di studi, oltre che a scuola, anche attraverso periodi di lavoro. L’esperienza è rivolta sia a chi frequenta i licei sia a chi frequenta l’istituto tecnico o professionale. I progetti di formazione sono attuati dalla scuola tramite una convenzione con le imprese.

Lavoro

durata 5 anni

UNITÀ 3

Il liceo non offre una preparazione tecnica specifica, ma fornisce gli strumenti culturali e metodologici per comprendere la realtà, acquisire conoscenze, abilità e competenze utili soprattutto nel proseguimento degli studi.

ISTRUZIONE LICEALE – – – – – –

Liceo Liceo Liceo Liceo Liceo Liceo

artistico classico delle scienze umane linguistico musicale e coreutico scientifico

UNIVERSITÀ

ISTRUZIONE PRIMARIA ISTRUZIONE SECONDARIA DI PRIMO GRADO

ISTRUZIONE SECONDARIA DI SECONDO GRADO

durata 5 anni

Questi istituti forniscono una buona base culturale prevalentemente a carattere scientifico e tecnologico, che consente di intraprendere gli studi universitari, di entrare direttamente nel mondo del lavoro o di accedere a percorsi di studio e lavoro previsti dagli albi professionali tecnici.

ISTRUZIONE TECNICA Settore economico – Amministrazione, finanza e marketing – Turismo Settore tecnologico – Meccanica, meccatronica ed energia – Trasporti e logistica – Elettronica ed elettrotecnica – Informatica e telecomunicazioni – Grafica e comunicazione – Chimica, materiali e biotecnologie – Sistema moda – Agraria, agroalimentare e agroindustria – Costruzioni, ambiente e territorio

durata 5 anni

MONDO DEL LAVORO

Forniscono, accanto a una preparazione culturale generale, le competenze necessarie ad assumere ruoli tecnici nei settori produttivi o dei servizi. I percorsi di questi istituti sono generalmente raccordati con le realtà produttive presenti sul territorio, in modo da permettere agli studenti la metodologia dell’alternanza scuola-lavoro.

ISTRUZIONE PROFESSIONALE Settore dei servizi – Servizi per l’agricoltura e lo sviluppo rurale – Servizi socio-sanitari – Servizi per l’enogastronomia e l’ospitalità alberghiera – Servizi commerciali Settore di industria e artigianato – Manutenzione e assistenza tecnica – Produzioni industriali e artigianali

durata 3/4 anni ISTRUZIONE E FORMAZIONE PROFESSIONALE – – – – – – –

I percorsi di Istruzione e Formazione Professionale sono finalizzati al rilascio di un attestato di qualifica professionale (al termine della terza annualità) e di un diploma professionale (al termine della quarta annualità) utilizzabili su tutto il territorio nazionale, in quanto riferiti a standard comuni concordati tra le Regioni e lo Stato.

Agroalimentare Manifattura e artigianato Meccanica, impianti e costruzioni Cultura, informazione e tecnologie informatiche Servizi commerciali Turismo e sport Servizi alla persona

IN BREVE LEZIONE 9

Lavoro, diritto per tutti Il mercato del lavoro è regolamentato dalle leggi della domanda e dell’offerta. Quando non è garantita un’occupazione a tutti i lavoratori si crea la disoccupazione. Il lavoro può essere dipendente o autonomo; a sua volta, il lavoro dipendente può essere di tipo subordinato o parasubordinato. Il lavoro è regolamentato dal contratto di lavoro, di cui esistono diverse tipologie: a tempo indeterminato, a tempo determinato, di collaborazione coordinata e continuativa, di apprendistato e di inserimento lavorativo.

LEZION E 10

Assistenza e previdenza I lavoratori sospesi dal lavoro o che subiscono una riduzione dell’orario lavorativo ricevono un’indennità dallo Stato, la cassa integrazione guadagni, erogata dall’INPS. Per rendere meno difficile la perdita definitiva del lavoro, lo Stato interviene, tramite l’INPS, con la mobilità, un ammortizzatore sociale finanziato in parte anche dalle imprese. Terminata l’attività lavorativa per anzianità, ai lavoratori viene riconosciuta una pensione in base all’anzianità e all’ammontare dei contributi versati.

LEZION E 11

Orientamento scolastico Terminata la scuola secondaria di primo grado devi fare una scelta che ti permetterà di realizzarti come studente, come persona e come futuro lavoratore.

ISTRUZIONE LICEALE ISTRUZIONE PRIMARIA

ISTRUZIONE SECONDARIA DI PRIMO GRADO

UNIVERSITÀ

ISTRUZIONE TECNICA

MONDO DEL LAVORO

ISTRUZIONE SECONDARIA DI SECONDO GRADO ISTRUZIONE PROFESSIONALE

ISTRUZIONE E FORMAZIONE PROFESSIONALE

Lavoro

ESERCIZI Conoscenze

4. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. universitari – mestiere – secondaria – studi – indirizzi – licei – mondo del lavoro – tecnico – apprendistato – professionale

1. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. autonomi – aziende – non attiva – posto di lavoro – prevenire – infortuni – pericoli – disoccupato – datore di lavoro – contratto

Dopo la scuola

1. Gli studenti, i bambini, le casalinghe e i pensionati formano

vari

una categoria definita popolazione 2. I lavoratori

..............................................

e non dipendono da un

..............................................

svolgono un lavoro in proprio

..............................................

4. Tutte le

dicazioni per

devono fornire ai lavoratori le in-

..............................................

possibili

..............................................,

mentre i lavoratori devono avvisare il datore di lavoro in caso di

..............................................

legati alla sicurezza.

5. L’attività lavorativa è regolata da un .............................................., stipu-

..............................................

scegliendo tra i

che l’istruzione offre. Le proposte a indi-

zione che avvii al

..............................................

ma dia anche la possibilità

razione di base utile per proseguire gli studi

..............................................

Per coloro che vogliono conseguire una qualifica e iniziare da subito a lavorare vi è l’istruzione .............................................., caratterizzata dall’apprendimento di un

..............................................

. Per i ragazzi che

hanno compiuto 15 anni di età c’è la possibilità di entrare nel mondo del lavoro con il contratto di

..............................................

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Per assolvere l’obbligo di istruzione sono necessari V F solo otto anni.

lato tra il datore di lavoro e il lavoratore. 2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La flessibilità è una tipologia dei contratti di lavoro.

continuare il percorso degli

di primo grado è obbligatorio

di continuare gli studi. I .............................................. forniscono una prepa-

..............................................

rizzo .............................................. sono specifiche per chi vuole una forma-

3. Il lavoratore che perde il proprio ................................................... diventa ..............................................

UNITÀ 3

2. Gli istituti tecnici preparano per una professione V F specifica.

2. L’indennità di disoccupazione spetta ai lavoratori V F autonomi.

3. L’alternanza scuola-lavoro è riservata a chi frequenta V F un istituto tecnico.

3. Il somministratore del lavoro corrisponde V F al lavoratore.

4. Con il diploma di istruzione tecnica si ha diritto V F a iscriversi all’università.

4. La popolazione attiva viene anche definita V F forza lavoro.

5. L’istruzione tecnica ha un percorso scolastico V F di cinque anni.

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

6. Il centro di formazione professionale avvia V F al mondo del lavoro.

1. L’INPS tutela i lavoratori dagli infortuni.

2. La mobilità è un ammortizzatore sociale.

3. In tutti i Paesi del mondo è garantita assistenza V F quando si perde il lavoro. 4. L’INAIL eroga un’indennità anche nel caso V F di malattie contratte sul posto di lavoro.

7. Gli istituti professionali prevedono solo tre anni V F di istruzione. 8. Il liceo ha un solo indirizzo: quello scientifico.

9. I percorsi di Istruzione e Formazione V F Professionale sono erogati dagli istituti tecnici. 1 0. Il liceo artistico dura tre anni.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Programmate una visita guidata presso un’agenzia per il lavoro e realizzate un’intervista a chi la gestisce. 2. Realizzate un reportage fotografico, utilizzando immagini tratte da giornali e riviste, sul problema degli infortuni sul lavoro. Allestite poi una mostra nella vostra scuola.

3. Perché, secondo te, il contratto di lavoro è importante per il lavoratore e per l’azienda? 4. In che modo la previdenza e l’assistenza sanitaria intervengono nel mondo del lavoro? 5. Per quale motivo, secondo te, l’orientamento scolastico è importante nella scelta della scuola da frequentare?

MAPPA DELL’AREA

ECONOMIA

LAVORO

– – – –

settore settore settore settore

primario secondario terziario terziario avanzato

dipendente

autonomo

CONTRATTO

– tempo indeterminato – tempo determinato – collaborazione coordinata e continuativa – apprendistato

BENI – – – –

BISOGNI

di consumo strumentali durevoli non durevoli

soddisfatti da

prodotti da

IMPRESE – – – – –

– primari – secondari – superiori

pubbliche industriali commerciali artigiane cooperative

SERVIZI – privati – pubblici

GLOBALIZZAZIONE – multinazionali

GREEN ECONOMY – rispetto dell’ambiente

VERIFICA Conoscenze

6. Abbina i termini al proprio significato. 1. materiali organici 3. materiali naturali

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’arte di levigare gli utensili risale al XVIII secolo.

3. I primi rudimentali arnesi costruiti dall’uomo V F servivano per la caccia.

a. materiali b. materiali c. materiali d. materiali dursi

4. La sanità e l’istruzione sono servizi pubblici.

2. I manufatti artistici e tecnologici hanno sempre V F contraddistinto l’evoluzione dell’uomo.

5. Il baratto è una forma di economia che utilizza V F la moneta.

..............................................

misura grandezze dell’ordine di

un miliardesimo di metro.

............................

randone la produzione, la conservazione e la distribuzione. 3. L’insieme delle norme da applicare per svolgere un’attività

............................

7. Completa la tabella indicando con una crocetta le giuste corrispondenze. Materie prime

Risorse esauribili

Risorse rinnovabili

Sole

..............................................

Alberi Vegetali Carbone Petrolio

4. La teoria dell’.............................................. valuta la quantità di natura

Acqua

necessaria per soddisfare le necessità di ciascuna persona.

Vento

3. Scegli l’alternativa corretta. 1. La disciplina finalizzata alla progettazione di oggetti prende il nome di a  meccanica b  tecnologia c  tecnica 2. Le tecnologie che permettono la creazione di avanzati sistemi di elaborazione dei dati sono quelle a  alimentari b  robotiche c  informatiche 4. Abbina il tipo di tecnologia al settore di applicazione. 1. biorobotica 2. domotica

Minerali

2. La ..................................... si occupa di rendere i cibi più sicuri miglio-

pratica prende il nome di

2. materiali inorganici 4. materiali artificiali

ottenuti senza particolari trasformazioni di origine minerale che necessitano di molte trasformazioni di origine animale o vegetale, in grado di ripro-

2. Inserisci i termini mancanti. 1. La scala

AREA AREA51

Tecnologia e aree economiche

a. campo domestico b. campo medico

5. Nel seguente brano sono presenti quattro errori: individuali e correggili. La miniaturizzazione di componenti tecnologici, applicata in numerosi campi, come l’elettronica, l’informatica, la meccanica, la medicina e la chimica, prende il nome specifico di robotica e riguarda processi tecnologici estremamente grandi, con dimensioni dell’ordine di un metro. Le tecnologie alimentari, o tecnologie biologiche, si occupano invece di sviluppare processi in grado di modificare la struttura degli organismi viventi per produrre materiali da usare in campo medico, agricolo o industriale.

8. Inserisci i termini mancanti. 1. I beni possono essere di consumo, .............................................., durevoli e non durevoli. 2. I beni prodotti dalle imprese prendono il nome di

.......................

3. Nell’economia di mercato alla domanda si oppone sempre una

..............................................

4. I bisogni si distinguono in singolarmente,

......................................................

.............................................................

se percepiti

se percepiti da più

persone. 9. Scegli l’alternativa corretta. 1. L’attività svolta dalle istituzioni scolastiche rientra nel settore a  primario b  secondario c  terziario d  terziario avanzato 2. La ricerca scientifica rientra nel settore a  primario b  secondario c  terziario d  terziario avanzato 3. La pesca rientra nel settore a  primario c  terziario

b d

secondario  terziario avanzato

VERIFICA 10. Associa a ogni figura professionale il settore di appartenenza. 1. consulente finanziario a. settore 2. commercialista 3. boscaiolo 4. assicuratore b. settore 5. minatore 6. meccanico 7. agente turistico c. settore 8. insegnante 9. allevatore 10. sarto d. settore 11. falegname 12. programmatore informatico

primario

secondario

terziario

5. Quale tra le seguenti non è una tipologia di contratto di apprendistato? a  professionalizzante b  di alta formazione c  di bassa ricerca 6. Quale servizio non viene svolto dai call center? a  vendita porta a porta b  promozione c  consulenza 13. Inserisci i termini mancanti. 1. Il mercato del lavoro è costituito dalla popolazione

terziario avanzato

...................

2. Il contratto che prevede una scadenza lavorativa è definito a tempo

..............................................

3. Il lavoro dipendente può essere .............................................. o parasu11. Scegli l’alternativa corretta.

bordinato.

1. Uno degli obiettivi della green economy è incrementare il a  risparmio energetico b  consumo energetico

4. Liberi professionisti, artigiani e commercianti sono lavoratori

2. Il termine home banking indica a  un tipo di carta di credito b  i servizi bancari effettuati online

5. L’ente che eroga la cassa integrazione è l’............................................ .

3. Il commercio al dettaglio prevede l’acquisto di merce in a  grandi quantità b  piccole quantità 4. Le imprese che trasformano le materie prime in prodotti finiti sono quelle a  commerciali b  industriali 5. La liberalizzazione della produzione è alla base della a  globalizzazione b  green economy 6. Lo sviluppo sostenibile si propone di ridurre l’utilizzo delle risorse a  esauribili b  inesauribili c  rinnovabili 12. Individua l’intruso. 1. Quale tra i seguenti contratti non prevede un termine di scadenza? a  contratto a tempo determinato b  contratto a tempo indeterminato c  contratto di apprendistato professionalizzante 2. Quale tra le seguenti categorie non rientra nella popolazione attiva? a  studenti b  lavoratori c  disoccupati 3. Quale dei seguenti indirizzi non appartiene all’istruzione tecnica? a  turismo b  musica c  grafica 4. Quale dei seguenti indirizzi non appartiene all’istruzione liceale? a  artistico b  linguistico c  elettrotecnico

..............................................

6. Gli istituti di previdenza sociale sono INPS e

.................................

14. Scegli l’alternativa corretta. 1. L’aumento persistente dei prezzi dei beni genera a  inflazione b  obbligazione 2. Il codice CAB identifica a  una carta di credito

la filiale della Banca

15. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. azienda – lavoratori – occupazione – sicurezza – prevenire – mercato del lavoro – attiva – sano – doveri – dispositivi 1. I protagonisti della vita economica di un Paese rappresentano il

..............................................,

popolazione

cioè coloro che appartengono alla

..........................................:

si tratta dei

............................................

ma anche dei disoccupati e dei giovani in cerca di una prima ..............................................

2. Per garantire un buon livello di

..............................................

in un am-

biente lavorativo è necessaria una forte collaborazione tra lavoratore e

..............................................

. Entrambi, infatti, devono

conoscere e rispettare i propri diritti e

..................................................

I datori di lavoro hanno il dovere di

.................................................

eventuali rischi; i lavoratori hanno diritto a un luogo di lavoro

..............................................,

tutti i

ma hanno anche il dovere di usare

..............................................

di sicurezza.

VERIFICA

Tecnologia e aree economiche

AREA AREA51

Competenze 1. Leggi, rifletti e commenta la frase citata. La conoscenza delle risorse e delle riserve energetiche non è statica, ma evolve nel tempo. Alla luce delle conoscenze acquisite relativamente a risorse e riserve, spiega il significato di questa affermazione sul tuo quaderno, poi prova a trovare la motivazione di tali parole. 2. Leggi il seguente brano e svolgi le attività proposte. Le principali risorse naturali italiane sono rappresentate dall’acqua, utilizzata in parte anche per la produzione di energia elettrica, e dal legname ricavato dai boschi che ricoprono buona parte del territorio nazionale. La ricchezza di acqua favorisce anche lo sviluppo delle aree agricole con coltivazioni di cereali, alberi da frutto, vigneti e ulivi, che permettono di ottenere prodotti di buona qualità. La zootecnia è sviluppata: i bovini da carne allevati in Italia sono tra i più controllati e sicuri del mondo. L’Italia ha, invece, scarse risorse minerarie: non ci sono importanti giacimenti di ferro, carbone e petrolio. L’estrazione di gas naturale, pur costituendo la principale risorsa estrattiva del Paese, è in continuo calo. Una risorsa fondamentale per il nostro Paese è rappresentata dal mare, con l’attività ittica, e dalle coste che incrementano l’attività economica del turismo. In Italia, Paese del Sole, il solare non è ancora sfruttato nel migliore dei modi. 1. Sottolinea le risorse che vengono citate nel brano. 2. Prepara sul quaderno una tabella con due colonne, una per le risorse esauribili e una per quelle rinnovabili; inserisci poi le risorse sottolineate nella giusta colonna di appartenenza. 3. Role play: immagina e proponi le soluzioni migliori. 1. Immagina di essere un affermato imprenditore italiano che lavora nell’ambito della produzione di servizi. a. Scrivi sul quaderno una breve descrizione della tua attività, dalla quale emergano in particolare il nome dell’azienda, il suo eventuale marchio, il settore economico di appartenenza, l’ambito di intervento, la tipologia dei servizi offerti, il numero degli addetti e le eventuali caratteristiche particolari. b. Procurati vecchi giornali e quotidiani e analizza le pagine contenenti gli annunci relativi alle offerte di lavoro; scegline una decina e poi ritagliali e incollali sul quaderno raggruppandoli secondo i settori economici di appartenenza. In base all’analisi fatta e agli annunci scelti, prova a scrivere qualche considerazione personale.

2. Supponi di dover assumere un nuovo dipendente. a. Stabilisci le tue esigenze in qualità di datore di lavoro e definisci quali mansioni dovrà svolgere il nuovo dipendente; scegli, quindi, un’adeguata modalità di contratto giustificando la tua decisione (sul quaderno). b. Predisponi una bozza di annuncio per la ricerca del nuovo dipendente da pubblicare su un sito Internet dedicato alle offerte di lavoro. c. Osserva il fac-simile di comunicato qui riprodotto: con un programma di videoscrittura (ad esempio Microsoft Word) riscrivi e impagina il tuo annuncio; stampalo e incollalo sul quaderno. Confrontalo, poi, con quelli realizzati dai tuoi compagni.

CONSULENTI COMMERCIALI ESPERTI IN SVILUPPO DELLE VENDITE MRSD GROUP per potenziamento della propria struttura ricerca: CONSULENTI COMMERCIALI ESPERTI IN SVILUPPO DELLE VENDITE IN ITALIA E ALL’ESTERO I candidati dovranno aver maturato consolidate esperienze nella strutturazione e gestione della rete vendita all’interno di aziende ben organizzate. Il lavoro consisterà in attività di implementazione alla funzione commerciale, mirante a favorire lo sviluppo dei fatturati dell’azienda. La residenza nella città di Roma sarà considerata elemento di rilievo Competenze obbligatorie richieste: Buona conoscenza della lingua inglese Contatto 06/948363145 - Riferimento: M/17 d. Dopo aver effettuato numerosi colloqui hai trovato la persona adatta. Devi quindi predisporre un contratto di lavoro: preparane la bozza sul quaderno, ricordandoti di inserire tutte le voci necessarie. e. Sulla base della bozza predisposta, usa il computer per scrivere un fac-simile di contratto, lasciando i puntini per inserire i dati relativi al futuro dipendente.

AREA

Trasformazione delle materie organiche

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2-U3-U4 VIDEO Cassetta in legno Segnalibro con carta riciclata Ciotola con carta da riciclo AUDIO + VIDEO In breve U1-U2-U3 Mappa dell’Area

LEGNO

CARTA

CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 13-18-19-24 Esercizi U1-U2-U3 Verifica di Area

1200 circa Le prime segherie utilizzano come fonte primaria di energia i corsi d’acqua che si trovano nelle vicinanze dei boschi, con sistemi analoghi a quelli dei mulini ad acqua.

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Legno e musica Lez. 15 Percorso storico della carta Lez. 17 Tessuti, abiti e colore Lez. 24 Eco-pelle Lez. 25 VIDEO Semilavorati in legno Lez. 14 Industria della carta Lez. 18 Bachicoltura Lez. 22 Tessitura Lez. 24

1600

1700

1264 L’invenzione della carta è attribuita ai Cinesi, ma sono gli Arabi che la diffondono in Occidente. In Italia la città di Fabriano grazie alla vicinanza con il porto di Ancona, aperto a scambi commerciali con il mondo arabo, a partire dal 1264 diventa il più importante centro di produzione di carta d’Europa.

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Analizzare le caratteristiche dei

Effettuare prove e semplici inda-

L’alunno riconosce nell’ambiente

diversi materiali organici. Comprendere le relazioni tra materia prima e prodotto finito attraverso l’analisi dei cicli produttivi. Conoscere le tipologie di macchine usate nelle diverse fasi produttive dei materiali. Comprendere l’importanza del riciclo per il rispetto ambientale.

gini sulle proprietà […] di vari materiali. Immaginare modifiche di oggetti e prodotti di uso quotidiano in relazione a nuovi bisogni o necessità. Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia […]

che lo circonda i principali sistemi tecnologici […] Conosce i principali processi di trasformazione di risorse […] È in grado di ipotizzare le possibili conseguenze di una decisione o di una scelta di tipo tecnologico […] Conosce e utilizza oggetti, strumenti e macchine di uso comune […]

FIBRE TESSILI

PELLE E CUOIO

1846 Elias Howe brevetta una macchina per cucire. La vera rivoluzione, però, avviene per opera di Isaac Merrit Singer, che nel 1851 brevetta la macchina per cucire a doppia impuntura. L’azienda Singer diventa la prima al mondo nel campo della cucitura a macchina.

1800

1801 Nasce il telaio Jacquard, dal nome del suo inventore, il francese Joseph-Marie Jacquard. Si tratta di un telaio dotato di un meccanismo con una scheda perforata per la movimentazione automatica dei singoli fili di ordito, in grado di produrre tessuti molto complessi.

1900

2000

1936 Per le Olimpiadi di Berlino viene creato il primo pallone in cuoio. Le norme per la realizzazione del pallone erano state stabilite nel 1863 e revisionate nel 1872 dalla federazione calcistica inglese Football Association.

Trasformazione delle organiche Trasformazione dellematerie materie organiche

UNITÀ

AREA 2

Legno

LEZIONE

12. Che cos'è il legno LINK ➜ STORIA Fin dall’antichità l’uomo ha utilizzato il legno, impiegandolo nella costruzione di armi per la caccia e attrezzi per coltivare; ne comprese anche l’utilità come combustibile e poté servirsene per scaldarsi, cuocere i cibi, tenere lontani gli animali feroci e illuminare. Successivamente affinò alcune tecniche e imparò a costruire piroghe e poi navi per scoprire nuove terre e scambiare le merci. La versatilità di questo materiale e la sua facilità di lavorazione fecero sì che il suo impiego continuasse per i millenni successivi. Già gli antichi Egizi conoscevano la tecnica dell’impiallacciatura; i Romani usavano il legno per costruire le imponenti strutture ancora oggi visibili; nel Medioevo gli artigiani creavano svariati oggetti: da quelli più piccoli di uso quotidiano ai mobili intarsiati per arredare le case.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE

In ambito commerciale si considera come legno, o legname, la parte di tronco situata sotto la corteccia di una pianta, costituita da un insieme di fibre vegetali che svolgono le funzioni di trasporto della linfa, di immagazzinamento delle sostanze nutritive e di sostegno della pianta. Il legno, in generale, ha scarsa conducibilità elettrica; le sue qualità isolanti dal punto di vista termico e acustico sono abbastanza buone e la sua resistenza nel tempo è lunghissima. È infiammabile e, in ambiente umido, può venire attaccato dai parassiti. L’insieme di tutte le prove di laboratorio che vengono effettuate sui materiali per studiarne sia i comportamenti alle varie sollecitazioni sia le reazioni chimiche e fisiche determina le proprietà, suddivise in chimico-fisiche, meccaniche e tecnologiche.

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Colore e odore: caratteristiche per cui si distingue un legno da un altro.

Durezza: resistenza alla scalfittura e all’abrasione.

Plasticità: capacità di deformarsi sotto l’effetto di una forza esterna.

Igroscopicità: capacità di assorbire acqua o umidità.

Resistenza: capacità di opporsi a tutte le forze esterne come la trazione, la compressione, la torsione, la flessione e il taglio.

Curvabilità: capacità di assumere una forma curva e di mantenerla nel tempo.

Ritiro e dilatazione: variazioni delle dimensioni del legno per effetto dell’assorbimento o perdita di umidità. Conducibilità elettrica e termica: capacità del legno di opporsi al passaggio della corrente e del calore (il legno è un isolante).

Elasticità: capacità di piegarsi e di riprendere la forma iniziale.

Fendibilità: capacità di fendersi, cioè di lasciarsi spaccare nel senso della lunghezza delle fibre. Attitudine al taglio: capacità di lasciarsi tagliare con gli attrezzi.

Legno PAROLE DELLA TECNOLOGIA Essenza: termine che indica

le diverse tipologie di legno.

UNITÀ 1

La classificazione delle essenze I legnami possono essere classificati in base alla regione geografica di provenienza: si distinguono in legnami di zone temperate (Europa e America) ed esotici, provenienti in genere da zone tropicali. Un’altra classificazione è definita dall’albero di provenienza: legname da latifoglie, alberi che hanno foglie larghe e caduche, e legname da aghifoglie, sempreverdi con foglie aghiformi. Infine, le essenze sono distinte in base alla loro durezza. Legni teneri: si lasciano scalfire facilmente anche con l’unghia. Provengono da piante che crescono velocemente, il cui legno è tenero; sono utilizzati per lavori di carpenteria e nella produzione di paste per carta.

Betulla

Pioppo

Tiglio Legni resinosi: sono legni teneri che contengono abbondante resina, caratteristica di tutte le conifere.

Abete rosso

Pino

Larice naz.

Douglas

Pitch-pine Legni duri: provengono da piante che crescono in climi temperati, il cui legno è duro e compatto; sono ricchi di lignina, non si lasciano scalfire facilmente.

Faggio

Mogano

Frassino

Teak

Noce naz.

Palissandro

Rovere

Iroko

Ciliegio

Wenge

Legni esotici: provengono da zone tropicali, dove esiste un’unica stagione e la crescita degli alberi è continua. I legni sono duri e compatti. Non sempre questi legni provengono da foreste gestite in modo sostenibile, di conseguenza occorre fare attenzione prima di acquistare manufatti realizzati con queste essenze.

I difetti del legno Il legno, in quanto materiale biologico, è soggetto ad alterazioni naturali che ne compromettono il normale utilizzo tecnologico. I principali difetti sono quindi dovuti a malformazioni naturali del tronco. In alcuni casi, anche le lavorazioni a cui il legno è sottoposto possono causare delle deformazioni.

PUNTI DI DOMANDA 1. Che cos’è il legno e quali sono le sue principali proprietà? 2. Come vengono classificate le essenze del legno e quali sono le loro caratteristiche? 3. Quali sono i difetti del legno?

Cipollatura o lunatura: formazione di distacchi tra le fibre attorno agli anelli di accrescimento contigui, proprio come in una cipolla tagliata trasversalmente.

Fenditure o raggi midollari: distacchi tra le fibre che avvengono in modo radiale, dalla corteccia verso il midollo.

Eccentricità: spostamento del midollo verso l’esterno.

Nodi vivi: inserzioni di giovani rami che non si sono sviluppati. Questi nodi esaltano la bellezza del legno. Nodi morti: rappresentano il punto di sviluppo dei rami e con la stagionatura spesso si staccano lasciando un buco.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

13. Produzione del legname Dal taglio al trasporto Per ottenere il legname, la prima operazione consiste nel taglio o abbattimento della pianta, generalmente eseguito nella stagione invernale, quando l’attività vegetativa è minima. Il taglio si esegue con motoseghe manuali o con speciali macchine montate su trattori, dotate di braccio meccanico e cesoie. Al taglio seguono la sramatura, cioè l’eliminazione dei rami, la depezzatura o troncatura, che consiste nella riduzione del tronco a misure standardizzate per agevolarne il trasporto, la scortecciatura, che si esegue generalmente in segheria e qualche volta sul luogo di taglio. Il trasporto dei tronchi alla segheria può avvenire per mezzo di camion, vagoni ferroviari oppure, dove possibile, per via fluviale immergendo i tronchi in acqua. Nelle zone montane, per facilitare il trasporto, i tronchi La motosega è costituita da un motore a vengono fatti scendere a valle in prossimità di una strada utilizzando funi combustione interna, alimentato con benzina e teleferiche simili a funivie. o con una miscela di olio e benzina. Un ingranaggio sull’albero motore trasmette il moto a una catena, su ogni segmento della quale sono fissati i denti della lama. Oggi sono disponibili modelli elettrici.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Chip: sono piccoli trucioli o pezzetti di legno triturati.

Pellet: si tratta di prodotti

granulari o cilindrici, usati come combustibile, ottenuti sottoponendo gli scarti, sotto forma di segatura, a essiccazione e a una forte pressione senza aggiunta di collanti. Sciavero: è la prima tavola ottenuta dal taglio del tronco. Presenta una faccia interna piatta e una esterna curva.

La tecnologia della lavorazione

Arrivati in segheria, prima di essere segati i tronchi vengono scortecciati. La corteccia, assieme ad altri scarti, viene macinata e ridotta in chip da cui si otterranno pannelli semilavorati, pellet e pasta di cellulosa. Per evitare la decomposizione e l’attacco da parte di muffe e insetti, il legno viene lavato immergendolo in vasche con acqua, oppure viene sottoposto a getti di vapore a 100 °C in un’apposita camera. I tronchi passano alla fase successiva, la segagione, che viene effettuata con la sega a nastro o con macchine multilame. Con la sega a nastro, dopo aver tolto lo sciavero, si taglia la parte più esterna del tronco, una tavola per volta. È così possibile controllare eventuali difetti o imperfezioni decidendo di volta in volta come continuare il taglio. L’uso della multilame, invece, permette, con una o due operazioni, di trasformare tutto il tronco in tavole di uguale spessore. Il segato viene quindi trasportato in appositi locali per la stagionatura.

La stagionatura, o essiccatura, è il processo mediante il quale il legno cede all’ambiente la propria umidità, e può essere di tipo naturale o artificiale. La stagionatura naturale si esegue lasciando, per uno o più anni, il legname all’aperto, disposto in cataste. Queste sono coperte da tettoie per proteggere il legname dal Sole e dalla pioggia e sono posizionate in modo da favorire la ventilazione per far perdere l’umidità alle tavole.

CITTADINANZA ATTIVA La salubrità del luogo di lavoro Nella segheria, così come in tantissimi altri luoghi di lavoro, durante le fasi produttive dei manufatti, in particolare durante le fasi di taglio, abrasione e lisciatura si generano delle polveri pericolose. Questi residui, che si disperdono nell’aria, devono essere eliminati per la salvaguardia della salute dei lavoratori, così da evitare gravi problemi respiratori. Il locale di lavoro deve essere quindi dotato di aspiratori che filtrano l’aria la quale, una volta depurata, può venire nuovamente immessa in circolo oppure espulsa all’esterno.

Legno

UNITÀ 1

La stagionatura artificiale si realizza mettendo il legname all’interno di locali riscaldati con aria calda. Il processo dura alcuni giorni. Il legno così stagionato resiste agli sbalzi di umidità e non si deforma facilmente. Un altro metodo di stagionatura artificiale è la deumidificazione per condensazione, che consiste nel sottrarre il vapore dall’ambiente con una macchina frigorifera. Il legno è così costretto a cedere la propria umidità all’ambiente circostante. Terminata la stagionatura, le tavole di legno sono pronte per essere acquistate dalle falegnamerie o dalle industrie che le trasformeranno in semilavorati e prodotti finiti di vario genere. La stagionatura naturale si esegue disponendo il segato in cataste all’aperto e lasciando spazi tra le tavole, in modo da favorire la circolazione dell’aria e far perdere così l’umidità al legname. Questa pratica è indispensabile per evitare che il legno, con il passare del tempo, possa rilasciare l’umidità e di conseguenza subire deformazioni e spaccature.

La struttura del tronco Il tronco è la parte di albero che si trova tra la chioma e le radici. Al suo interno passano i vasi legnosi che servono per trasportare la linfa grezza dalle radici alle foglie, e i vasi cribrosi che, con un percorso inverso, trasportano la linfa elaborata. Analizzando la sezione di un tronco si possono osservare le diverse parti che lo compongono.

› La struttura del tronco 3

2  Durame, o legno propriamente detto. È la parte più vecchia del tronco e la più compatta, formata da cellule morte dove non scorre più la linfa.

Alburno. È la parte di legno di più recente formazione, ricca di vasi legnosi.

4  Cambio. È uno strato elastico che rappresenta la crescita del tronco.

5  Libro. È uno strato sottile sotto la corteccia, all’interno del quale scorre la linfa verso le radici.

Midollo. È situato al centro del tronco, è costituito da una sostanza spugnosa e nelle piante più vecchie tende a sparire. 1

L’imbarcamento è uno dei peggiori difetti del legno: si tratta di un incurvamento nel senso della lunghezza delle fibre; la causa è quasi sempre una cattiva stagionatura.

6  Corteccia. È lo strato superficiale, formato da cellule morte, che riveste il tronco e lo protegge dagli agenti atmosferici e dai parassiti.

L’età degli alberi

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si esegue il taglio degli alberi? 2. Q uali sono le fasi di lavorazione in una segheria? 3. D a quali parti è composta la struttura del tronco?

Tagliando un tronco e osservandone la sezione si può notare una serie di cerchi concentrici, chiamati anelli annuali di accrescimento. Questi sono caratterizzati da diversi toni di colore: un colore chiaro identifica il legno formatosi in primavera/estate e un colore scuro indica che l’accrescimento è avvenuto in autunno/inverno. Poiché ogni anno si formano due anelli di accrescimento, è facile determinare l’età della pianta. Gli anelli servono anche per ottenere dei riscontri sulla condizione climatica nel corso della vita della pianta: la larghezza degli anelli, infatti, è in stretta relazione con una situazione climatica favorevole allo sviluppo.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

14. Prodotti derivati: semilavorati Le moderne tecnologie impiegate nel settore del legno concorrono a salvaguardare il patrimonio boschivo, utilizzando non solo i tronchi ma anche i rami e gli scarti di lavorazione per realizzare i prodotti finiti.

Tronco di legno

Piallaccio Una lama affilatissima sfoglia il tronco di legno.

I rulli fanno ruotare il tronco di legno.

Piallacci: sono sottili fogli di legno che si ottengono facendo ruotare sul proprio asse il tronco, reso cilindrico, contro una lama affilatissima chiamata sfogliatrice, che lo riduce a un foglio continuo. Oppure si ottengono tramite la tranciatura, realizzata bloccando il tronco mentre una lama, detta coltello, lo riduce in singoli fogli, la cui larghezza varia in base alle dimensioni del tronco. Per effettuare queste operazioni è necessario che il tronco sia reso morbido con il vapore. I piallacci trovano impiego nella produzione dei compensati o per nobilitare, cioè rivestire con essenze pregiate, altri tipi di pannelli.

I principali pannelli Eventuale piallaccio con essenze pregiate

Piallaccio con essenze poco pregiate

Compensato: si ottiene incollando, a caldo o a freddo, tre fogli sottili di legno. Per aumentarne la resistenza, lo strato centrale viene disposto con le fibre nella direzione opposta e in modo perpendicolare rispetto agli altri due strati. I due fogli esterni possono essere due piallacci di essenze nobili. Lo spessore del pannello di compensato è di 3-5 mm.

Multistrato: si ottiene aggiungendo ulteriori fogli al compensato; è un prodotto molto resistente alle deformazioni e all’umidità. Viene usato nell’industria del mobile. Lo spessore può essere di 20-30 mm.

Eventuale piallaccio con essenze pregiate

Piallacci con essenze poco pregiate

Piallaccio

Listelli massicci di legno poco pregiato

Piallaccio

Intelaiatura di legno Anima a nido d’ape di cartone

Paniforte: è un pannello ottenuto incollando tra loro dei listelli di legno a sezione quadrata o rettangolare, che ne formano l’anima, rivestiti con due fogli di piallaccio che possono essere di legno pregiato. Il prodotto così ottenuto non si deforma e si presta molto bene alla fabbricazione di porte, tavoli e mobili in generale.

Tamburato: si tratta di un pannello formato generalmente da due fogli esterni di compensato. La parte interna può contenere un’anima a nido d’ape di cartone oppure può essere vuota, e in questo caso è dotata di un’intelaiatura di legno per fissare i due fogli esterni. Il pannello risulta leggero e resistente, non si deforma e viene usato per la fabbricazione di porte e ante di mobili.

Legno

UNITÀ 1

Truciolato: è il semilavorato più utilizzato, commercializzato sotto forma di pannelli. Si ottiene riducendo rami e scarti di lavorazione in piccoli trucioli di legno poco pregiati. Questi, dopo essere stati impastati con una resina che fa da collante, vengono stesi e compressi in casseforme. Lo spessore che si ottiene varia da 10 a 30 mm. Il suo basso costo e la sua versatilità ne fanno un prodotto di largo impiego, utilizzato sia allo stato naturale sia ricoperto con piallacci di essenze pregiate o laminati plastici colorati. MDF: conosciuto come fibra a media densità, è un pannello costituito da una finissima fibra di legno mista a un materiale collante resinoso, il tutto adeguatamente pressato. Ricorda molto il truciolato, ma si differenzia per la facilità di lavorazione dei bordi e della superficie, simile a quella del legno massello. Lo spessore di questi pannelli è compreso tra 2 e 50 mm. La compattezza uniforme delle fibre lo rende un materiale omogeneo; può essere facilmente verniciato, laccato, impiallacciato o rivestito con laminati plastici colorati. Viene largamente usato nella costruzione di mobili.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Massello: è il legno ottenuto tagliando il tronco senza alcun trattamento eccetto l’essiccazione.

Lamellare: si tratta di un insieme di listelli incollati e pressati tra loro, con i quali si realizzano travi e tavole. Risulta molto resistente alla flessione e viene utilizzato soprattutto per costruire grosse strutture portanti, come i ponti e le coperture degli impianti sportivi, con grandi luci e prive di pilastri.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si ottiene un piallaccio e a che cosa serve? 2. Q uali sono i principali pannelli?

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Il legno è eterno… ma con qualche accorgimento Il legno è un materiale molto longevo. In particolar modo le sue essenze dure si degradano meno di quelle tenere, così come il durame è più resistente dell’alburno. Per mantenere il legno in buono stato è necessario proteggerlo con vernici che, oltre a dare il colore, creano una pellicola isolante, impedendo l’aggressione dei parassiti e proteggendolo dagli agenti atmosferici. Per rendere il legno ignifugo (cioè resistente al fuoco) si usano degli impregnanti. In passato il legno veniva trattato con vernici contenenti solventi; oggi, invece, per rispettare l’ambiente si preferisce ricorrere a prodotti a base acquosa, che prendono il nome di vernici all’acqua.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

15. Settori di impiego In passato il legno era impiegato solo come fonte energetica e per la costruzione di case e ponti, mentre oggi è uno dei materiali più usati e trova impiego in diversi settori. Nel settore della carpenteria si usano principalmente travi, travetti, tavole, perline per il tetto e travi in legno lamellare, ideali per strutture portanti e coperture.

L'edilizia Al legno è stato restituito un posto di primo piano nel settore delle costruzioni edilizie. Questo materiale ha tra i suoi pregi quello di possedere una buona elasticità e di opporsi alla trasmissione del calore, per cui è un ottimo isolante termico oltre che acustico. Oggi molti architetti tornano a utilizzare il legno anche per Balconate e frangisole realizzare le strutture portanti, oltre che per le finiture estesono realizzati in legno tiche degli interni. massello, generalmente con essenze resinose. Il legno, inoltre, è un materiale robusto e solido ma allo stesso tempo elastico, qualità che permettono la costruzione di edifici antisismici, capaci di sopportare scosse telluriPer i serramenti (porte e finestre) che di grande intensità. si utilizza È da sottolineare, tuttavia, che un uso indiscriminato del leprevalentemente gno, se non regolamentato da enti che ne certifichino la il legno massello, in particolare provenienza e la sostenibilità, può creare uno squilibrio quello ricavato da ambientale notevole. Quando si acquista un qualunque proessenze resinose come larice, abete dotto in legno, bisogna fare il possibile per scegliere prodote pino, ma anche ti in cui vi sia il marchio FSC, a garanzia che le foreste da cui il legno lamellare per infissi e scuri. il legname proviene siano gestite in maniera responsabile.

Il parquet è una pavimentazione composta da legno massello con spessore di 10-22 mm, oppure si ottiene dall’assemblaggio di singoli elementi di legno nobile con spessore di 2,5 mm, uniti a un supporto che può essere in multistrato di betulla o di un altro legno poco pregiato.

La casa in legno è tradizionalmente associata agli edifici unifamiliari, ma le eccellenti proprietà meccaniche del legno, l’elasticità e l’elevata portata, unite all’utilizzo di nuove tecnologie permettono la realizzazione di edifici a sei, sette e più piani realizzati interamente in legno.

L'industria del mobile Per tavoli e sedie si usa il legno massello, mentre in genere i mobili sono fabbricati con semilavorati impiallacciati, dai costi inferiori. Per i mobili da giardino si utilizzano legnami provenienti da alberi a legno duro, come il teak o la quercia, molto resistenti. L'industria cartaria Fa un largo uso di legno tenero per l’estrazione di pasta di legno e pasta di cellulosa. PUNTI DI DOMANDA 1. P erché il legno è molto usato nell’edilizia? 2. I n quali altri settori industriali si utilizza il legno?

L'industria navale Il legno galleggia e non arrugginisce. Al tradizionale impiego del legno massello, oggi riservato alle piccole imbarcazioni, si è affiancato quello del compensato marino e del lamellare incrociato, utilizzati per realizzare interni e arredi, paratie, sottofondo dei ponti e cabine sia su motoscafi sia per grandi navi. L'industria musicale Per la realizzazione di strumenti musicali come chitarra, pianoforte, oboe, violino, viola, si utilizzano legni di primissima scelta, con caratteristiche meccaniche particolari.

Legno

UNITÀ 1

TECNOLOGIE SOSTENIBILI INTERVIENI E PRODUCI 1. Prepara un cartellone per una «pubblicità progresso» a favore del legno sostenibile.

LEZIONE

16. Sostenibilità e riciclo Il riciclo del legno è fondamentale sia per l’equilibrio ambientale sia per il risparmio delle risorse boschive, preziose per la vita del nostro pianeta.

› Il riciclo del legno

3  Gli scarti vengono portati nei centri di trasformazione. Qui subiscono una prima fase di triturazione grossolana e un lavaggio, per eliminare eventuali impurità e corpi estranei minori, come chiodi o sassolini; quindi vengono ridotti in chip.

Altri scarti di legno più voluminosi possono provenire dalle industrie e dalla demolizione di edifici: travi di legno, porte, finestre, pavimenti in legno, mobili oppure scarti di lavorazione di mobilifici, pallet, ramaglie o scarti provenienti dalle segherie. 2

1  Il legno da riciclare, costituito da imballi, cassette della frutta e verdura, piccoli mobili e ramaglie provenienti dalla potatura o dell’abbattimento di alberi, viene raccolto in apposite isole ecologiche.

4  In altre industrie i chip di legno vengono trasformati, a seconda della tipologia, in altri prodotti: pellet, pasta di cellusa, compost.

6  I pannelli vengono utilizzati per realizzare nuovi mobili.

Il pellet è una biomassa secca, cioè un materiale organico da cui si ricava energia, ottenuta attraverso semplici lavorazioni meccaniche. La segatura di legno viene fatta passare, ad altissima pressione, attraverso una filiera. Il calore che si sviluppa durante la lavorazione attiva l’effetto legante della lignina, una sostanza naturale presente nel legno, che determina la compattezza e la forma a cilindro. Il pellet rappresenta un’alternativa ai tradizionali combustibili per il riscaldamento domestico: è pratico da trasportare, ecologico, economico.

5  Oppure i chip sono utilizzati per la produzione di pannelli di legno.

Con i chip, una volta amalgamati con resine e pressati, si producono: • pannelli di legno impiegati per la costruzione di mobili e rivestimenti; • bricchetti e pellet utilizzabili per alimentare stufe. Gli scarti industriali della lavorazione del legno vergine (segature, rifili, rimanenze da tagli) possono essere impiegati nella produzione di: • pasta di cellulosa per le industrie cartarie; • blocchi di legno-cemento per il settore edile. Le alternative al riciclaggio sono l’incenerimento e la messa in discarica: • quando il legno non è adatto al riciclo viene inviato agli impianti di termovalorizzazione e utilizzato per produrre calore ed energia elettrica; si tratta di un processo non ripetibile dato che la materia viene eliminata; • la messa in discarica dei rifiuti di legno è la soluzione più sconsigliata perché le discariche occupano territorio e costituiscono una possibile fonte di inquinamento, dal momento che il gas prodotto dalla degradazione del materiale organico contribuisce all’effetto serra. I pallet sono pedane di legno usate nei magazzini per facilitare le operazioni di carico e scarico delle merci, tramite l’uso di carrelli elevatori o gru.

IN BREVE LEZION E 12

Che cos'è il legno Commercialmente si definisce legno, o legname, quella parte di tronco situata sotto la corteccia di una pianta. Storia L’utilizzo del legno da parte dell’uomo si perde nel tempo. Di sicuro è stato il primo materiale usato per costruire utensili, armi e capanne; inoltre, per migliaia di anni è stato impiegato come combustibile per avere calore e luce. Caratteristiche Il legno ha un’ottima resistenza alla trazione e alla compressione, assorbe l’umidità, ha una straordinaria capacità elastica, si presta molto bene come isolante acustico e termico; è un buon combustibile. Essenze Il legno viene classificato in funzione delle sue essenze, che si distinguono in base alla loro durezza e alla zona di provenienza. I legni teneri si lasciano scalfire facilmente anche con l’unghia; i legni resinosi, come il pino, contengono resina; i legni duri non si lasciano scalfire facilmente; i legni esotici provengono da zone con clima tropicale e generalmente sono essenze dure.

LEZION E 13

Produzione del legname Lavorazioni La produzione del legname inizia con il taglio della pianta nel bosco e il successivo trasporto alla segheria via terra o per via fluviale. Nella segheria si procede alla scortecciatura, se non è stata eseguita nel bosco, e alla segagione per trasformare il tronco in tavole; segue poi la stagionatura, che può avvenire naturalmente o artificialmente, per far evaporare l’acqua. Una volta stagionate, le tavole di legno resistono alle deformazioni e agli attacchi dei parassiti. Struttura del tronco Il tronco è formato esternamente dalla corteccia, che non è adatta per produrre semilavorati: viene quindi ridotta in chip e impiegata per la pacciamatura o nel compost. Verso l’interno si trovano l’alburno, che rappresenta il legno di nuova formazione, e il durame, che costituisce il legno vero e proprio ed è lo strato più duro: sono queste le parti da cui si ricavano i semilavorati.

LEZION E 14

Prodotti derivati: semilavorati Oggi si tende a utilizzare non solo il legno massello ma tutte le parti legnose della pianta, producendo semilavorati. Il tronco viene fatto ruotare sul suo asse contro una lama, che lo trasforma in un foglio continuo, chiamato piallaccio. Dopo l’essiccazione, i piallacci vengono incollati e pressati tra loro ottenendo compensati e multistrati; con l’aggiunta di listelli di legno si producono paniforti e tamburati. Con i trucioli di legno miscelati con delle colle si producono truciolati e l’MDF, impiegati principalmente nel settore del mobile.

LEZION E 15

Settori di impiego Il legno è utilizzato principalmente nel settore edile: negli ambienti esterni per la struttura dei tetti, come travi, travetti, perline; per la costruzione di serramenti, quali porte e finestre, balconi e frangisole; internamente nella realizzazione di parquet e scale. L’industria del mobile utilizza il legno massello per produrre tavoli e sedie, e i semilavorati per realizzare mobili di tutti tipi. L’industria cartaria estrae dal legno la cellulosa. L’industria navale utilizza il legno massello per realizzare piccole imbarcazioni, mentre per tutti gli altri usi impiega derivati come compensati e lamellari. L’industria musicale utilizza legni particolari per produrre alcuni strumenti, ad esempio chitarre e violini.

LEZION E 16

Sostenibilità e riciclo Il legno viene raccolto dai Comuni in apposite isole ecologiche. Qui aziende specializzate lo ritirano, destinandolo alla produzione di semilavorati: una volta ridotto in chip e miscelato con delle colle, viene usato per la produzione di pannelli impiegati per realizzare mobili. La parte che non può essere riciclata è destinata alla produzione dei pellet, utilizzati come combustibile nelle stufe a biomassa.

UNITÀ 1

Legno

ESERCIZI Conoscenze

5. Indica il tipo di legno rappresentato nell’immagine. 1. ............................ 2. ............................ 3. ............................ 4. ............................

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il legno è un isolante elettrico.

2. Nell’antichità il legno era impiegato per cucinare i cibi e per scaldarsi.

3. I legni pregiati sono quelli provvisti di lunatura.

2. Scegli l’alternativa corretta.

4 2

1. Le fenditure sono dei distacchi di fibre dalla forma a  radiale b  circolare c  rettangolare 2. I legni resinosi sono legni a  duri b  teneri

esotici

3. I legni esotici provengono da zone a  tropicali b  fredde

collinari

3. Inserisci i termini mancanti scegliendoli tra i seguenti. acqua – segheria – artificiale – legname – stagionatura – tavole – aziende Una volta tagliati, i tronchi giungono alla .............................................. dove inizia la segagione per trasformare il tronco in

...........................................,

che verranno accatastate lasciando degli spazi vuoti per favorire la ...................................; tale processo, che può avvenire in modo naturale o

....................................,

In seguito, il dalle

ha lo scopo di eliminare l’.................................... .

..............................................

può essere commercializzato

del settore.

6. Scegli l’alternativa corretta. 1. L’MDF è un pannello costituito da a  legno massello b  fibra di legno c  tavole lamellari 2. Per una struttura portante in legno è meglio utilizzare pannelli di a  paniforte b  lamellare c  MDF 3. I piallacci si ricavano dal tronco mediante una lama chiamata a  sfogliatrice b  depezzatrice c  massellatrice 7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il legno è poco utilizzato in edilizia.

2. Per realizzare i mobili si utilizzano anche i semilavorati. V

3. L’industria della carta utilizza la cellulosa del legno.

4. Il legno viene impiegato come materiale antisismico.

4. Scegli l’alternativa corretta.

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. L’alburno si trova vicino a  al durame b  alla corteccia

1. Il riciclo del legno è utile per l’ambiente.

2. Nella prima fase di riciclaggio gli scarti del legno vengono bruciati.

3. Il pellet è un combustibile ottenuto dal carbone.

4. L’unico legno che può essere riciclato è quello di essenze tenere.

5. Dal riciclo del legno si ottiene il massello.

al libro

2. La deumidificazione per condensazione avviene con una macchina a  teleferica b  calorifera c  frigorifera 3. Dalla scortecciatura si ricavano a  chip b  legni masselli

sciaveri

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Fai una ricerca in Internet sulle foreste equatoriali e descrivi perché sono considerate il «polmone della Terra». Individua quali sono le principali essenze che vengono tagliate in queste foreste per essere destinate all’industria del legno. Spiega, infine, qual è il ruolo delle organizzazioni di certificazione, come FSC, che operano in questo ambito.

2. I nonni usavano molti oggetti in legno (come ad esempio squadre, manici di scopa, utensili da cucina, tinozze per il bucato ecc.), mentre oggi, grazie alle innovazioni tecnologiche, possiamo impiegare nella vita quotidiana una grande varietà di materiali: sapresti elencare alcuni oggetti di uso comune che oggi vengono prodotti, oltre che con il legno, anche con altri materiali?

Trasformazione delle organiche Trasformazione dellematerie materie organiche

UNITÀ

AREA 2

2 Carta LEZIONE

17. Che cos'è la carta La carta è il prodotto finale di una lavorazione specifica delle fibre di cellulosa ed è utilizzata principalmente per la scrittura e l’imballaggio. La carta è adatta a molteplici usi e per ognuno di questi deve possedere una caratteristica specifica. Così, se la carta è destinata ad avvolgere alimenti, deve resistere ai grassi; per l’industria grafica è indispensabile l’assorbimento dell’inchiostro; per le confezioni è richiesta una buona resistenza allo strappo; se invece è usata per le banconote, non deve usurarsi facilmente. PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Grammatura: peso della carta, espresso in g/m2. Spessore: misura dello spessore del foglio, espressa in mm. Igroscopicità: capacità di assorbire acqua o umidità. Opacità: proprietà di non lasciarsi attraversare dalla luce.

PROPRIETÀ MECCANICHE Resistenza alla trazione: capacità di resistere a due forze uguali e contrarie. Resistenza allo strappo: poca capacità di resistere alla rottura per lacerazione.

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Lisciatura: capacità di assumere un aspetto ruvido, liscio, satinato. Stampabilità: capacità di assorbire prodotti per la stampa. Collatura: proprietà che migliora la scrivibilità del foglio.

Resistenza alla piegatura: scarsa capacità di opporsi alla piegatura (la carta è facilmente piegabile).

LINK ➜ STORIA Nel 3000 a.C. gli Egizi cominciarono a scrivere su rotoli di papiro, una pianta diffusa lungo il fiume Nilo, costituiti da striscioline pressate ed essiccate. Essendo però un prodotto di origine vegetale, il papiro era soggetto alla formazione di muffe e batteri che lo deterioravano. Nel III secolo a.C. nella città di Pergamo fu creata la pergamena, un sottile strato di pelle di ovini. Alla pergamena fece seguito la carta, inventata

nel 105 a.C. in Cina, che usava come materia prima gli stracci di indumenti. Grazie agli scambi commerciali, la tecnica della fabbricazione della carta arrivò in Europa. Alcuni artigiani di Fabriano, nelle Marche, intorno al XIII secolo applicarono delle innovazioni, introducendo dei macchinari e l’uso della colla animale, derivata dagli scarti delle concerie, che rese la carta più resistente all’attacco dei microrganismi.

Carta

UNITÀ 2

I tipi di carta e gli usi La carta viene impiegata per molteplici necessità quotidiane, che vanno dall’uso domestico all’uso industriale.

Le carte per stampare • Carta da stampa: viene usata nelle tipografie e litografie e si adatta ai vari inchiostri specifici per la stampa; è impiegata per realizzare giornali, dépliant, volantini pubblicitari, libri, carte geografiche. • Carta per quotidiani: di qualità scadente, non contiene sostanze collanti. • Carta patinata: grazie alla sua caratteristica di buona resistenza viene usata per libri e riviste. Le carte per disegnare e scrivere • Carta da disegno: è prodotta con cellulosa pregiata, non contiene sostanze minerali e resiste molto bene alle cancellature. È impiegata anche per i lucidi da disegno. • Carta da ufficio: è la carta utilizzata per stampanti, fotocopie, fax, buste. • Carta per quaderni: viene realizzata con pasta di cellulosa ed è poco assorbente. Le carte per alimenti e imballaggi • Carta da forno: è una carta oleata e resiste alle alte temperature. • Carta accoppiata: si tratta di una carta per alimenti, dotata di una protezione in plastica. • Carta paglia: è usata generalmente per avvolgere alimenti quali carni e salumi, accoppiata a un sottile foglio plastificato. Per fabbricarla si impiega la paglia di grano. • Carta kraft o carta per pacchi: di colore marrone, è molto resistente. Per produrla si usano anche scarti della canapa; è una carta economica. Viene utilizzata per sacchetti, buste della spesa, fogli per rivestire i pacchi. • Carta di riso: è una qualità pregiata, ottenuta dalla pianta del riso; è molto resistente allo strappo e molto sottile, per questo viene impiegata, oltre che per confezioni, per realizzare volumi di migliaia di pagine. Le carte speciali • Carta assorbente: essendo priva di colla risulta molto assorbente e trova largo impiego nella realizzazione di fazzoletti e tovaglioli. • Carta per uso domestico, igienico e sanitario: è usata per asciugamani, rotoli asciugatutto, lenzuola mediche. • Carta per banconote: è di ottima qualità e molto resistente, presenta una filigrana ed è fabbricata esclusivamente dalla Zecca di Stato. • Carta decorativa, carta da parati, carta adesiva, carta per fotografia: si tratta di materiali accoppiati, che hanno un supporto di carta unito ad altre sostanze, come ad esempio la plastica o la colla. IMMAGINA E PROGETTA 1. R accogli diversi tipi di carte speciali e descrivine le caratteristiche che percepisci col tatto. 2. C rea un messaggio pubblicitario per un prodotto cartario, usando anche delle fotografie scattate da te o delle immagini tratte da giornali e riviste.

I cartoni Cartoni e cartoncini: possono essere ondulati o a più strati. I contorni sono formati da due fogli di carta spessa, incollati e distanziati da un foglio ondulato: in questo modo la struttura diventa rigida e molto resistente. Sono usati prevalentemente per realizzare scatole per l’imballaggio. I cartoncini, costituiti da cartone pressato, sono trasformati in cartellette, raccoglitori e scatole. L’industria che si occupa della trasformazione delle bobine di carta in cartoni è quella cartotecnica. Generalmente ogni cartiera è specializzata in un particolare tipo di carta. Esistono, infatti, cartiere che producono carta per quotidiani, altre specifiche per cartoni da imballo e altre ancora per uso alimentare.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

18. Ciclo di produzione La materia prima: la cellulosa La cellulosa è una delle componenti fondamentali delle piante a essenza tenera; è presente, ad esempio, negli alberi di pioppo, ma anche nelle piante della canapa e del lino: per questo motivo anticamente la carta era ricavata dagli indumenti realizzati con queste fibre.

I maggiori produttori di legna e cellulosa per carta sono i Paesi ricchi di foreste, come quelli scandinavi e il Canada. In Norvegia, per esempio, esistono delle speciali piantagioni a uso industriale dove vengono piantati alberi che crescono rapidamente, in circa 6-7 anni, e che hanno elevate rese produttive, come i pioppi e le betulle. Una volta tagliati per ricavare il legname utile, gli alberi vengono nuovamente ripiantati.

Per utilizzare la cellulosa come materia prima è necessario estrarla dalle piante. Il metodo più tradizionale è quello di sottoporre il legno scortecciato all’azione abrasiva di una mola rotante che, in presenza di acqua, sottrae gran parte della lignina, la sostanza che rende duro il legno. Si ottiene in questo modo la pasta meccanica, o greggia, di colore paglierino scuro, che presenta il vantaggio di sfruttare al 95% il legno; la qualità però risulta scadente. Trattando chimicamente questa pasta, si riesce a eliminare la lignina residua ottenendo la pasta semi-chimica.

Tutt’altro procedimento è riservato alla produzione della pasta chimica: in particolari autoclavi i trucioli di legno vengono sottoposti all’azione del calore dell’acqua e ai processi chimici che eliminano tutte le sostanze non cellulosiche. La pasta così ottenuta viene utilizzata dall’industria come cellulosa greggia, oppure può subire un processo di sbiancatura, che può avvenire con l’ossigeno, il cloro o l’acqua ossigenata, per rendere la cellulosa più bianca. Il cloro ha sempre dato ottimi risultati perché è in grado › La pasta per carta di dissolvere la lignina senza danneggiare la cellulosa; tuttavia, dal momento che questo elemento è molto inquiPasta I tronchetti di legno scortecciati meccanica vengono sfibrati tramite lame. nante, oggi si preferisce usare l’acqua ossigenata, che è meno inquinante e migliora La pasta viene filtrata, anche la qualità della carta. raffinata, quindi resa più fine, sbiancata e lavata.

Viene poi tolta l’acqua (processo di disidratazione). Pasta chimica

Si ottiene la pasta meccanica.

Trucioli di legno In autoclavi, recipienti ad alta pressione, le scaglie vengono bollite a 150 °C con prodotti chimici per eliminare la lignina dal legno.

Il composto viene filtrato, sbiancato e lavato.

Viene poi tolta l’acqua (processo di disidratazione). Si ottiene la pasta di cellulosa. Confezionata in balle, viene venduta alle cartiere.

La cellulosa che si estrae dalle piante annuali, come il lino, la canapa e il cotone, presenta fibre lunghe che la rendono molto resistente all’usura. La paglia di riso e di frumento è molto usata per ottenere cellulosa adatta alla produzione di cartoni ondulati e carta paglia.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Sbiancatura: è un procedimento chimico che serve per rendere più bianca la cellulosa.

Carta

UNITÀ 2

PUNTI DI DOMANDA

La macchina continua

1. D a quali piante si ricava la cellulosa? 2. Q ual è la differenza tra pasta meccanica e pasta chimica? 3. C ome funziona la macchina continua?

Partendo dalla cellulosa si arriva alla carta attraverso una serie di processi di lavorazione automatizzati, eseguiti da apposite macchine. La pasta di cellulosa viene sminuzzata, in presenza di acqua, dentro speciali raffinatori. Le fibre, sotto l’effetto mescolante delle pale rotanti, si dispongono in modo disordinato intrecciandosi e aumentando la compattezza e la resistenza. Per migliorare la qualità della carta si aggiungono minerali in polvere, come caolino, talco o polvere di marmo, che conferiscono peso, opacità e stampabilità al prodotto finito. Infine si aggiunge una colla di origine animale o sintetica, che serve per tenere compatta la pasta e regolare l’assorbenza dell’inchiostro. La colorazione può avvenire aggiungendo il colore all’impasto oppure colorando il foglio con appositi rulli in una fase successiva. La pasta viene avviata sui nastri trasportatori della macchina continua, dove una serie di coppie di cilindri, a mano a mano che avanza, la compattano e l’asciugano. L’ultima coppia di cilindri, chiamata calandra, determina lo spessore finale, oltre a diminuire la porosità della carta e ad aumentarne la brillantezza. Il foglio, che esce dalla macchina continua alla velocità di circa 2 chilometri al minuto, viene avvolto in una bobina. Per ogni bobina è avvolto un foglio di carta lungo fino a 10 chilometri e largo anche 10 metri.

› La macchina continua Pasta meccanica Magazzini della materia prima

1  Nel raffinatore conico le fibre, che vengono miscelate continuamente, si intrecciano tra di loro.

Pasta di cellulosa Pasta semi-chimica

3  Nella vasca di afflusso il materiale è costituito per il 95-97% da acqua e per la percentuale restante da fibre. Questo componente ha il compito di distribuire l’impasto in modo uniforme sulla tela.

2  A seconda del tipo di carta che si vuole ottenere, all’impasto vengono aggiunti caolino, coloranti e collanti.

4  L’impasto viene posto su una rete metallica mentre una serie di rulli fa avanzare il foglio.

Nella seccheria il sottile foglio passa attraverso una serie di rulli che lo privano dell’acqua restante. 6

7  Il foglio umido passa nella calandra, costituita da una serie di rulli riscaldati che rendono la superficie liscia, lucida e brillante.

8  Infine, il foglio di carta viene avvolto in grandi bobine che possono raggiungere una lunghezza di 10 chilometri.

5  Le fibre di cellulosa rimangono sulla tela e l’impasto si compatta mentre l’acqua filtra verso il basso.

La bobina ottenuta dalle lavorazioni con la macchina continua viene tagliata trasversalmente in bobine di dimensioni inferiori, della larghezza di 1 o 2 metri, che vengono poi inviate ad altre cartiere più piccole, che si occupano di ulteriori processi di lavorazione.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche

TECNOLOGIE SOSTENIBILI LEZIONE

19. Sostenibilità e riciclo Acquistare un prodotto di carta o cartone proveniente da foreste che non siano state tagliate illegalmente o in violazione dei diritti civili dei lavoratori è molto importante, ma spesso risulta difficile; come si può essere certi di acquistare prodotti sicuri?

Le certificazioni per la carta Su buste, libri e riviste a volte si trova stampato il logo FSC. Che cosa significa? Il marchio FSC (Forest Stewardship Council) certifica che la carta impiegata è stata realizzata con materie prime provenienti da foreste dove sono rispettati rigorosi standard ambientali, sociali ed economici. La certificazione FSC, riconosciuta a livello internazionale, garantisce una gestione ecosostenibile delle foreste tutelando e salvaguardando l’ambiente. Oltre al marchio FSC esistono anche altre certificazioni, come ad esempio il PEFC (Programma per il riconoscimento di schemi nazionali di Certificazione Forestale).

La carta da macero Carta e cartoni non più utili diventano rifiuti che possono essere riutilizzati per ricavare nuova carta. La carta recuperata prende il nome di carta da macero, dalla quale, attraverso diversi processi, si ottiene la carta riciclata.

Per produrre un megagrammo di nuova carta a partire dalla carta da macero sono necessari 1 900 litri di acqua e 2 500 kWh di energia; usando materie prime si utilizzano, invece, 3 500 litri di acqua e 4 700 kWh di energia, oltre a 1 800 kg di legno (circa 10 alberi).

L’utilizzo della carta da macero per produrre nuova carta comporta diversi vantaggi. • Si limita il taglio di nuovi alberi: utilizzare la carta da macero per ricavare fibre di cellulosa costituisce un grande risparmio in termini di legno necessario per la produzione di nuova cellulosa, con una conseguente salvaguardia degli equilibri ambientali. • Si limita lo smaltimento nelle discariche: in questo modo diminuisce la quantità di rifiuti che continuamente si accumulano nelle discariche. • Si evita di bruciare rifiuti di carta negli inceneritori: di conseguenza si evitano pericolose emissioni di gas inquinanti per l’ambiente.

I materiali accoppiati e il Tetra Pak Il termine Tetra Pak, conosciuto come un sistema per la confezione di alimenti, non è altro che il nome dell’azienda multinazionale che per prima mise sul mercato questo tipo di contenitore, il quale inizialmente aveva la forma di un tetraedro, ovvero un solido a quattro facce. Oggi tale termine indica un contenitore di cartoncino accoppiato con altri materiali, impermeabile all’aria. È costituito da una pellicola di alluminio e un cartoncino, pressati tra due rulli riscaldati, tra i quali è inserito un velo di polietilene che, sotto l’effetto del calore, fa da collante tra i due strati esterni. Il primo prodotto conservato in tale contenitore è stato il latte, mentre oggi vi si confezionano molti prodotti liquidi, come succhi di frutta o vino, e conserve. Va ricordato che, purtroppo, non sempre è possibile smaltire questo materiale in modo differenziato perché la separazione dei vari componenti è difficoltosa e necessita di costi elevati.

Polietilene Pellicola di alluminio Polietilene

Cartoncino

Polietilene

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Carta

• Si risparmiano acqua ed energia elettrica, due importantissime risorse: la filiera del macero rappresenta un valido contributo per il risparmio energetico e per un minore consumo di acqua durante i processi di lavorazione da cui si ottengono le paste per carta. Il riciclaggio ha inizio con la raccolta di tutti i prodotti a base di cellulosa, come gli imballaggi che portiamo a casa con la spesa e poi quotidiani, riviste, quaderni, fogli da disegno, libri e cartoni, posti in appositi contenitori.

Carta e cartone che hanno completato il proprio ciclo di utilità prendono il nome di carta da macero, che viene distinta in: • carta da macero industriale, proveniente dagli scarti delle varie attività industriali, come tipografie e grandi magazzini; • carta da macero domestica, ottenuta tramite la raccolta porta a porta effettuata dai Comuni; comprende i rifiuti di abitazioni e di piccole attività commerciali. In questo caso l’operazione è più complessa per via della raccolta molto varia e non sempre ben selezionata.

› Il riciclo della carta

Il riciclaggio si svolge in due fasi distinte: • recupero delle fibre dalla carta da macero; • produzione della carta riciclata. Purtroppo, il riciclaggio della carta non può avvenire all’infinito, come per altri materiali, perché a ogni riciclo le fibre si indeboliscono e si spezzano; dopo 5-6 volte sono talmente ridotte da non poter essere più riutilizzate.

PUNTI DI DOMANDA 1. A che cosa serve la certificazione della carta? 2. P erché è importante la carta da macero? 3. C ome avviene il riciclo della carta?

La carta e il cartone provenienti dalla raccolta differenziata, dalla raccolta porta a porta dei Comuni e dalle isole ecologiche vengono portati presso i centri di raccolta.

2  In questi centri il materiale viene separato dai corpi estranei.

Il materiale filtrato viene compresso in balle. 3

4  Le balle di carta vengono acquistate dalle cartiere.

5  Le balle di carta vengono sminuzzate.

Il materiale viene immerso nell’acqua all’interno di uno spappolatore per ottenere un impasto. 6

Segue la depurazione, un processo mediante il quale le fibre, con l’ausilio di mezzi chimici o meccanici, vengono ripulite da residui di resine, collanti ed eventuali patinature. 8  Segue la disinchiostrazione, passaggio obbligato in quanto sia i quotidiani sia le riviste presentano alte percentuali di inchiostro di stampa, che deve essere eliminato per ottenere una pasta bianca, chiamata in gergo pasta carta.

9  La pasta carta proveniente dalla carta macero viene utilizzata da sola o mista a pasta carta vergine e viene trasferita nella macchina continua per produrre nuove bobine di carta.

IN BREVE L E Z I O N E 17

Che cos'è la carta La carta è il prodotto finale della lavorazione delle fibre di cellulosa ed è utilizzata principalmente come supporto per la scrittura e l’imballaggio. Storia Il primo supporto per la scrittura era costituito da striscioline, ricavate dal fusto della pianta del papiro, pressate ed essiccate. Successivamente si passò alla pergamena, ottenuta dalla pelle degli ovini. L’utilizzo di fibre vegetali per produrre la carta viene attribuita ai Cinesi e risale al 105 a.C. Caratteristiche A seconda del tipo di impasto si possono ottenere diversi tipi di carta. L’industria grafica utilizza la carta da stampa, sottile e con buona assorbenza agli inchiostri tipografici. La carta da disegno e per quaderni è poco assorbente ed è prodotta con cellulosa di buona qualità. La carta per alimenti deve essere resistente ai grassi; la carta kraft o carta da pacco, utilizzata per imballi o per produrre sacchetti e buste per la spesa, è resistente allo strappo; tra le carte speciali la carta per banconote deve resistere all’usura nel tempo. I cartoni prodotti dalle industrie cartotecniche sono costituiti da due fogli di carta spessa, incollati e distanziati da un foglio ondulato in modo da conferire rigidità e resistenza; il cartone è impiegato nella produzione di scatole per l’imballaggio.

LEZION E 18

Ciclo di produzione La materia prima utilizzata per la produzione della carta è la cellulosa, estratta principalmente da alberi a essenza tenera, come il pioppo e la betulla, ma anche da piante come la canapa, il lino o il cotone. Mediante procedimenti meccanici dal legno si ottiene la pasta meccanica e, tramite processi chimici, si ricava la pasta chimica o pasta di cellulosa. Lavorazioni La produzione della carta avviene con la macchina continua. Si tratta di un grande impianto in cui, a seconda del tipo di carta che si vuole ottenere, si aggiungono all’impasto, costituito per il 95% da acqua e in minima parte da fibre di cellulosa, altre sostanze per migliorarne l’aspetto e le caratteristiche finali. L’impasto viene steso su un telo di rete metallica; mentre le fibre rimangono sulla tela, l’acqua viene recuperata in basso. L’impasto passa poi in una lunga serie di rulli che dapprima lo compattano, poi lo asciugano, lo seccano e a seconda delle esigenze lo lucidano; quindi viene avvolto su una grande bobina. La bobina, lunga una decina di chilometri, verrà tagliata secondo le lunghezze commerciali e venduta alle varie tipografie o industrie del settore.

LEZION E 19

Sostenibilità e riciclo La carta e i cartoni vengono raccolti dai Comuni e poi gestiti da aziende specializzate che si occupano di recuperare le fibre di cellulosa per ottenere nuova carta. Il recupero di carta e cartone e il successivo riciclaggio evitano il ricorso alle discariche e agli inceneritori. Permettono di risparmiare acqua ed energia elettrica rispetto alle quantità impiegate partendo da materie prime. Evitano il taglio di nuovi alberi da cui ricavare il legno da destinare al ciclo produttivo.

Carta

ESERCIZI

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Conoscenze

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La cellulosa è la materia prima da cui si ricava la carta. V

1. Scegli l’alternativa corretta.

2. Le piante da cui si estrae la cellulosa sono a essenza tenera.

3. La macchina continua è formata da una lunga serie di presse.

4. La pasta meccanica è ottenuta dallo sfibramento del tronco.

5. La macchina continua serve per estrarre la cellulosa dalle piante.

6. La calandratura serve per compattare e lucidare il foglio.

7. La cellulosa è presente in alberi come il pioppo e la betulla.

1. Tra le proprietà tecnologiche della carta vi è anche a  la stampabilità b  la grammatura c  l’opacità 2. Per asciugare l’acqua caduta sul tavolo si usa la carta a  di riso b  assorbente c  da stampa 3. Fissando un peso a un foglio di carta si valuta la sua resistenza a  alla trazione b  allo strappo c  alla compressione 4. Per la presentazione di una ricerca scolastica si può utilizzare la carta a  paglia b  kraft c  da ufficio 2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La resistenza allo strappo e la resistenza alla trazione sono proprietà chimico-fisiche.

2. La lisciatura è una proprietà meccanica della carta.

3. La carta non viene usata per avvolgere gli alimenti.

4. La carta possiede delle proprietà meccaniche.

5. La carta paglia è usata per stampare i quotidiani.

6. Ogni cartiera produce tutti i tipi di carta.

3. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. pasta meccanica – seccheria – compatta – acqua ossigenata – bobina – assorbenza 1. Dalla sfibratura del tronco si ottiene la

..............................................

2. La pasta chimica può essere trattata con l’............................................, che la rende bianca. 3. Il foglio viene asciugato nella

..............................................

della mac-

china continua. 4. Nella macchina continua la

..............................................

serve per av-

volgere la carta. 5. Durante la produzione della carta, la colla utilizzata nell’impasto serve a tenere .............................................. la pasta e a regolare l’.............................................. .

5. Individua l’errore nel processo di produzione della pasta chimica. taglio della pianta – eliminazione della corteccia – riduzione del tronco in trucioli – eliminazione della lignina in un’autoclave ad alta pressione – filtraggio, sbiancatura e lavaggio – idratazione – confezionamento in balle – vendita alle cartiere 6. Scegli l’alternativa corretta. 1. Le calandre della macchina continua sono rulli che a  impastano la cellulosa b  lisciano il foglio c  spappolano la cellulosa d  sfibrano il foglio 2. La carta viene prodotta tramite la macchina a  estrusiva b  continua c  stampatrice d  sbiancante 3. L’operazione di calandratura serve per a  eliminare l’acqua b  colorare il foglio c  rendere il foglio liscio d  mescolare la pasta 7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Durante il riciclo della carta le fibre della cellulosa si deteriorano.

2. La disinchiostrazione è l’ultima fase della produzione di carta riciclata.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare

3. Perché è importante riciclare la carta?

1. Verificate, tramite una ricerca in Internet, se sul vostro territorio sono presenti artigiani (tipografie) o industrie della carta. Che cosa producono? Quali tecnologie impiegano? Informatevi e riportate i dati su un cartellone da esporre in classe.

4. Osserva l’ambiente in cui vivi: raccogli i vari tipi di carta che usi abitualmente, incollali sul tuo quaderno e classificali.

2. Secondo te, perché è stato importante scoprire la carta?

5. Prova a cercare sui giornali immagini inerenti al riciclaggio e alla sostenibilità della carta. Incollale sul quaderno e commentale.

Trasformazione delle materie organiche

UNITÀ

AREA 2

3 Fibre tessili LEZIONE

20. Che cosa sono le fibre tessili Le fibre tessili sono prodotti di origine naturale (vegetale o animale), artificiale oppure sintetica che, filati e intrecciati, danno origine al tessuto. Tutte le fibre di origine naturale o chimica, per essere considerate tessili e quindi lavorabili al telaio, devono presentare alcune fondamentali caratteristiche che riguardano la lunghezza, la resistenza meccanica, la finezza, la lucentezza, la sofficità. Devono, inoltre, poter resistere al calore, all’azione dei solventi in fase di lavaggio e alle alterazioni dovute all’usura.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Igroscopicità: capacità di assorbire l’umidità.

Resistenza all’usura: buona capacità di sopportare il logoramento.

Lavorabilità: capacità di assumere nuove forme.

Finezza: spessore delle fibre, espresso in micron (= 0,001 mm).

Resistenza alla rottura: carico sopportato da un filo senza rompersi.

Inalterabilità: capacità di resistere alle muffe e alle sostanze chimiche.

Resistenza al calore: capacità di resistere a certe temperature senza subire alterazioni.

Attitudine alla tintura: capacità di assorbire un colore e di mantenerlo nel tempo.

Resistenza all’allungamento: capacità di resistere alla sollecitazione della trazione.

FIBRE TESSILI

Fibre di origine naturale

Vegetali cotone, lino, canapa, juta, sisal

Animali lana seta

Minerali fibre di vetro fibre di carbonio amianto

Fibre chimiche

Artificiali filati di Rayon

Sintetiche poliestere, poliammidiche, poliacriliche, poliviniliche, poliuretaniche

Fibre tessili

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LEZIONE

21. Fibre tessili vegetali Il cotone

Prima della Rivoluzione industriale gli uomini provvedevano manualmente a selezionare la raccolta del prodotto nelle piantagioni. Oggi lo stesso lavoro viene eseguito con macchine raccoglitrici, con un grande risparmio sui costi di produzione. Tuttavia, i mezzi meccanici raccolgono sia le capsule mature sia quelle non mature, così come quelle che presentano difetti dovuti a malattie, di conseguenza il prodotto finale è meno pregiato.

Il cotone è una fibra tessile ottenuta dai peli che ricoprono i semi della pianta del cotone, contenuti dentro la capsula del fiore; quest’ultima, infatti, giunta a maturazione si apre lasciando fuoriuscire la bambagia. La pianta, originaria dell’India, si diffuse in Europa nel XIII secolo. Cresce allo stato spontaneo ma per usi industriali viene coltivata nelle zone calde e ricche di acqua. I maggiori produttori di cotone sono Stati Uniti, Cina, India e Pakistan. Attualmente, con una produzione di 15 milioni di megagrammi l’anno, è la fibra vegetale più diffusa al mondo. La raccolta del cotone avviene nel momento esatto della schiusa delle valve (le due parti in cui si divide la capsula del fiore, o baccello), per evitare che il vento o l’acqua le danneggino. Finita la fase del raccolto, il cotone viene essiccato e sottoposto a sgranatura per separare le fibre dai semi. Seguono la cardatura e la pettinatura per eliminare le impurità. Dopodiché, nelle industrie per la filatura, con un processo di meccanizzazione si trasformano le fibre in filati e quindi in tessuti pronti per la confezione. I semi, separati durante la sgranatura, vengono usati anche per ottenere un olio impiegato nell’alimentazione umana e animale. Dalle capsule, oltre alla peluria, lunga circa 30 cm, si ricava un sottoprodotto di scarto, chiamato linters, costituito dai peli corti che rimangono attaccati ai semi e vengono impiegati nell’industria delle fibre tessili artificiali.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI I blue jeans PAROLE DELLA TECNOLOGIA Bambagia: si tratta dei fiocchi di cotone che ricoprono i semi. Cardatura: consiste nel districare le fibre del cotone, rendendole

parallele e pulirle dal materiale estraneo. Pettinatura: consiste nell’eliminazione delle fibre più corte e delle eventuali impurità rimaste.

LINK ➜ STORIA L’origine dell’uso delle fibre tessili si perde nel tempo. Non sappiamo con certezza dove e quando furono utilizzate per la prima volta. Sicuramente in un primo momento si fece uso delle pelli degli animali per ripararsi dal freddo. Da alcuni studi archeologici e dai dipinti rupestri, risulta che presso i popoli della Mesopotamia, circa 8 000 anni prima di Cristo, erano di uso comune tessuti di lino per abiti e teli, mentre il cotone fece la sua comparsa più tardi in India. L’uomo, con l’ingegno e la fantasia, passò da una primordiale tessitura ai moderni telai ottenendo tessuti di un certo pregio.

Dal cotone si ricava la tela definita blue jeans, impiegata per i noti pantaloni. Il nome deriva dal tessuto di colore indaco utilizzato dai marinai genovesi per i sacchi delle vele, chiamato in francese bleu de Gênes, cioè «blu di Genova». Per la produzione di un paio di jeans, nelle diverse fasi a partire dalla coltivazione del cotone, si consumano centinaia se non migliaia di litri d’acqua. Se si pensa che ogni anno ne vengono venduti milioni, ci si rende presto conto dell’enorme spreco di risorse idriche. Alcune aziende di questo settore hanno recentemente cominciato ad affrontare il problema e nelle fasi di lavorazione sia del tessuto sia del capo di vestiario hanno ridotto i lavaggi, riducendo l’uso spropositato di acqua e avviando una produzione più sostenibile.

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Trasformazione delle materie organiche

La mercerizzazione è un particolare trattamento riservato alle fibre vegetali e in particolare al cotone. Tale trattamento si esegue immergendo il filato in una soluzione di soda caustica; si ottengono così dei miglioramenti estetici e funzionali. Le fibre diventano più lucide, più resistenti, più lisce e maggiormente adatte alla tintura. Il cotone mercerizzato è utilizzato nell’abbigliamento e nella biancheria per la casa.

Le proprietà e gli impieghi Il cotone ha una bassa elasticità, per cui risulta molto sgualcibile. Ha una buona lavabilità sia in lavatrice sia a mano, trattiene poco il calore, assorbe bene il sudore e difficilmente provoca allergie. Per queste proprietà il cotone è la fibra più usata in assoluto nel periodo estivo. Oltre che per i capi di abbigliamento, viene anche utilizzato per realizzare biancheria per la casa, come lenzuola, tovaglie, spugne. I capi di cotone si lavano a mano o in lavatrice, anche ad alte temperature (60-90 °C). Se i tessuti sono colorati è consigliabile una temperatura più bassa.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Il cotone organico o biologico La coltura tradizionale del cotone è piuttosto dannosa per l’ambiente, a causa dell’impiego di una considerevole quantità di pesticidi e fertilizzanti chimici, che finiscono per contaminare l’acqua e hanno un forte impatto su flora e fauna. Il 25% di tutti i pesticidi prodotti nel mondo viene usato per coltivare il cotone. Il cotone organico è un cotone coltivato secondo principi biologici, quindi ha un impatto ambientale inferiore rispetto a quello del cotone tradizionale, in quanto viene coltivato secondo metodi che prevedono l’assenza di tecniche di ingegneria genetica e di elementi tossici quali pesticidi e un uso controllato di fertilizzanti. Inoltre, è ipo-allergenico poiché non viene sbiancato né tinto con sostanze chimiche aggressive. 100% cotone La coltivazione segue standard certificati a livello mondiale da ICEA organico (Istituto Certificazione Etica Ambientale) e sta gradualmente acquisendo maggiore importanza tra i produttori e sul mercato.

Il lino Dopo circa tre mesi dalla semina, le piante di lino sono alte pressappoco un metro. Con una macchina vengono sradicate e gli steli vengono fatti seccare.

Il lino è una pianta con un fusto sottile, alto 80-120 cm. È coltivato in Italia, Europa settentrionale e nelle Americhe. I fiori, il cui colore varia dal bianco all’azzurro, fioriscono soltanto per un giorno, dopodiché avvizziscono e seccano. Molti popoli antichi, tra cui gli Egizi e i Greci, usavano già le piante di lino per confezionare cordame, funi e tessuti. Per ricavare le fibre da cui ottenere il filato si utilizza il fusto, composto da una quantità di cellulosa pari al 70%. Una volta matura, la pianta del lino viene estirpata ed essiccata, viene poi macerata in acqua per favorire il distacco delle fibre e subisce quindi un’operazione meccanica di sfibratura che serve a dividere la parte fibrosa da quella legnosa. Si ottiene in questo modo la filaccia o lino greggio su cui, con apposite macchine, si esegue la pettinatura per eliminare le fibre corte e l’impurità residua. Dopo queste fasi le fibre vengono ritorte, a secco o a umido, per ottenere il filo da tessere. Nel primo caso si ha un filo senza ulteriori modifiche o aggiunte; nel secondo, invece, l’aggiunta di acqua permette di ottenere un filo più fine e resistente, usato per l’abbigliamento e filati vari.

Fibre tessili

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I tessuti di lino si classificano, in base al grado di finezza delle fibre, in fini, mezzani, grossi.

La fiandra è un pregiato tessuto di lino. Il nome viene dalla regione delle Fiandre, dove veniva storicamente prodotto. La qualità del materiale pregiato ne faceva un prodotto di lusso esportato in tutta Europa. La produzione industriale con telai Jacquard ne ha ridotto i costi e lo ha reso accessibile e diffuso in ogni casa.

Le proprietà e gli impieghi Grazie al senso di freschezza che trasmette, il lino è considerato la migliore fibra per il periodo estivo. Viene utilizzato per produrre biancheria, lenzuola, asciugamani, capi di abbigliamento. Essendo una fibra rigida, i capi assumono un aspetto stropicciato, caratteristica principale che contraddistingue questo tipo di tessuti.

La canapa La canapa è una pianta erbacea annuale che raggiunge un’altezza compresa tra i 2 e i 5 metri e la cui maturazione avviene nei mesi estivi (luglio/agosto). Per ottenere le fibre, dopo aver eliminato foglie e rametti, il fusto viene fatto seccare e successivamente viene messo a macerare in acqua per una settimana. Il distacco delle fibre avviene per sfibratura meccanica o maciullatura presso i canapifici dove, dopo la pettinatura che serve a eliminare le fibre corte, o stoppa, vengono selezionate e divise secondo le caratteristiche di finezza, lunghezza e morbidezza. Vengono quindi sottoposte prima a filatura e poi a tessitura.

La fibra di canapa è molto robusta e resiste bene al logorio e alla trazione: per questo motivo fin dall’antichità è stata impiegata nella realizzazione di vele per le navi e cordame.

Le proprietà e gli impieghi Data la sua elevata resistenza, la canapa viene utilizzata per produrre cordami, sacchi, stuoie, per la giunzione di elementi in ferro zincato, negli impianti idrici e come substrato per i tappeti.

La juta e il sisal La juta si ricava dalla corteccia macerata di piante erbacee tropicali coltivate prevalentemente in Bangladesh e India. Viene utilizzata per produrre sacchi di imballaggio molto resistenti. Il sisal si ricava dalle foglie dell’agave, una pianta erbacea diffusa nell’America meridionale. Si utilizza per produrre tappeti, stuoie e cordame.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono le fibre tessili e come si classificano? 2. Q uali sono le loro caratteristiche? 3. Q uali sono le proprietà di cotone, lino e canapa?

Le fibre di sisal sono ricavate dalle foglie dell’agave, che vengono pressate e lavate. Dopo aver eliminato i materiali di scarto, le fibre subiscono un processo di essiccazione e pettinatura, che le pulisce e le separa in base alle dimensioni. Raggruppate in fasci, sono destinate alle industrie del tessile.

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Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

22. Fibre tessili animali e minerali La lana

Le modalità di allevamento degli ovini prevedono il pascolo alla stato brado, con stazionamento nello stesso luogo, oppure la transumanza, cioè il trasferimento di greggi da un pascolo a un altro, generalmente dalla montagna ai terreni vicini al mare.

La lana è una fibra tessile ottenuta dalla tosatura del manto lanoso, chiamato vello, che ricopre gli ovini, i caprini e i camelidi. Il vello degli ovini è formato da tre strati: una parte esterna o cuticola, una intermedia e infine una zona interna o midollo. Alla base si trovano delle ghiandole sebacee che impregnano i filamenti di lana con il grasso. La qualità della materia prima dipende dalla razza, dalle condizioni climatiche, dallo stato di salute dell’animale e dalla parte del corpo che viene tosata. La tosatura si esegue in primavera con cesoie elettriche o, più raramente, a mano con forbici da tosa. La lana più pregiata è quella prelevata dal dorso dell’animale, che viene utilizzata esclusivamente per i filati, mentre un valore qualitativo minore è attribuito al vello della zona dell’addome e delle zampe, che viene impiegato per le imbottiture.

La produzione Nei casi in cui, prima della tosatura, gli ovini vengano sottoposti a un lavaggio con acqua per eliminare parte della sporcizia e del grasso, si ottiene una lana chiamata saltata. Diversamente, se gli animali non vengono lavati, la lana tosata prende il nome di greggia, o sucida. Dopo la tosatura la lana viene confezionata in balle e venduta ai lanifici, dove avvengono successive lavorazioni. Le fibre corte vengono lavorate con il sistema della cardatura, che dà un filo grosso e quindi filati più pesanti. Le fibre lunghe, invece, vengono pettinate ottenendo dei filati sottili e leggeri. Le proprietà La lana, composta da cheratina, una proteina che si trova nei peli, è un ottimo isolante termico per il corpo; è igroscopica, cioè assorbe il sudore e l’acqua, resiste allo sporco ed è elastica e ingualcibile. Teme l’attacco delle tarme, che bucano i capi, e l’infeltrimento, cioè l’attorcigliamento delle fibre superficiali.

La lana merino è particolarmente ricercata per la sua finezza. Questa sua particolare caratteristica, sommata alle altre qualità della lana, la rende una fibra molto pregiata, ideale per capi di abbigliamento. Con la lana merino generalmente si realizza il tessuto detto familiarmente «fresco-lana» o «lana quattrostagioni».

Le lane speciali Merino: la lana prodotta dalla pecora di razza merino è di ottima qualità ed è usata soprattutto per l’abbigliamento. Questa razza è stata importata in Spagna dal Nordafrica e ogni capo di bestiame può produrre 10 kg di lana pregiatissima. Di minor pregio è la lana ottenuta da razze incrociate con la merino, utilizzata per produrre tessuti, coperte e tappeti. Cachemire: è una fibra che si ricava dal vello di una razza di capra che vive nel Tibet. In primavera la morbidissima lanugine, che si è formata nel periodo invernale per proteggere l’animale dal freddo, viene raccolta con un particolare pettine. Sicuramente tra i vari tipi di lana è la più pregiata, al punto di essere definita l’oro dei tessuti. Ogni capra fornisce ogni anno circa 200 g di lana cachemire.

La seta La seta è una fibra tessile di origine animale che si ottiene dalle secrezioni della bava del baco da seta. È una fibra molto antica, prodotta per la prima volta in Cina intorno al 2600 a.C.

Fibre tessili

La vita della farfalla è molto breve: dopo aver deposto le uova, muore. Ogni farfalla depone mediamente da 400 a 700 uova, che vengono selezionate e conservate fino alla primavera successiva.

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La bachicoltura Alla schiusa delle uova le larve iniziano a mangiare le foglie di gelso e crescono diventando bruchi. Dopo 40 giorni il bruco smette di mangiare e «sale al bosco», cioè si posiziona su un rametto; inizia quindi a secernere una bava vischiosa che solidifica a contatto con l’aria e in breve tempo si chiude all’interno di un bozzolo. A questo punto i bozzoli vengono raccolti e messi in un forno per far morire i bruchi. Alcuni bozzoli, però, vengono salvati e dopo circa 20 giorni avviene la metamorfosi del bruco in crisalide e infine in farfalla. Le filande acquistano i bozzoli dagli allevatori; dopo averli posti in acqua a 90 °C, con una macchina si esegue la trattura dei bozzoli per ottenere un unico filo, che può essere lungo fino a 1 km. Unendo 5-6 fili assieme si ottiene il filo di seta. Le proprietà La seta assorbe facilmente il colore, è molto elastica quindi non si stropiccia, è anallergica, impedisce gli scambi di calore ed è molto leggera. I capi confezionati con questa fibra possono essere indossati in qualunque stagione. Se sottoposta a fiamma, la seta emana un odore simile a quello di capelli bruciati.

Le fibre tessili di origine minerale: la fibra di vetro Il vetro ridotto in fili sottili in un’apposita filiera trova impiego nell’industria per la produzione delle fibre di vetro. Con queste fibre, mischiate a resine plastiche, si realizza la vetroresina, che viene utilizzata nella produzione di oggetti esposti agli agenti atmosferici: serbatoi, piscine, imbarcazioni, pale eoliche e attrezzi sportivi. Grazie alla sua leggerezza e resistenza trova impiego anche in aeronautica e nel campo automobilistico. Fibra di vetro.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le caratteristiche della lana? 2. Q uali sono le lane speciali? 3. C ome si esegue la bachicoltura?

Le fibre tessili di origine minerale: la fibra di carbonio La fibra di carbonio è formata da atomi di carbonio disposti in modo molto regolare e viene ottenuta dalla carbonizzazione di un polimero. I sottilissimi fili di carbonio, che sono flessibili quanto una normale fibra sintetica, vengono quindi intrecciati a creare delle strutture tessili. Tali strutture vengono impregnate con resine di vario tipo per consentire alle fibre di mantenere l’orientazione e la forma voluta, e si ottengono così i materiali compositi. Le fibre di carbonio hanno proprietà eccezionali dal punto di vista della resistenza meccanica e della resistenza al calore, sono inoltre leggerissime e vengono perciò impiegate nell’industria aerospaziale, nautica e automobilistica, per la produzione di tessuti adatti a resistere alle alte temperature e nella realizzazione di attrezzi sportivi, come sci, canne da pesca e biciclette.

L’amianto L’amianto è un minerale con proprietà ignifughe, cioè resistenti al fuoco, costituito da fibre che si ottengono dalla frantumazione e dalla macinazione della roccia madre. In passato l’amianto è stato largamente usato, misto al cemento, nella realizzazione di lastre ondulate impiegate per la copertura dei tetti e per la fabbricazione di tubi (tra i principali produttori vi era la società Eternit). Nel tempo i manufatti di amianto tendono a degradarsi liberando particelle di fibre che, se inalate, si accumulano nei polmoni originando pericolose patologie respiratorie. Valutati gli alti rischi, in Italia ne è stato vietato l’uso, pertanto tutti gli edifici e i manufatti che contengono amianto devono essere bonificati, esclusivamente a opera di ditte specializzate.

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Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

23. Fibre chimiche Le fibre tessili artificiali Le fibre artificiali sono ottenute dalla trasformazione di materie prime naturali di origine organica. Si possono produrre fibre tessili a partire da proteine animali e vegetali, ricavate dai semi di molte piante, come la soia, l’arachide, il granoturco, il cotone e la canapa, oppure dalla caseina del latte, da cui si ricava il lanital, inattaccabile dalle tarme, ma ormai fuori commercio. Dalla trasformazione chimica della cellulosa (legno, linters del cotone) si ottiene il Rayon, una fibra artificiale usata per la tessitura. A seconda della lavorazione e della materia prima utilizzata, si distinguono vari tipi di filati di Rayon: viscosa, cuprammonio, acetato. Il Nylon fu la prima fibra organica interamente sintetica a essere prodotta su scala industriale nel 1938. Utilizzata nel campo dell’abbigliamento, in particolare per le calze, ebbe successo durante la Seconda guerra mondiale soprattutto per la fabbricazione dei paracadute.

Le fibre tessili sintetiche Le fibre sintetiche sono ottenute per sintesi chimica dai derivati del petrolio. Hanno caratteristiche di resistenza, sono termoisolanti perché trattengono il calore del corpo, non si stropicciano e non sono soggette al pilling (le palline che si formano sulla superficie del tessuto). Inoltre, non assorbono l’acqua e il sudore. Diverse sono le fibre usate comunemente. Poliestere (chiamato anche Terital o Terilene): è usato per confezionare impermeabili oppure, misto alla lana, per abiti e, misto al cotone, per camicie. Ha una scarsa capacità di assorbimento e una buona resistenza. Solo con l’usura forma delle palline superficiali (pilling) ed è ingualcibile. Fibre poliammidiche (la più diffusa è il Nylon): sono filati che resistono all’usura e sono dotati di una particolare elasticità che permette loro di adattarsi a tutti i movimenti del corpo. Per queste caratteristiche tali fibre sono impiegate per calze, collant, guaine, costumi da bagno, tessuti per pantaloni da sci e rivestimenti per le giacche a vento.

MATERIE PRIME

MONOMERI

POLIMERI

Le fibre sintetiche sono prodotte industrialmente a partire da sostanze semplici (monomeri) provenienti dall’industria petrolchimica. Dai monomeri si ricavano i polimeri, che costituiscono la resina sintetica.

La resina viene scaldata e fatta passare attraverso i fori di una filiera per essere trasformata in un filo.

Fibre poliacriliche (Leacril, Dralon, Orlon): sono tra le fibre tessili più leggere, in grado di conferire voluminosità e una discreta elasticità al filato. Si prestano per realizzare capi di maglieria. Rispetto alla lana resistono maggiormente all’usura. Fibre poliviniliche (Movil, Rhovyl): sono prodotte sotto forma di fili continui o di fiocco (fibre corte); possiedono una buona resistenza agli agenti chimici, all’abrasione e alle tarme; non assorbono l’acqua per cui si asciugano facilmente. Sono impiegate per la maglieria, per coperte, tappeti, tendaggi, tessuti industriali. Fibre poliuretaniche (Elastam, Lycra): sono fibre artificiali molto elastiche. Il filo di Lycra ha eccezionale capacità di allungamento (può raggiungere 6-7 volte la lunghezza iniziale) e di recuperare la forma. I capi a cui è stata aggiunta una minima percentuale di questa fibra mantengono forma e vestibilità anche dopo un lungo utilizzo. Lycra è un marchio registrato DuPont.

I fili vengono quindi stirati per diventare sottili.

Il filato viene avvolto in bobine oppure trasformato in fiocco.

Per i collant il numero espresso in denari, o den, indica la trasparenza, la leggerezza e il peso del filo. Più alto è il numero di den, maggiore sarà il peso della fibra.

Fibre tessili PAROLE DELLA TECNOLOGIA Marchio registrato: è il

diritto d’uso esclusivo di un marchio, registrato insieme a un brevetto.

UNITÀ 3

Le fibre tessili di ultima generazione Fibre comfort: sono fibre sintetiche. Trattengono l’umidità del corpo, che rilasciano successivamente in funzione della temperatura dell’ambiente esterno. • Pile: è un tessuto composto al 100% di fibre poliestere; ha un aspetto vellutato e morbido, è stabile al lavaggio, leggero perché costituito per l’85% di aria, caldo perché l’aria riscaldata dal corpo vi circola liberamente all’interno. Il pile non è propriamente un tessuto, ma è ottenuto con una particolare lavorazione che lo rende voluminoso e soffice. • Polartec: si tratta di un tessuto simile al pile; è capace di regolare il livello di calore fornito a seconda delle diverse condizioni ambientali e delle specifiche esigenze personali. Microfibre: il termine microfibra non indica una fibra tessile, ma la microfilatura per estrusione di fibre acriliche, Nylon, poliestere o Rayon. Le microfibre sono molto sottili (due volte più fini della seta) e la loro estrema leggerezza rende i tessuti morbidi e soffici al tatto. Le microfibre sono state inizialmente sfruttate per produrre panni da pulizia, successivamente il loro uso è stato esteso a un gran numero di prodotti, come tovaglie, calze, biancheria intima e soprattutto articoli sportivi, per i quali risultano fondamentali l’assorbimento del sudore e la capacità di traspirazione.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la differenza tra fibre artificiali e fibre sintetiche? 2. Q uali sono le fibre di ultima generazione?

Tessuti multistrato: sono formati da una membrana di materia plastica molto resistente, posta tra due strati di fibre sintetiche: lo strato interno assorbe il sudore, quello centrale regola la temperatura intrappolando l’aria e la parte esterna è idrorepellente, ma lascia passare l’umidità del corpo.

Molte fibre di ultima generazione sono marchi registrati. • Teflon: si tratta di fibre che hanno subito un trattamento protettivo per creare un’invisibile barriera in grado di proteggere il tessuto dalle macchie, anche quelle oleose, pur mantenendo la traspirabilità. Il tessuto così trattato, dermatologicamente sperimentato, non necessita di continui lavaggi, dura più a lungo e aumenta le sue prestazioni se essiccato o stirato. Teflon è un marchio registrato DuPont. • Gore-Tex: è una membrana microporosa bicomponente (PTFE espanso I capi di abbigliamento sportivo sono e materiale oleofobico) che viene applicata sui tessuti per rendere i capi studiati per essere particolarmente leggeri. di abbigliamento, gli accessori e le calzature antipioggia, impermeabili Quelli per la montagna, oltre alla leggerezza, al vento e resistenti, mantenendo la traspirabilità al vapore acqueo. Ciò sono pensati per offrire protezione dal è reso possibile dal fatto che le molecole dell’acqua sono più grandi di vento, dalla pioggia e dalle diverse quelle del vapore acqueo, quindi le gocce di pioggia non riescono a filcondizioni climatiche esterne. trare dai pori della membrana, al contrario del sudore, che può fuoriuscire. Questo principio è adottato anche nelle suole delle scarpe traspiranti. Gore-Tex è un marchio registrato. • Windstopper: sono tessuti con una membrana microporosa a due o tre strati che rende i capi antivento, assicurando nel contempo traspirabilità e minimo ingombro. La membrana viene aggiunta anche ai capi in pelle o in microfibra oppure è accoppiata internamente al pile. Cordura: è una fibra di Nylon dall’aspetto naturale, molto resistente all’usura, allo strappo e all’umidità. Nei capi di abbigliamento sportivo viene utilizzata per rinforzare le zone a maggiore rischio quali spalle, gomiti, ginocchia. È un marchio registrato DuPont.

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Trasformazione delle materie organiche LEZIONE

24. Filatura, tessitura e confezione La filatura industriale consiste in una serie di lavorazioni eseguite per trasformare le fibre tessili in filati. Da questo procedimento vengono escluse la seta, le fibre artificiali e le fibre sintetiche perché si ottengono direttamente sotto forma di filo continuo. L’obiettivo principale della filatura è quello di ottenere un filato omogeneo nell’elasticità e nella resistenza alla trazione e all’usura. Il procedimento di filatura del cotone prevede le seguenti fasi di lavorazione.

› Il processo di filatura Il primo attrezzo utilizzato per torcere le fibre tessili fu il fuso, costituito da un bastoncino infilato in un tondino. Facendo ruotare il bastoncino si torcevano le fibre attorno al fuso. La filatura a mano, principalmente della lana ma riguardava anche le fibre vegetali, si è mantenuta quasi identica nel corso dei secoli.

1  Con lo sfioccamento le fibre di cotone vengono aperte, scomposte e pulite per eliminare le impurità.

2  Le fibre sciolte vengono raccolte, creando uno strato sottile chiamato ovatta. 3  L’ovatta viene avvolta in rotoli.

I rotoli di ovatta vengono portati sulla cardatrice.

8  Il nastro viene sottoposto a stiratura.

7  Si ottiene un nastro. 10  Un’aletta

rotante avvolge il filato, chiamato stoppino, su di una spola: facendo ruotare le fibre parallele e tese si ottiene un lungo filo.

Con la cardatura le fibre vengono ulteriormente separate e disposte in modo regolare.

9  Nel banco a fusi il nastro viene ritorto e assottigliato.

6  Segue la pettinatura, per disporre le fibre in modo uniforme secondo la lunghezza; quelle corte vengono eliminate.

Dopo la filatura può essere effettuata la tintura: quest’operazione permette al colorante di penetrare nella parte centrale del filato. A questo punto i filati sono pronti per il processo di tessitura. 11  Sul filatoio vero e proprio, per mezzo di rulli, lo stoppino viene stirato (allungato) e, mediante un anello, con movimento verticale viene avvolto e ritorto sul rocchetto. Si ottiene così il filato.

La tessitura a fili ortogonali La tessitura è un’arte finalizzata alla produzione di tessuti mediante l’intreccio di fili. La tecnica è molto antica: i primi telai impiegavano due tipi di fili, ordito e trama, intrecciati perpendicolarmente tra di loro con le mani o con un bastoncino. Successivamente il telaio cambiò struttura e forma introducendo il liccio e il pettine, che velocizzarono il lavoro.

Fibre tessili

UNITÀ 3

Il tessuto ha una larghezza definita in base al numero di fili dell’ordito, mentre la lunghezza è indefinita. Sui due lati del tessuto, detti cimose, i fili dell’ordito sono molto più ravvicinati per aumentarne la resistenza. Sulle cimose si possono trovare impressi sigle, marchi di fabbrica o altri segni convenzionali. Prima della tessitura con il processo di orditura si avvolge, su un cilindro chiamato subbio, un determinato numero di fili, di pari lunghezza e tensione. Il numero dei fili dipende dalla larghezza della stoffa che si vuole ottenere.

I tessuti più comuni e più diffusi sono quelli ortogonali, quali i tessuti per camiceria o biancheria per la casa; sono formati dall’intreccio dei fili di ordito, posizionati in senso longitudinale, e dei fili di trama, cioè quelli orizzontali, disposti perpendicolarmente tra di loro.

› Il telaio per tessitura 3

Il numero dei licci presenti nel telaio dipende dal tipo di intreccio che si vuole ottenere.

4  Il pettine ha una forma rettangolare allungata ed è provvisto di fessure al cui interno passano i singoli fili dell’ordito. Con un colpo secco, il pettine compatta il filo di trama a ogni passaggio.

Rulli portafili 5  Il passaggio del filo di trama avviene con l’ausilio della navetta. 1  I fili dell’ordito sono avvolti su di un cilindro chiamato subbio.

6  A mano a mano che la tela si forma, viene arrotolata su di un subbio.

Il liccio ha la funzione di alzare i fili pari dell’ordito e abbassare quelli dispari, favorendo così il passaggio del filo di trama. 2

Oggi la tecnologia ha permesso di sostituire il lavoro del tessitore con l’automatismo dei telai meccanizzati. I processi di lavorazione non vengono più svolti dall’uomo, se non per la fase iniziale di sistemazione dei fili dell’ordito, ma da programmi computerizzati che ne gestiscono sia l’intreccio sia i motivi decorativi.

NUOVE TECNOLOGIE L’inserimento del filo di trama nei telai moderni Nel corso degli anni, pur essendo stata modificata notevolmente la meccanica del telaio, la sequenza delle operazioni è rimasta invariata; ciò che invece si è evoluto riguarda soprattutto l’inserimento del filo di trama. Nei moderni telai questo avviene con metodi diversi, tramite: • un getto d’aria, che esce a forte pressione da diversi ugelli e fornisce la spinta alla navetta con il filo di trama; • un proiettile, costituito da un’asta di acciaio e munito di una pinzetta che trattiene il capo della trama; spinto con violenza all’interno di apposite guide, attraversa a oltre 200 km/h i fili dell’ordito; • due pinze, «pattini» in metallo e resina sintetica, muniti di particolari pinzette capaci di trattenere la trama; • un getto d’acqua che, uscendo a forte pressione da un ugello posto su un lato, riesce a trascinare il filo di trama da un’estremità all’altra del tessuto, a oltre 300 km/h.

AREA 2

Trasformazione delle materie organiche

L'intreccio I tessuti sono il risultato della lavorazione di intreccio tra i fili dell’ordito e quelli della trama ed è proprio l’intreccio, definito anche armatura, a caratterizzare il tessuto. Le armature si distinguono in diverse tipologie. • Armatura a tela: è la più antica e semplice; consiste nel far passare un filo della trama prima sotto e poi sopra a quello dell’ordito. Il tessuto che si ottiene è molto resistente e non ha un dritto e un rovescio. • Armatura a spiga o saia: ha come struttura il filo di trama che passa prima due volte sopra e poi una volta sotto ai fili dell’ordito. Il tessuto presenta un’evidente struttura diagonale a destra o a sinistra. • Armatura a raso: è molto caratteristica perché si distinguono chiaramente il dritto e il rovescio. Il filo di trama passa da quattro a sette volte sopra e una sola volta sotto al filo dell’ordito. Armatura a tela

Armatura a spiga o saia

Filo

Armatura a raso

Filo

La tessitura a maglia

La produzione di tessuti a maglia si basa sul lavoro di particolari macchine lineari o circolari. Queste macchine, ormai completamente automatizzate e computerizzate, permettono di creare effetti particolari sul tessuto.

I tessuti a maglia vengono realizzati utilizzando una serie di fili, i quali vengono intrecciati a forma di anelli concatenati tra di loro fino a creare una catenella. A seconda del modo con cui vengono uniti, variano sia l’aspetto estetico sia la struttura del tessuto. La caratteristica che distingue il tessuto a maglia rispetto a quello che si ottiene con il telaio a fili ortogonali è una maggiore elasticità ed estensibilità, che comporta una migliore vestibilità degli abiti confezionati. L’impiego dei tessuti a maglia interessa principalmente i capi di abbigliamento, come T-shirt e indumenti intimi.

Il finissaggio Con il termine finissaggio si intende l’insieme delle operazioni di lavorazione che si applicano ai tessuti, allo scopo di migliorarne l’aspetto, le proprietà e le possibili applicazioni. La tintura può essere effettuata durante vari stadi della lavorazione tessile, partendo dalle fibre fino ad arrivare al capo finito, passando dai filati e dai tessuti. Un’altra operazione è la stampa, che permette di riportare un disegno, anche a più colori, su una superficie tessile. Le operazioni di candeggio hanno lo scopo di eliminare eventuali impurezze colorate e ottenere bianchi puri. Il trattamento ignifugo, che consiste nel rendere il tessuto antifiamma, evita quindi il propagarsi delle fiamme. Altri trattamenti di finissaggio possono essere l’antimacchia, l’antinfeltrimento, l’antipiega, l’antipilling e l’antitarme.

Fibre tessili

UNITÀ 3

Dal tessuto al capo di abbigliamento

Macchina faldatrice

Prima che un tessuto diventi un capo di abbigliamento sono necessarie altre operazioni, che un tempo erano eseguite semplicemente con ago, filo e qualche rudimentale strumento, mentre oggi possono avvalersi di numerose macchine computerizzate che riducono i tempi di lavoro e i costi della produzione. Le principali fasi per la realizzazione di un capo di abbigliamento sono: • la creazione; • la preparazione dei modelli e il taglio del tessuto, cioè la modellistica; • la confezione; • la finitura. La creazione è la fase più creativa e inizia con il disegno del capo da realizzare; il modello determina la natura del prodotto e il modo in cui esso verrà lavorato. Il disegno tiene conto delle tendenze della moda, nonché dell’immagine di marchio del produttore. La modellistica determina il metodo di confezionamento e lo sviluppo delle varie taglie, che solitamente viene effettuato a computer e con specifici programmi di grafica: si realizzano così i tracciati. Realizzati i tracciati, si procede con la fase di produzione. Il tessuto viene predisposto a strati mediante una macchina, chiamata faldatrice, che crea un materasso di tessuto. Sul materasso vengono posizionati i tracciati e si procede con il taglio tramite taglierine meccaniche o mediante dispositivi a raggio laser. Questa operazione permette di tagliare contemporaneamente un elevato numero di parti. La confezione dei capi consiste nel congiungere tra loro le diverse parti del tessuto mediante la cucitura. Le fasi di confezione possono essere diverse, dalla semplice cucitura dei tessuti alla realizzazione di tasche, occhielli, attaccature per bottoni. La finitura consiste nel controllo del capo per individuare eventuali difetti e comprende tutte quelle operazioni che rendono l’abito idoneo alla vendita in termini di presentazione, cioè stiratura, piegatura e imballaggio.

Le operazioni specifiche per confezionare un capo di abbigliamento sono effettuate con macchine per cucire e richiedono un numero di operazioni difficili da automatizzare, quindi per ogni macchina occorre un operatore.

I capi vengono quindi inviati al magazzino di stoccaggio e da qui alla filiera per la commercializzazione. Gli abiti dell’industria dell’abbigliamento prendono commercialmente il nome di prêt-à-porter, che vuol dire abiti pronti da indossare, oppure sono definiti abiti griffati quando fanno capo a noti stilisti.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI INTERVIENI E PRODUCI 1. S copri come sono fatte le armature realizzandone alcune con delle strisce di cartoncino colorato largo circa 1 cm e lungo 30 cm per l’ordito e 20 cm per la trama.

Riciclare gli abiti dismessi Mettere i propri abiti usati nei cassonetti delle associazioni umanitarie, sparsi su tutto il territorio nazionale, non costa nulla e ha effetti benefici sull’ambiente perché evita il ricorso alle discariche. Dopo la raccolta viene effettuata una selezione del materiale: per il 60% si tratta di indumenti in buone condizioni che vengono rivenduti in Italia nei mercatini dell’usato oppure, se sono capi in buone condizioni ma non adatti al mercato nazionale, vengono distribuiti gratuitamente in Africa, Sud America, India, nel Sud-Est asiatico e nei Paesi dell’Europa orientale. Circa il 25% del materiale raccolto, opportunamente tagliato, viene ridotto in stracci, pulito e commercializzato per il settore delle imprese di pulizia e per le officine; una parte di questi tessuti riciclabili viene utilizzata per produrre materiale fonoassorbente. Solamente il 5% circa viene destinato alla discarica o all’inceneritore.

IN BREVE L E Z I O N I 20 E 21

Che cosa sono le fibre tessili Le fibre tessili sono prodotti di origine vegetale, animale o artificiale, con i quali si realizzano i tessuti. Storia L’origine dell’uso delle fibre tessili si perde nel tempo. Circa 8 000 anni prima di Cristo, in Mesopotamia si utilizzavano tessuti di lino per abiti e teli, mentre il cotone fece la sua comparsa più tardi in India.

Fibre tessili vegetali Cotone Si ottiene dai peli che rivestono i semi della pianta. Grazie alle sua proprietà traspiranti trova impiego nella realizzazione di capi di abbigliamento, oltre che nella biancheria per la casa. Lino Si ricava dal fusto della pianta del lino. Le fibre sono traspiranti e viene utilizzato per capi di abbigliamento e biancheria. Canapa Si ricava dal fusto, alto qualche metro, della pianta della canapa. Le sue fibre sono usate per produrre sacchi, stuoie, cordami e giunzioni per impianti idraulici.

LEZIONE 22

Fibre tessili animali e minerali Lana È ottenuta dalla tosatura del vello di ovini, caprini e camelidi. È un ottimo isolante termico per il corpo ed è igroscopica, cioè assorbe il sudore e l’acqua. La lana merino è ricavata dalla pecora di razza merino, mentre il cachemire si ricava dal vello di una capra che vive nel Tibet. Seta È una fibra di origine animale che si ottiene dalla bava prodotta dal baco da seta mentre costruisce il bozzolo. Nelle filande, con il filo di 5-6 bozzoli uniti assieme, si produce il filo di seta. Con la seta si producono capi di abbigliamento di pregio. I maggiori produttori si trovano in Cina. Fibre minerali Dal vetro fuso, fatto passare in un foro sottilissimo, si ricava la fibra di vetro che, unita a resine, dà origine alla vetroresina, utilizzata in campo industriale per produrre recipienti di grandi dimensioni, resistenti agli agenti atmosferici. La fibra di carbonio, unita a speciali resine, dà origine a prodotti con una straordinaria resistenza meccanica, usati nell’industria aerospaziale, automobilistica e nautica. L’amianto è un minerale con spiccate proprietà ignifughe. In passato è stato utilizzato, misto al cemento, per produrre l’Eternit, usato per la copertura di tetti; oggi è considerato pericoloso per la salute.

LEZIONE 23

Fibre chimiche Le fibre artificiali sono di origine organica. Si producono con la trasformazione di alcune materie prime, ad esempio dalla cellulosa si ottiene il Rayon. Le fibre tessili sintetiche si ricavano, attraverso una serie di reazioni chimiche, dai polimeri (derivati del petrolio). Tra le fibre tessili sintetiche vi sono il poliestere (Terital), le fibre poliammidiche (Nylon), le fibre poliacriliche (Leacril), le fibre poliuretaniche (Lycra). Alcune fibre tessili di ultima generazione, come il pile, hanno la caratteristica di regolare il calore corporeo in funzione della temperatura esterna. Altri sono multistrato: lo strato interno assorbe il sudore, quello centrale regola la temperatura, mentre quello esterno è idrorepellente.

LEZIONE 24

Filatura, tessitura e confezione La filatura consiste in una serie di lavorazioni eseguite per trasformare le fibre in filati. La tessitura è finalizzata alla produzione di tessuti. I tessuti più comuni sono quelli ortogonali realizzati mediante il telaio. Sono costituiti da fili dell’ordito ai quali, tramite una spoletta, si intrecciano i fili della trama. I tessuti a maglia si basano su una serie di fili intrecciati, a forma di anelli concatenati, realizzati con macchine lineari o circolari. I tessuti a maglia sono elastici ed estensibili, vengono quindi impiegati per realizzate indumenti intimi e T-shirt. Dal tessuto al capo di abbigliamento Per realizzare gli abiti, i tessuti vengono tagliati sulla base di cartamodelli sviluppati nelle varie taglie. Poi le parti vengono cucite assieme nel reparto confezione.

UNITÀ 3

Fibre tessili

ESERCIZI Conoscenze

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le fibre artificiali si ottengono dai derivati del petrolio.

fibra di carbonio – lana – seta – lino – fibra di vetro – juta – cotone – poliestere – fibre poliviniliche – fibre poliuretaniche – amianto

2. I tessuti Windstopper sono antivento.

3. Le fibre sintetiche sono di origine organica.

1. Fibre vegetali:

................................... ................................... ...................................

7. Scegli l’alternativa corretta.

2. Fibre animali:

................................... ...................................

3. Fibre minerali:

................................... ................................... ...................................

1. Per realizzare un tessuto antimacchia bisogna usare le fibre di a  Teflon b  Cordura

1. Abbina le seguenti fibre alla giusta categoria.

4. Fibre sintetiche: ................................... ...................................

...................................

2. Scegli l’alternativa corretta.

2. Nei tessuti multistrati lo strato interno a

intrappola l’aria

assorbe il sudore

8. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

1. Il sisal è una fibra a  sintetica

vegetale

2. Il Rayon è una fibra a  animale

artificiale

subbio – trama – telaio – filato 1. Dalla lavorazione delle fibre tessili si ottiene il 2. L’intreccio delle fibre tessili si esegue con il

................................

.....................................

3. La navetta serve per facilitare il passaggio dei fili di ..........................

3. La resistenza all’allungamento è una proprietà a  meccanica b  tecnologica

nel telaio. 4. Nel telaio la tela che si forma viene avvolta sul

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le fibre del cotone si ricavano dal fusto della pianta.

.............................

9. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. I tessuti di cotone sono poco elastici.

1. La filatura è un’operazione che segue la tessitura.

3. Dalla lavorazione del lino si ottiene la filaccia.

4. Le fibre di canapa sono usate per produrre cordame.

2. L’intreccio serve per conferire resistenza al tessuto.

4. Scegli l’alternativa corretta.

3. I due tipi di filo usati dal telaio sono l’ordito e la trama.

1. Il cachemire è una fibra pregiata di origine a  animale b  vegetale

4. L’intreccio tra i fili di trama e quelli di ordito caratterizza i tessuti.

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

10. Metti in ordine le fasi di realizzazione di un capo, inserendo anche quella mancante.

1. La lana si ottiene solo dal vello delle pecore.

2. La bachicoltura è la coltivazione di fibre tessili.

3. La fibra di vetro è utilizzata per realizzare oggetti esposti agli agenti atmosferici.

modellistica – finitura – creazione 1. .....................................

2. .....................................

3. .....................................

4. .....................................

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Raccogliete vari tipi di stoffa di origine vegetale, animale, artificiale e sintetica. Per ciascuna descrivete le qualità al tatto e all’assorbimento dell’acqua. Riportate i campioni selezionati e i dati su un cartellone da esporre in classe. 2. Cerca delle informazioni sui tessuti di lino delle Fiandre.

3. Spiega perché, oggi come ieri, le fibre tessili rivestono un ruolo importante nella vita di ogni persona. 4. Quali sono le fibre naturali che abitualmente usi? 5. Elenca pregi e difetti delle fibre in amianto. 6. Prova a cercare sui giornali immagini di differenti prodotti tessili. Incollale sul quaderno creando dei collage.

Trasformazione delle organiche Trasformazione dellematerie materie organiche

UNITÀ

AREA 2

4 Pelle e cuoio LEZIONE

25. Che cos'è la pelle PAROLE DELLA TECNOLOGIA Concia: è un’operazione che

consiste nel trattare la pelle con sostanze in grado di impedirne la putrefazione. Tannino: è una sostanza utilizzata come disinfettante per rendere la pelle imputrescibile.

La pelle e il cuoio sono materiali naturali ottenuti dalla concia delle pelli animali. La pelle proveniente dalla macellazione di buoi, vitelli, capre, capretti, cavalli, cinghiali e tanti altri animali è una materia prima naturale che si presta alla realizzazione di una grande varietà di prodotti. Nel linguaggio comune viene chiamato cuoio (cuoio forte) la pelle conciata con alto spessore, usata per produrre suole, cinture o selleria, mentre viene chiamata generalmente pelle (cuoio molle) quando è sottile. Trova impiego nell’abbigliamento, nell’arredamento, nei settori della pelletteria e delle calzature.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Traspirazione: processo mediante il quale il cuoio riesce a lasciarsi attraversare dall’aria; il cuoio ha una buona traspirazione. Permeabilità all’acqua: proprietà di lasciarsi attraversare dai fluidi; il cuoio è impermeabile all’acqua.

PROPRIETÀ MECCANICHE Resistenza al fuoco: possibilità di trattare chimicamente il pellame per aumentarne la resistenza al fuoco. Resistenza all’abrasione: capacità di resistere allo strofinio e alla raschiatura.

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Flessibilità: capacità di assumere qualunque forma senza rompersi. Colorabilità: capacità di assorbimento e mantenimento nel tempo di una colorazione.

Resistenza all’usura: capacità di resistere al deterioramento.

LINK ➜ STORIA Il cuoio ricavato dai grossi mammiferi trovò impiego nella vita degli uomini solo dopo aver scoperto che le pelli esposte al Sole non imputridivano, non emanavano cattivi odori e avevano una durata molto lunga. In seguito si cominciò a utilizzare le pelli per realizzare semplici indumenti, per costruire capanne, per produrre legacci, calzari per camminare e oggetti di uso comune. Nei millenni, le tecniche di conservazione e di lavorazione sono state affinate, valorizzando tutte le proprietà del materiale. Fra i popoli che ne fecero

largo uso ricordiamo l’abilità conciaria dei Romani, che realizzarono con il cuoio scudi e corazze molto resistenti e leggeri, che li avvantaggiavano nei combattimenti contro i nemici. Sebbene oggi i procedimenti della concia siano cambiati, il principio base è rimasto lo stesso: impedire il moltiplicarsi dei batteri, che sono i diretti responsabili del deterioramento e della putrefazione.

Pelle e cuoio

CONSERVAZIONE

1  Le pelli che provengono dalla macellazione degli animali sono sottoposte a un primo trattamento di conservazione. Vengono cosparse abbondantemente di sale oppure immerse in un contenitore con una soluzione salina (salamoia). Segue l’essiccamento in appositi locali. A questo punto le pelli sono pronte per essere inviate in conceria.

UNITÀ 4

5  Concia vegetale (o al tannino): le pelli vengono messe a contatto con il tannino sciolto nell’acqua delle vasche. Con questo tipo di procedimento si ottengono cuoi molto duri e resistenti alla trazione.

CONCIA VEGETALE RINVERDIMENTO 2  Le pelli vengono messe in ammollo in acqua, in un recipiente chiamato bottale, per eliminare il sale e lo sporco e favorire il riacquisto dei liquidi persi.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. F ai un elenco di comuni oggetti in pellame dividendo i prodotti per categorie (pelletteria, industria calzaturiera, sport). Distingui tra oggetti in pelle e oggetti in cuoio, verificandone lo spessore con il tatto.

Concia delle pelli a Fes, in Marocco

DEPILAZIONE E CALCINAZIONE 3  Quando la pelle riacquista la naturale elasticità, viene immersa in una soluzione di calce e solfuro di sodio. Vengono asportati i peli con una macchina depilatrice e si separa il derma dall’epidermide.

PRESSATURA, TINTURA, LUCIDATURA, STIRATURA

SCARNITURA, SPACCATURA E MACERAZIONE 4  I due lati della pelle vengono ripuliti e separati, riducendo il loro spessore. Vengono poi immersi in particolari enzimi.

CONCIA MINERALE

Concia minerale (o al cromo): le pelli vengono trattate prima con una soluzione acida e successivamente con il solfato di cromo, che ha un potere penetrante molto forte. Questo trattamento migliora la resistenza del pellame all’usura e al calore. 6

7  Ultimata l’operazione di concia, le pelli possono subire trattamenti aggiuntivi, che sono specifici a seconda dell’impiego o delle caratteristiche che dovranno possedere i prodotti finiti.

Gli usi di pelle e cuoio La pelle e il cuoio sono oggi usati per una vasta gamma di prodotti. • Abbigliamento: l’industria della moda utilizza ogni genere di pelli con concia morbida; primeggia per questa proprietà la nappa, usata per realizzare guanti e indumenti. • Arredamento: si utilizzano pelli di grandi dimensioni per rivestire poltrone e divani oppure per gli interni di autovetture, per cui i materiali devono essere particolarmente resistenti all’usura da sfregamento. • Selleria: si utilizza un cuoio a concia vegetale per produrre selle da equitazione, per biciclette e moto. • Calzaturificio: il cuoio viene utilizzato prevalentemente per realizzare le suole, e la pelle è impiegata per le parti esterne e interne. • Pelletteria: vengono usate pelli di moltissimi tipi di animali per la fabbricazione di valigie, borse, portafogli, cinture, portachiavi. • Accessori sportivi: si realizzano palle e palloni per vari sport.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI L’impatto ambientale L’industria conciaria è inclusa nella «lista nera» dei settori a forte impatto ambientale. Fino a qualche tempo fa, infatti, per la lavorazione del pellame occorrevano elevate quantità di acqua e i trattamenti chimici sulle pelli, i cui scarti finivano per essere immessi nell’ambiente, determinavano un grave danno per il suolo, i fiumi e i mari. La situazione, che stava raggiungendo livelli preoccupanti per la natura, in quest’ultimo periodo sta migliorando grazie all’introduzione di macchine con una tecnologia avanzata. Queste eseguono quasi tutti i cicli di lavorazione razionalizzando il processo produttivo, riducendo i consumi energetici e le fonti d’inquinamento con grande beneficio per l’ambiente. Inoltre, le eccedenze dei sottoprodotti organici, eliminate durante il processo di concia (grasso, peli e tessuti vari), vengono inviate ad appositi impianti per essere trasformate in biogas.

MAPPA DELL’AREA LEGNO In base alle essenze si classificano in: – legni teneri – legni resinosi – legni duri – legni esotici

INQUINAMENTO

CARTA La cellulosa estratta dal legno può essere trasformata in: – pasta meccanica – pasta chimica trasformazioni

MATERIE ORGANICHE Possiedono proprietà: – chimico-fisiche – meccaniche – tecnologiche

SEMILAVORATI

FIBRE TESSILI Si distinguono in: – naturali (vegetali come cotone e lino, animali come lana e seta, minerali come fibra di vetro e fibra di carbonio) – chimiche (artificiali come il Rayon, sintetiche come poliestere e Nylon)

COMPONENTI

PRODOTTI FINITI

RECUPERO E RICICLO Dopo l’utilizzo alcuni materiali (in particolare legno e carta) vengono riciclati e introdotti nuovamente nella filiera della produzione.

PELLE E CUOIO In base alle lavorazioni si ottengono: – pelle sottile – cuoio

UTILIZZO

AREA 5 AREA 2

Trasformazione delle materie organiche

VERIFICA Conoscenze

5. Scegli l’alternativa corretta. 1. La pasta di cellulosa può essere a  meccanica b  sintetica

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Con la tranciatura si ottengono singoli fogli di legno.

2. Il compensato è composto da un unico foglio di legno.

2. La sbiancatura della carta può avvenire utilizzando a  ossigeno b  alcol

3. Il multistrato si ottiene incollando fra di loro tre sottili fogli di legno.

3. I contenitori di cartoncino accoppiato a un altro materiale, usati in ambito alimentare si chiamano a  carta kraft b  Tetra Pak

4. I piallacci sono sottili fogli di legno.

5. Il pellet è una biomassa.

6. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. calandre – canapa – cellulosa – lino – meccanica – tenera

2. Scegli l’alternativa corretta.

1. La .................................. si ottiene da alberi a essenza ............................... .

1. Per il rispetto dell’ambiente è meglio acquistare un legno a  con certificazione FSC b  d’importazione

2. In passato la carta si otteneva dagli indumenti che contene-

2. Per il parquet è meglio utilizzare a  pannelli di tamburato b  legno massello duro

3. La pasta

3. Per i lavori di carpenteria si usano legni a  duri b  esotici c  teneri d  resinosi

4. Alla fine della macchina continua si trovano le

vano le fibre del

..............................................

e della

...........................................

o greggia si ricava impiegando

circa il 95% del legno. .................................

e le bobine.

3. Scrivi il nome di quattro pannelli e indica per che cosa vengono impiegati. Nome

...........................................

Uso

7. Abbina ciascuna proprietà della carta alla sua definizione. 1. lisciatura 4. grammatura

2. opacità 3. collatura 5. resistenza alla piegatura

a. capacità di opporsi alla piegatura b. peso della carta, espresso in g/m2 c. capacità di non lasciarsi attraversare dalla luce d. capacità di assumere un aspetto liscio, ruvido o satinato e. proprietà che migliora la scrivibilità del foglio

1 2 3 4

4. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

....................

piegarsi – depezzatura – naturale – durame – truciolato – MDF – sfogliatrice – curvabilità

8. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

1. La capacità del legno di assumere una forma curva è defini-

disinchiostrazione – pasta – fibre – estranei – spappolatore – smaltimento – continua – carta – macero

.............................................. .

2. Il taglio del tronco secondo misure standard prende il nome di

.............................................. .

3. La stagionatura può essere artificiale o ................................................... . 4. La parte del tronco da cui si ottiene il legno è il

..............................

5. La fibra a media densità è conosciuta con il nome di ................ . 6. Il pannello ottenuto unendo al legno triturato delle colle è il ..............................................

Per non appesantire le già precarie situazioni di

nelle discariche, i Comuni operano degli interventi di recupero della

..............................................

che ha completato il proprio ciclo di

utilizzo. Pertanto tutta la carta domestica e industriale viene trasportata presso appositi centri che si occupano del recupero delle

..............................................

dalla carta da

l’eliminazione dei materiali sminuzzata e messa in uno

..............................................

.............................................., ..............................................

7. La lama che riduce il tronco in un unico foglio è la ...................... .

depurazione e

8. La capacità del legno di .............................................. e di riprendere la

carta, che viene inserita nella macchina

forma iniziale è definita elasticità.

........................................

..............................................

si ottiene la

. Dopo

la carta viene

. Dopo le fasi di

..............................................

per

produrre carta riciclata.

VERIFICA 9. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

13. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

tessile – telaio – naturali – minerale

vegetale – bachicoltura – petrolchimica – bozzoli – cellulosa – animale – organica

1. Le fibre tessili che danno origine al tessuto possono essere ..............................................,

Le fibre tessili di origine

artificiali o sintetiche.

2. Il cotone è una fibra

..............................................

di origine vegetale.

3. La fibra di vetro e la fibra di carbonio sono di origine ...............................

4. Il

...............

..............................................

sono il lino, il cotone

e la canapa; invece sono di origine

..............................................

la lana e

la seta. Quest’ultima si produce dai

..............................................

del baco

da seta il cui allevamento prende il nome di Le fibre chimiche artificiali hanno origine

..............................................

è la macchina che serve per la produ-

..............................................

2. igroscopicità 4. attitudine alla tintura

1. resistenza alla rottura 3. inalterabilità 5. lavorabilità a. capacità b. capacità c. capacità d. capacità e. capacità 1.

....................

di di di di di

....................

1. Il cotone si ottiene raccogliendo dalla pianta a  le foglie b  la bambagia 2. Nelle piante del lino e della canapa le fibre si ricavano a  dal fusto b  dalle foglie 3. Stiratura, piegatura e imballaggio di un abito sono operazioni di a  finitura b  finissaggio b

artificiale

5. I tessuti realizzati con fili intrecciati a forma di anelli concatenati sono a  a fili ortogonali b  a maglia 12. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. navetta – ordito – armatura – tessuto La tessitura a fili ortogonali è una tecnica che consente di intrecciare i fili dell’.............................................. e della trama, con l’ausilio della il nome di

. Si ottiene così un prodotto finito che prende

..............................................

intreccio, detti anche

14. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. 1. Il termine

11. Scegli l’alternativa corretta.

..............................................

indica una pelle che ha un

certo spessore.

4. Il Gore-Tex è una fibra a  sintetica

..............................................

concia – inquinanti – conciarie – cuoio – pelle

resistere alle muffe e alle sostanze chimiche assorbire l’umidità resistere a un carico senza rompersi assumere nuove forme assorbire un colore e mantenerlo nel tempo

. Le fibre sintetiche sono ottenute

per sintesi chimica dai derivati dell’industria 10. Abbina ciascuna proprietà delle fibre tessili alla sua definizione.

..............................................

sono ottenute dalla trasformazione di materie prime naturali, come la

zione dei tessuti.

.............................................

. Si possono realizzare vari tipi di

..............................................

2. La

..............................................

si usa generalmente nell’abbigliamen-

to e per la pelletteria e le calzature. 3. La pelle proviene dalla .............................................. delle pelli animali. 4. Le attività

..............................................

sono

..............................................

15. Abbina ciascuna proprietà della pelle e del cuoio alla sua definizione. 1. flessibilità 3. permeabilità all’acqua 5. resistenza all’usura

2. resistenza al fuoco 4. colorabilità

a. capacità di resistere al deterioramento b. capacità di assorbire una colorazione c. capacità di lasciarsi attraversare dai fluidi d. capacità di far aumentare la resistenza all’azione del fuoco e. capacità di assumere qualunque forma 1.

....................

16. Indica nella tabella in quali settori è impiegato il cuoio e in quali si fa uso della pelle. Settori in cui è usato il cuoio Settori in cui è usata la pelle

VERIFICA

AREA 5 AREA 2

Trasformazione delle materie organiche

Competenze

30 5

2,5

A 5

fessure per inserimento ali

7,5

3. Role play: ipotizzate un processo alle fibre tessili. Immaginate di essere in un tribunale, pronti per l’arringa conclusiva di un processo che deve stabilire se utilizzare maggiormente le fibre tessili naturali o quelle artificiali. 1. La classe si divide in due gruppi, da una parte i sostenitori delle fibre naturali, dall’altra i sostenitori delle fibre artificiali. L’insegnante indosserà i panni del giudice; i rappresentanti di classe saranno, invece, i segretari che dovranno prendere nota delle fasi principali del processo.

4. Costruisci un aereo in legno. 1. Devi costruire un aeroplano giocattolo in legno di balsa. Fai un’indagine per verificare il perché di questa scelta materica. 2. Prepara su un foglio i disegni per realizzare le varie parti prendendo spunto dall’immagine. Procurati il materiale necessario alla realizzazione: un foglio di balsa (negozi di aeromodellismo), un taglierino, un tubetto di colla da legno (o vinilica), un foglio di carta vetrata fine, un pennello, colori vinilici (o tempere), vernice trasparente. 3. Procedi con la realizzazione. Su un pezzetto di balsa effettua qualche prova di taglio secondo direzioni differenti e analizzane le conseguenze. In base alle considerazioni emerse, appoggia il disegno di ogni parte sulla balsa e ripassalo con una matita appuntita: sul legno rimarrà una traccia che potrai seguire per il taglio. Passa la carta vetrata lungo i bordi per levigare le superfici. Procedi con l’incollaggio. Quando la colla è asciutta decora il tuo aereo a piacere con i colori e successivamente con la vernice trasparente.

,5 R2

2. Realizzate una linea del tempo delle fibre sintetiche. Le fibre sintetiche sono entrate in commercio dopo il 1940 e si sono subito affermate in quanto offrono prodotti con una vasta gamma di proprietà. Insieme ad alcuni tuoi compagni ricostruisci i momenti più importanti nella storia della produzione di tali fibre, seguendo le indicazioni date. 1. Grazie a enciclopedie cartacee o virtuali scoprite quali sono state le più importanti scoperte nel campo della produzione delle fibre sintetiche e prendetene nota sul quaderno. 2. Analizzate, una per una, le principali tipologie di tali fibre, scrivendone le relative informazioni (anno di comparsa sul mercato, autore della scoperta, curiosità, caratteristiche, se è ancora sul mercato o meno ecc.). 3. Con il computer (usando ad esempio Microsoft Word o Excel) create una scheda da compilare per ogni fibra analizzata e, al termine, riunitele in un fascicolo di cui inventerete la copertina. 4. Disegnate su un cartellone una linea del tempo (simile a quelle che trovate all’inizio di ogni Area del libro di Tecnologia) e, accanto a ogni data inserita, incollate un campione della relativa fibra o, in alternativa, una sua immagine scaricata da Internet. 5. Appendete in aula il cartellone e il fascicolo; infine relazionate alla classe il risultato della vostra attività.

2. Stabiliti i gruppi datevi una settimana di tempo per raccogliere informazioni a favore o contro le diverse fibre. 3. Affrontatevi poi in aula in modo ordinato cercando di sostenere con valide motivazioni l’utilizzo di una fibra o dell’altra. Il giudice stabilirà quale gruppo è riuscito a sostenere meglio la propria parte.

1. Organizza una gita virtuale al museo della carta. Con l’aiuto di un motore di ricerca, collegati alla home page del Museo della carta e della filigrana di Fabriano. Inizia la visita virtuale entrando in tutti gli spazi del Complesso Monumentale di San Domenico, sede del museo. Organizza la visita per il resto della classe, da effettuare successivamente in aula computer o attraverso una LIM. Per organizzare al meglio l’attività, prepara delle tracce scritte aiutandoti con le seguenti indicazioni: 1. poniti la domanda «perché è sorto un museo della carta proprio a Fabriano?» e attraverso una piccola ricerca prova a darti una risposta; 2. cerca informazioni relative alla sede del museo dal punto di vista storico e/o architettonico, alla filigrana, alla produzione della carta partendo dagli stracci.

A 3,5 5

4 7,5

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Cassetta in legno

ti trezzi occorren Materiali e at Seghetto Cacciavite a stella Tronchese Una manciata di viti per legno da 16 mm Righello o squadra

Succhiello Cassetta della frutta non troppo rovinata Listelli da 5 x 38 mm, di recupero

1. Smontiamo la cassetta della frutta.

2. Recuperiamo i 4 pezzi di legno triangolari che si trovano ai lati della cassetta.

3. Segniamo con la matita 8 cm; spostiamoci sul bordo del tavolo e ritagliamo. Ripetiamo la stessa operazione per gli altri tre pezzi.

4. Ora ritagliamo i listelli a misura. Segniamo 30 cm su un listello di legno.

5. Spostiamoci sul bordo del tavolo e ritagliamolo. Ripetiamo la stessa operazione con gli altri listelli.

6. Segniamo 15 cm su un listello.

7. Dal bordo del tavolo ritagliamolo. Ripetiamo la stessa operazione con gli altri listelli.

8. Ora abbiamo l’occorrente: 4 listelli da 30 cm, 4 da 15 cm e 4 blocchetti da 8 cm. Accostiamo i 4 listelli più lunghi.

9. Tracciamo una riga a 1 cm dal bordo.

In questa attività costruiamo una piccola cassetta in legno con pezzi recuperati da cassette di frutta e verdura. È molto importante realizzare l’oggetto con estrema precisione.

Trasformazione delle materie organiche

AREA 2

10. Facciamo un segno per individuare la metà per ogni listello. Ripetiamo la stessa operazione dall’altro lato e sugli altri listelli.

11. Con il succhiello pratichiamo un foro.

12. Posizioniamo una vite e avvitiamo. Ripetiamo la stessa operazione sugli altri listelli da 30 e 15 cm.

13. Fissiamo il primo listello da 30 cm sul supporto triangolare.

14. Proseguiamo con l’altro listello. Fissiamo quindi gli altri due listelli lunghi.

15. Ora non ci resta che unire i due pezzi con i listelli corti prima da un lato e poi dall’altro.

16. Ecco terminata la nostra cassetta.

17. Possiamo ad esempio utilizzare la nostra cassetta come portavasi.

18. Perché abbiamo usato le viti e non i chiodi o la colla? Semplice, perché sarebbe stato difficile se non impossibile smontare l’oggetto. Un design attento alla sostenibilità garantisce che il prodotto possa essere smontato e i diversi materiali da cui è composto siano separabili con facilità.

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Segnalibro con carta riciclata Lo scopo di questa attività è produrre nuova carta riciclando della carta da macero.

ti trezzi occorren Materiali e at 1 foglio di carta assorbente Alcuni fogli di carta da ufficio usata 1 foglio di giornale Frullatore Acqua Bacinella e colino

Cucchiaio Matterello per stendere la pasta 2 tovaglioli di stoffa Ferro da stiro Asse da stiro o tavola di legno come protezione per il ferro caldo

1. Riduciamo in piccoli pezzi un tovagliolo di carta assorbente, un foglio di carta da giornale e alcuni fogli di carta da ufficio e mettiamoli nel contenitore del frullatore.

2. Aggiungiamo un bicchiere d’acqua. Accendiamo il frullatore e frulliamo il tutto. Dopo alcuni minuti otteniamo una poltiglia abbastanza liquida e omogenea.

3. Con l’aiuto di un cucchiaio versiamo la poltiglia nel colino, posto sopra una bacinella, e premiamo un po’, in modo da far uscire l’acqua in eccesso.

4. Ora dobbiamo far evaporare l’acqua contenuta nelle fibre. Stendiamo un tovagliolo. Poi, con il cucchiaio, versiamoci sopra la poltiglia di carta.

5. Sempre usando il cucchiaio spianiamo la poltiglia, cercando di non lasciare buchi.

6. Pieghiamo il tovagliolo e, con l’aiuto di un matterello da cucina, stendiamo l’impasto cercando di livellarlo e renderlo uniforme.

7. Stendiamo un altro tovagliolo e, con un ferro da stiro ben caldo, facciamo asciugare l’impasto.

8. Ripetiamo questa operazione alcune volte. Attendiamo un giorno perché asciughi completamente.

9. Ecco il nostro foglio di carta: il colore è più scuro perché l’inchiostro del giornale si è in parte distribuito nelle fibre. Ritagliamo ed ecco il nostro segnalibro.

AREA 2

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Ciotola con carta da riciclo La carta delle riviste destinate al macero può diventare materia prima. Con questa attività impariamo a riutilizzare la carta per creare nuovi oggetti.

ti trezzi occorren Materiali e at Riviste Forbici Colla stick

Pennello Ciotola Colla vinilica + acqua

1. Prendiamo delle riviste. Togliamo le graffette e separiamo la copertina. Prendiamo quindi i fogli e con le forbici tagliamoli a metà.

2. Pieghiamo la pagina alla metà esatta e poi nuovamente a metà.

3. Con le forbici tagliamo lungo le linee di piega. Otteniamo così delle strisce alte 5,5 centimetri. Procediamo tagliando una decina di pagine.

4. Prendiamo una striscia e pieghiamola a metà. Poi risvoltiamo i due lati all’interno.

5. Di nuovo pieghiamo a metà. Otteniamo una striscia lunga 13,7 centimetri. Ripetiamo la stessa operazione per tutte le strisce ritagliate. Mi raccomando, siate precisi nelle pieghe.

6. Prendiamo una strisciolina e avvolgiamola su se stessa, in modo abbastanza stretto. Prendiamone un’altra e continuiamo ad avvolgerla sopra. Poi una terza, una quarta e così via.

7. Per evitare che si srotolino, stendiamo una piccola quantità di colla stick. Proseguiamo aggiungendo altre strisce. Ritagliamone delle altre, pieghiamo e continuiamo ad arrotolarle.

8. Continuiamo ad aggiungere strisce fin quando reggiungeremo un diametro di circa 20 cm.

9. Ora possiamo modellarla. Noi abbiamo creato una ciotola, ma è possibile realizzare vasi, bicchieri ecc.

AREA

Trasformazione delle materie inorganiche

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2-U3-U4-U5 VIDEO Nuova vita ai bicchieri di plastica AUDIO + VIDEO In breve U1-U2-U3-U4-U5 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 29-32-33-37-39-40-45 Esercizi U1-U2-U3-U4-U5 Verifica di Area

MATERIE PLASTICHE E GOMME

VIDEO Una plastica: il polietilene Lez. 27 Lavorazione della plastica Lez. 27 Altoforno Lez. 32 Lavorazioni meccaniche Lez. 37 Produzione del vetro cavo Lez. 39 Produzione del vetro in lastre Lez. 39

METALLI

1879 L’ingegnere e architetto francese François Hennebique è tra i primi a usare il cemento armato, sperimentando l’uso delle staffe nelle armature dei pilastri e delle travi. Nel 1888 realizza i primi solai in cemento armato con ferri tondi.

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Charles Goodyear Lez. 30 Metalli con memoria di forma Lez. 36 Terre rare Lez. 36 Fibre di vetro Lez. 39 Ceramica «Raku» Lez. 41 Tecnica edilizia romana Lez. 45

1800

1850

1855 Henry Bessemer in Inghilterra realizza un sistema per produrre l’acciaio su larga scala, grazie all’introduzione del convertitore Bessemer. Nel convertitore, la ghisa proveniente dall’altoforno viene inserita in un crogiolo dove viene soffiata dell’aria che brucia il carbonio disciolto dal coke.

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Analizzare le caratteristiche dei

Effettuare prove e semplici inda-

L’alunno riconosce nell’ambiente

diversi materiali inorganici.

Comprendere le relazioni tra materia prima e prodotto finito attraverso l’analisi dei cicli produttivi. Conoscere le tipologie di macchine usate nelle diverse fasi produttive dei materiali. Comprendere l’importanza del riciclo per il rispetto ambientale.

VETRO

CERAMICA

1888 A John Boyd Dunlop, un inventore scozzese, spetta il merito della creazione della gomma pneumatica gonfiabile, dopo l’invenzione del metodo di vulcanizzazione ideato, decenni prima, dallo statunitense Charles Goodyear. Anni dopo l’azienda Goodyear sceglie il proprio nome in suo omaggio.

1900

MATERIALI PER L’EDILIZIA

Fine anni Cinquanta Alastair Pilkington sviluppa il primo processo per fabbricare vetro piano di alta qualità, il cosiddetto vetro float. Negli anni seguenti tutti i produttori a livello mondiale di vetro piano ottengono licenze per utilizzare il suo sistema «a galleggiamento».

1950

2000

1909 Il chimico belga-statunitense Leo Baekeland produce la bachelite. Si tratta di un materiale composito, formato da resina fenolica miscelata con farina di legno e coloranti. Viene utilizzata diffusamente fino agli anni Cinquanta del Novecento ed è considerata la prima materia plastica sintetica.

AREA 3

UNITÀ

Trasformazione delle inorganiche Trasformazione dellematerie materie inorganiche

Materie plastiche e gomme LEZIONE

26. Materie plastiche Le materie plastiche sono prodotti artificiali o sintetici formati da catene molto grandi di molecole, dette polimeri, che, in determinate condizioni di temperatura e pressione, subiscono variazioni permanenti di forma.

RESINE

Artificiali Da cellulosa Da proteine

Sintetiche Da petrolio Da gas naturale

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Conducibilità elettrica: capacità di opporre resistenza alla corrente elettrica (la plastica è un isolante). Comportamento al calore: la plastica può essere modellata una volta (termoindurente) o più volte (termoplastica).

La plastica deriva da risorse naturali trasformate in resine. Queste ultime possono essere classificate in due categorie: • le resine artificiali si ricavano dalla cellulosa (è il caso, ad esempio, della celluloide) o da proteine naturali; • le resine sintetiche si ottengono dalla trasformazione del petrolio e del gas naturale.

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Durezza: buona capacità di resistere all’abrasione.

Plasticità: ottima capacità di essere deformata da forze esterne.

Elasticità: buona capacità di riacquistare la forma primitiva.

Duttilità: buona capacità di lasciarsi ridurre in fili.

Resistenza meccanica: buona capacità di resistere alle forze esterne.

Malleabilità: buona capacità di lasciarsi ridurre in sottili lamine.

LINK ➜ STORIA La scoperta e l’utilizzo delle materie plastiche è piuttosto recente: esse nascono sul finire dell’Ottocento con lo scopo di sostituire alcuni materiali naturali pregiati, troppo costosi e spesso difficili da reperire. Il primo materiale plastico che appare sul mercato è la celluloide, a cui seguono la bachelite e la fòrmica. Le continue ricerche e le nuove tecnologie

portano alla produzione, intorno agli anni Trenta, delle materie plastiche derivate direttamente dal petrolio, come il polistirolo o il nylon. Intorno agli anni Settanta nascono materiali plastici a elevata tecnologia, chiamati di terza generazione: si creano, cioè, nuovi polimeri studiati appositamente per far fronte a specifiche esigenze nei più svariati settori.

Materie plastiche e gomme

UNITÀ 1

I vari tipi di resina, nelle loro diverse consistenze, costituiscono la materia prima per la produzione degli oggetti in plastica. Attualmente la produzione mondiale si basa prevalentemente sull’utilizzo del petrolio e del gas naturale, quindi le resine sintetiche sono quelle impiegate maggiormente.

Le bioplastiche La plastica è resistente, versatile, leggera ed economica, tuttavia dura troppo a lungo prima di decomporsi e, se non utilizzata correttamente, può contaminare l’ambiente. Per questo motivo recentemente le innovazioni tecnologiche hanno portato all’introduzione di biopolimeri o bioplastiche, materiali organici con caratteristiche simili alla plastica ma considerati biodegradabili, cioè in grado di decomporsi nel terreno. Pur avendo le stesse proprietà di un materiale inorganico, le bioplastiche sono una materia organica, di origine vegetale.

Le bioplastiche ottenute da cereali come il mais o il grano oppure dalle patate hanno il vantaggio di essere biodegradabili e compostabili, ma la loro produzione desta qualche critica. Per ottenerle, infatti, vaste superfici vengono coltivate appositamente, impiegando energie fossili per azionare le macchine, acqua di irrigazione, diserbanti e concimi chimici, e sfruttando terreni che invece potrebbero essere destinati alla coltivazioni di alimenti.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono le materie plastiche? 2. C ome le bioplastiche si differenziano dalle plastiche? 3. Q uali tipi di plastica possono essere riciclati?

Il futuro nel campo degli imballaggi alimentari è nelle bioplastiche derivanti da materie prime naturali di tipo non alimentare, come le alghe, la cellulosa o alcuni scarti di produzioni agricole, in modo da non interferire con il mercato dei prodotti alimentari, preziosi soprattutto nei Paesi in via di sviluppo.

Biodegradabile o compostabile? Oggi sul mercato sono comparse decine di polimeri plastici ricavati dall’amido di mais, patate o frumento. • Mater-Bi è il nome commerciale di una bioplastica brevettata da Novamont e ricavata dal mais. Il Mater-Bi è utilizzato nella realizzazione dei sacchetti per la raccolta differenziata dell’umido, ma trova impiego anche nella produzione di giocattoli, stoviglie, imballaggi. • Ingeo PLA è una bioplastica, anch’essa ricavata dal mais, brevettata dall’azienda statunitense NatureWorks. Si tratta di un materiale perfettamente trasparente, per cui viene utilizzata per la produzione di bicchieri e bottiglie per l’acqua minerale. • La polpa di cellulosa si ricava dalle fibre della lavorazione di alcune piante, in particolare della canna da zucchero. Viene utilizzata per la produzione di piatti e bicchieri. Resiste alla temperatura di 200 °C e può essere utilizzata nel microonde. Questi prodotti sono considerati biodegradabili e compostabili (ossia utilizzabili per la raccolta dei rifiuti domestici dell’umido), in base a una normativa europea secondo cui tali materiali devono degradarsi del 90% in sei mesi. Tuttavia, perché la decomposizione sia effettivamente biodegradabile è necessario che lo smaltimento avvenga in appositi siti di compostaggio: grazie alle temperature elevate e ai batteri presenti negli impianti di compostaggio, il materiale si decompone progressivamente, senza rilasciare sostanze nocive e trasformandosi in compost. L’uso della dicitura «biodegradabile» può trarre in inganno. Le bioplastiche biodegradabili che non presentano la dicitura «compostabile» sono plastiche oxo-biodegradabili, plastiche tradizionali a cui viene aggiunto un additivo che fa sì che la plastica, tramite l’esposizione alla luce e al calore, si disgreghi in tantissimi frammenti poco o non visibili; questo processo, però, non le rende materiali compostabili. È importante sottolineare che i prodotti in bioplastica non possono essere gettati ovunque solo perché si degradano facilmente. I sacchetti biodegradabili e compostabili vanno utilizzati per la raccolta dei rifiuti organici destinati agli impianti di compostaggio e non vanno gettati nel sacco della plastica. Va ricordato che la vera ecologia consiste nell’utilizzo di sacchetti in tela o tessuti plastici riutilizzabili.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche

LINK ➜ STORIA Risale a oltre 150 anni fa l’invenzione delle resine 1855

Lo svizzero Georges Audemars ottiene dalla cellulosa il rayon, una fibra tessile inizialmente chiamata «seta artificiale» per la sua lucentezza.

1868

Lo statunitense John W. Hyatt inventa la celluloide, in seguito utilizzata per la fabbricazione di oggetti quali manici di posate, scatole, pellicole cinematografiche.

1907

Il belga Leo H. Baekeland crea la bachelite, utilizzata come materiale isolante e per produrre radio e macchine fotografiche.

1912

Si produce la fòrmica, un laminato plastico utilizzato nel campo degli arredi.

1927

Inizia la produzione dei polimeri acrilici, ossia materie plastiche ottenute da sostanze chimiche a base di petrolio. In questo periodo si utilizzano comunemente già sedici materie plastiche differenti.

1928

Si mettono a punto il polietilene, il più comune tra le materie plastiche, e il nylon, la più importante fibra tessile artificiale.

Anni ’50

Si producono i policarbonati, impiegati in diversi settori tra cui quello musicale per la produzione dei CD, e il polietilene ad alta densità.

1963

Giulio Natta (1903-1979) riceve il premio Nobel per la chimica. Si era diplomato ad appena 16 anni e si era laureato in ingegneria chimica al Politecnico di Milano a soli 21 anni. Ha insegnato nelle università di Pavia, Roma, Torino e dal 1938 al Politecnico di Milano, dedicandosi alla ricerca sui polimeri a struttura cristallina.

1965

Dal 2000

Le materie plastiche si sono conquistate un posto di primaria importanza sul mercato grazie alle loro numerose proprietà. Sono facilmente lavorabili e colorabili, leggere ed economiche. Sono inattaccabili dalle muffe, dai funghi e dai batteri. Offrono un buon isolamento termico, elettrico e acustico e sono idrorepellenti. . Per ricoTutti gli oggetti in plastica riportano il simbolo noscere in modo chiaro e immediato il tipo di plastica, sono stati pensati dei codici numerici validi a livello internazionale: i produttori sono obbligati a inserire tale numero all’interno del simbolo, sotto il quale generalmente è apposta la sigla del materiale. Le cifre da 1 a 6 identificano le plastiche che è possibile riciclare; le resine di tipo 7, invece, non sono riciclabili e vanno smaltite nel cassonetto dell’indifferenziato.

› L’albero della plastica

I tecnici dell’aeronautica statunitense producono il plexiglas, un materiale con caratteristiche simili a quelle del vetro.

Anni ’30

L'albero della plastica

Nel 1963 viene insignito, assieme al chimico tedesco Karl Ziegler, del premio Nobel per la chimica, per la messa a punto di catalizzatori, in particolare per la realizzazione del polipropilene isotattico. Alcuni di questi polimeri sono commercializzati dalla Montecatini con il nome di Moplen (articoli in plastica) e Meraklon (fibra tessile). Entrano in commercio alcune fibre tessili sintetiche oggi impiegate nel settore dell’abbigliamento, come il Kevlar e il Gore-Tex. Nascono le bioplastiche.

PE Polietilene Corrisponde al 50% di tutte le plastiche prodotte. PF Resina fenolica È un isolante termico, resiste al vapore e agli agenti chimici. È utilizzata per laminati, adesivi, nei componenti elettrici e per automobili. PA Poliammide Resiste agli urti, all’usura e alla trazione; è un isolante elettrico. È utilizzato per componenti meccanici, imballaggi per alimenti e per produrre il nylon. PSU Polisolfone PC Policarbonato È trasparente, rigido, duro, resistente e leggero. È utilizzato per manufatti trasparenti, componenti per automobili e imballaggi. EP Resina epossidica È rigida, trasparente e resistente. È utilizzata per adesivi, colle, vernici, attrezzature mediche e negli isolanti elettrici. PBT Polibutilentereftalato PUR Poliuretano È durevole, leggero, impermeabile ed è un isolante termico. È utilizzato per finte pelli, calzature, articoli sportivi, negli isolanti elettrici e soprattutto nei pannelli per l’isolamento termico delle abitazioni. Rivestito con lamiere di alluminio, è impiegato per rivestimenti e coperture di edifici industriali economici.

06 PS

PS Polistirene/polistirolo È economico, leggero, impermeabile, rigido e resistente; è un isolante termico ed elettrico. È utilizzato per imballaggi industriali e per il settore alimentare, come isolante termico per elettrodomestici, per il settore delle costruzioni e in componenti per automobili.

Materie plastiche e gomme

UNITÀ 1

Esaurito il loro compito, i prodotti con il simbolo di riciclaggio vanno gettati nel sacco per la raccolta della plastica. In alcuni Comuni, tuttavia, può capitare che determinati oggetti, pur essendo in plastica riciclabile, siano considerati rifiuti indifferenziati: in questo caso bisogna seguire le direttive del proprio Comune. Il futuro della plastica sarà questo? Bio-on è una società italiana che ha ideato una rivoluzionaria bioplastica, chiamata PHAs, ottenuta dai residui di barbabietola e canna da zucchero, impiegando una tecnologia che oggi l’azienda concede in licenza in diversi Paesi al mondo. Poiché utilizza scarti di lavorazione, può essere considerata una plastica realmente ecocompatibile, in grado di sostituire plastiche come PET, PP, PS, HDPE, LDPE, PE. Per quanto riguarda la biodegradabilità, si scioglie in acqua in 40 giorni.

04 LDPE

02 HDPE

04 LLDPE

LDPE Polietilene a bassa densità È economico, semirigido, impermeabile, resistente, duttile e facilmente lavorabile. È utilizzato per sacchetti, imballaggi industriali e alimentari, contenitori, componenti per automobili, film per serre e per il settore agricolo. HDPE Polietilene ad alta densità È facilmente lavorabile e resiste agli agenti chimici. È utilizzato per bottiglie, flaconi, taniche, serbatoi, imballaggi, tubazioni per acqua e gas.

PET

LLDPE Polietilene lineare a bassa densità È impermeabile, resistente e flessibile. È utilizzato per sacchetti, imballaggi industriali e alimentari, contenitori, componenti per automobili e tubazioni.

PVC

PTFE

LDPE PMMA PE Polietilene

PC EP

Etilene Butilene

Benzolo PUR PS

MF POM

Etilbenzolo

Metano

Petrolio e gas naturale

PVC Polivinilcloruro È durevole e resistente; è un isolante elettrico. Se viene bruciato è nocivo. È utilizzato per tubazioni, rivestimenti per l’edilizia, imballaggi, componenti per automobili e componenti elettronici.

PMMA Polimetilmetacrilato

Tetrafluoroetilene ABS

Propilene

PBT

PTFE Politetrafluoroetilene/Teflon È resistente, impermeabile, antiaderente e semirigido; è un isolante termico ed elettrico; è inattaccabile dagli alimenti e dai prodotti chimici. È utilizzato per guarnizioni, isolamento elettrico, abbigliamento tecnico, componenti per l’industria chimica, nel settore alimentare e nell’industria chimica per contenitori. Il suo costo è molto elevato.

HDPE LLDPE

PET Polietilene teraftalato È resistente, impermeabile, rigido e facilmente lavorabile. È utilizzato per contenitori, bottiglie, imballaggi e pellicole.

PVA Acetato di polivinile

PVC

PET

PP Polipropilene/Moplen È semirigido, resiste al calore, alle sollecitazioni e agli agenti chimici. È utilizzato per imballaggi, componenti per automobili, tubazioni, arredamento e abbigliamento.

UP Poliestere insaturo È rigido, trasparente, resistente ed economico. È utilizzato per rivestimenti, pannelli per l’edilizia, nell’abbigliamento, nei componenti elettronici, per l’industria chimica e per imbarcazioni.

PVA

UHMWPE

PSU

UHMWPE Polietilene ad altissimo peso molecolare È resistente, rigido e duro. 02 È utilizzato per vele, cordami, indumenti antiproiettile, HUMWPE attrezzature mediche e piste da ghiaccio sintetiche.

Poliammidi PF PA

ABS Acrilonitrile, Butadiene, Stirene È rigido e resiste agli agenti chimici. È utilizzato negli elettrodomestici, per arredamenti, nei componenti elettronici e per automobili. MF Resina melaminica È dura, opaca e resistente. È utilizzata per stoviglie, laminati e negli isolamenti elettrici. UF Resina ureica È un isolante termico e acustico. È utilizzata nei pannelli truciolati; tramite delle macchine viene iniettata nelle intercapedini dei muri e dei sottotetti come isolante termico. POM Poliacetato

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Resina termoplastica: è

una resina che può assumere nuove forme mediante una lavorazione con il calore. Resina termoindurente: è una resina che, dopo essere stata indurita con il calore, non può più cambiare forma.

LEZIONE

27. Tecnologie di produzione Dal petrolio alle resine sintetiche

VIRGIN NAPHTA

Dalla rottura delle molecole della virgin naphta si ottengono monomeri.

Monomeri

La produzione delle materie plastiche è molto complessa e prevede varie fasi di lavorazione. La risorsa che permette di produrre le resine sintetiche è la virgin naphta, ossia un prodotto della distillazione del petrolio, oppure si può partire dal gas naturale. Dalla virgin naphta, con un processo chiamato cracking (o reforming, che consiste in una scissione degli idrocarburi), si rompe una catena di molecole e si ottengono diverse molecole semplici, chiamate monomeri.

Con la polimerizzazione si ha l’aggregazione dei monomeri e si ottengono lunghe catene dette polimeri, ossia le resine sintetiche.

Resine sintetiche

La trasformazione delle resine

Termoplastiche

Termoindurenti

Grazie al processo fisico-chimico di polimerizzazione, i monomeri si saldano tra loro dando origine a composti con caratteristiche diverse, detti polimeri, ciascuno dei quali ha proprietà, struttura e dimensione diverse in funzione dei differenti tipi di monomeri di base. Le resine prodotte, a seconda della natura o del tipo di accoppiamento dei monomeri che le compongono, si dividono in termoplastiche, se possono essere lavorate nuovamente, e termoindurenti, lavorabili una sola volta.

A questo punto, per realizzare un materiale plastico, occorre unire alle resine sintetiche degli additivi, cioè sostanze che conferiscono al materiale particolari caratteristiche che ne migliorano l’aspetto e la resistenza meccanica. Le miscele così ottenute vengono poi trasformate in granuli, polveri o paste a seconda delle esigenze industriali.

La lavorazione delle resine Pressa meccanica

Le resine sotto forma di paste, granuli e polveri sono ora pronte a divenire, grazie a macchinari industriali, gli oggetti di cui ci serviamo ogni giorno. Le tecniche di lavorazione delle materie plastiche variano a seconda del tipo di prodotto finale da immettere sul mercato. I metodi principali sono lo stampaggio per compressione, per iniezione e per estrusione, la soffiatura, la calandratura Controstampo e l’espansione.

Granuli di plastica

Stampo riscaldato

Lo stampaggio per compressione È la tecnica generalmente utilizzata per la lavorazione delle plastiche termoindurenti. Le resine, ammorbidite dal calore, sono compresse tra uno stampo e un controstampo dove, indurendosi, prendono la forma voluta. Tra gli oggetti prodotti con questa tecnica i principali sono le sedie e alcune parti di mobili.

Materie plastiche e gomme 1

Granuli di resina

2  La vite senza fine spinge la resina, ammorbidita dal calore, nello stampo. 4  Lo stampo viene aperto.

Elementi riscaldanti 5

L’oggetto finito viene estratto.

Granuli di resina

La vite senza fine spinge la resina, resa molle dal calore, attraverso la matrice. 2

Si ottiene il profilato finito, la cui sezione dipende dalla matrice.

Matrice 4  Sistema di raffreddamento

1  Stampo in metallo

2  L’oggetto in plastica con il collo già formato viene riscaldato.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si ottengono le resine? 2. Q uali sono i diversi metodi per la lavorazione dei materiali plastici?

Lo stampaggio per iniezione Con questa tecnica vengono generalmente lavorate le resine termoplastiche. I granuli di resina vengono inseriti all’interno di un iniettore cilindrico riscaldato in cui è presente una vite senza fine che, ruotando, spinge la resina, resa molle dal calore, attraverso un foro d’uscita. Quest’ultimo è collegato a uno stampo apribile, all’interno del quale i polimeri si raffreddano prendendone la forma. In questo modo vengono prodotti piccoli oggetti.

Lo stampaggio per estrusione Questa tecnica viene utilizzata sia per le resine termoplastiche sia per quelle termoindurenti. La resina riscaldata viene spinta attraverso una matrice, che contiene la sezione dell’impronta usata per stabilire la forma del profilato che si vuole realizzare. Una volta raffreddato, il profilato viene tagliato nei vari formati commerciali. Con questa tecnica si realizzano tubi e profilati.

La soffiatura Questo metodo è utilizzato per la produzione di oggetti cavi: il materiale riscaldato viene immesso nello stampo e sottoposto a un getto d’aria compressa, che lo fa aderire alle pareti dello stesso. Grazie a questa tecnica si producono bottiglie, taniche, contenitori di piccole dimensioni.

3  Viene iniettata aria compressa.

4  La plastica aderisce alle pareti dello stampo.

UNITÀ 1

5  Lo stampo viene aperto e l’oggetto estratto.

La calandratura (o laminazione) Il materiale riscaldato e pastoso viene fatto passare attraverso dei cilindri che ruotano in sensi opposti diminuendone lo spessore. Tra gli oggetti prodotti vi sono fogli, lastre sottili, laminati. L'espansione All’interno della massa di resina, resa morbida dal calore, viene immesso del gas che la fa espandere e la trasforma in una specie di spugna. Si producono così isolanti termici, giubbotti salvagente, imbottiture per sedili, isolanti acustici.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

28. Usi delle materie plastiche I prodotti ottenuti a partire dalle resine sono numerosi e diversificati, impiegati in quasi tutti i settori economici. Edilizia: la plastica è impiegata nella produzione di serramenti e profilati per finestre, tubature, isolamenti termici e acustici, pavimenti e rivestimenti murali, membrane e guaine per l’impermeabilizzazione di coperture e interrati: grazie alle sue proprietà isolanti, infatti, la plastica offre vantaggi in termini di durata, resistenza e risparmio energetico. Arredamento: la plastica è impiegata per realizzare contenitori da cucina e lampade, materassi, vasche e docce, lavandini, imbottiture (oggi realizzate quasi totalmente con i poliuretani espansi flessibili) e oggetti di ogni genere.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali settori fanno uso delle materie plastiche? 2. Q uali caratteristiche rendono le plastiche adatte a essere impiegate nel settore dei trasporti? 3. C ome si ottengono i materiali compositi?

Elettronica ed elettrodomestici: la plastica è insostituibile nell’industria elettrica ed elettronica per la realizzazione di elettrodomestici, fibre ottiche, telefoni cellulari, computer, microchip. Negli ultimi anni la plastica ha costituito il 20% del peso totale degli apparecchi. Mezzi di trasporto: le materie plastiche offrono diversi vantaggi, tra cui robustezza e affidabilità. I paraurti capaci di assorbire i colpi e i serbatoi privi di rischio d’esplosione hanno infatti contribuito a rendere i veicoli più sicuri; inoltre, le materie plastiche vengono impiegate per la realizzazione degli airbag e delle cinture di sicurezza. Un altro beneficio della plastica è dato dalla sua leggerezza, che consente un minor consumo di energia: grazie alla leggerezza delle nuove auto, e di conseguenza al migliore rendimento dei combustibili, si risparmiano infatti circa 12 milioni di megagrammi di combustibile. Agricoltura: l’utilizzo dei materiali plastici in questo settore è di primaria importanza: serre e teloni permettono di coltivare prodotti anche fuori stagione; sistemi di tubature in HDPE consentono l’irrigazione dei campi; inoltre, anche le macchine agricole sfruttano i benefici della leggerezza e della sicurezza della plastica, come gli altri mezzi di trasporto. Imballaggi: grazie alla loro versatilità, leggerezza ed economicità, le materie plastiche trovano il maggiore sbocco negli imballaggi. Pellicole estensibili, shopper, bottiglie, contenitori alimentari di ogni foggia, barattoli per cosmetici e detergenti sono solo alcuni degli oggetti che animano il mondo del packaging.

Sanità: grazie alla plastica sono possibili tecniche chirurgiche che migliorano la salute delle persone malate (valvole cardiache, protesi per arti e articolazioni, filtri per dialisi). La plastica è poi insostituibile nell’assistenza medica di base (sacche per il sangue, strumenti igienici monouso, fili da sutura). Gli imballaggi in plastica, inoltre, allungano la durata dei farmaci e ne miNUOVE TECNOLOGIE gliorano le condizioni igieniche. I materiali compositi Musica: una grande rivoluzione nel campo musicale è staMolte materie plastiche sono impiegate oggi nella prota l’invenzione dei long playing in vinile, poi delle audioduzione dei materiali compositi. Questi ultimi sono cocassette, dei CD e dei lettori ottici. stituiti da una miscela base di materia plastica e un materiale rinforzante, di solito fibre di vetro o di carbonio. I materiali compositi possiedono resistenza e stabilità paragonabili a quelle dei metalli, ma hanno un peso decisamente inferiore. Un esempio è rappresentato dalla vetroresina, un composto di resina poliestere e fibre di vetro: è un materiale dalle ottime caratteristiche meccaniche e fisico-chimiche, utilizzato in ambito aerospaziale e automobilistico, in edilizia e nel settore navale.

Inoltre, la plastica è ideale per realizzare caschi per chi lavora alle macchine utensili, resistentissimi al fuoco e ai raggi solari; tute da lavoro per pompieri, piloti da corsa e astronauti, realizzate con tessuti capaci di resistere a temperature superiori a 350 °C; materiali utilizzati in campi profughi o in ospedali d’emergenza, come serbatoi d’acqua, contenitori per conservare cibi e vaccini, tende; attrezzature sportive.

Materie plastiche e gomme

UNITÀ 1

TECNOLOGIE SOSTENIBILI LEZIONE

TRASFORMA E PRODUCI 1. P rocurati bottiglie di plastica, contenitori di detergenti e yogurt, oggetti dismessi e, con l’aiuto dell’insegnante, utilizzando colla, pezzi di ferro o corda e taglierino, crea delle sculture a tema (ad esempio fiori, automobili, oggetti vari…).

29. Sostenibilità e riciclo La combustione della plastica all’aperto senza controllo rilascia nell’aria sostanze molto inquinanti. Ad esempio, il PVC oltre all’anidride carbonica rilascia acido cloridrico, diossine e furani, composti ad altissima tossicità. Pertanto, al termine della loro vita gli oggetti in plastica dismessi devono seguire, come anche altri prodotti, trattamenti per il riuso, il riciclaggio e procedure controllate di smaltimento. A livello nazionale, l’ente che si occupa del riciclo delle materie plastiche è il CO.RE.PLA (Consorzio Nazionale per la Raccolta, il Riciclaggio e il Recupero dei Rifiuti di Imballaggi in Plastica). Il servizio di raccolta differenziata dei rifiuti in plastica, avviato in oltre 6 500 Comuni, coinvolge circa il 90% della popolazione.

› Il riciclo delle materie plastiche

I Comuni effettuano la raccolta dei rifiuti in plastica da riciclare. Per ridurre il costo del servizio sarebbe bene schiacciare tutti gli oggetti e le bottiglie, così che occupino meno spazio e servano meno furgoni per trasportarli.

2  In 35 impianti sparsi in Italia avviene una selezione delle plastiche più pregiate (PET, polistirolo, HDPE), separate in base al polimero di base e, in alcuni casi, per colore.

3  Il materiale selezionato viene venduto: in Italia il 61% della plastica avviata al riciclo è recuperata, circa il 35% è utilizzata nei cementifici, per la cottura del klinker e per la produzione di energia elettrica, mentre il restante 4% finisce in discarica.

4  La plastica avviata al riciclo viene lavata e macinata; alla fine si ottengono granuli o scaglie di plastica, che non sono più classificati come un rifiuto ma come materia prima seconda.

Una volta assolto il loro compito, le materie plastiche possono diventare lampade, rivestimenti, fioriere o addirittura opere d’arte destinate ad abbellire gli spazi domestici. Esistono, infatti, delle vere e proprie correnti artistiche che si occupano del riuso degli oggetti in plastica a fini estetici.

5  Con la plastica riciclata è ormai possibile realizzare qualsiasi tipo di oggetto.

Vi sono degli oggetti che, pur essendo fabbricati con plastiche riciclabili, in alcuni Comuni sono classificati come rifiuti indifferenziati o ingombranti, pertanto da non inserire nel sacco per la raccolta della plastica. Ciò accade perché la normativa europea e italiana prevede l’obbligo di riciclaggio solo per i prodotti in plastica che rappresentano imballaggi; di conseguenza se il rifiuto è un giocattolo o un qualsiasi altro oggetto non considerato imballo, non è previsto il riciclo. 06 PS

Al momento è possibile riciclare solo gli imballaggi e, dal 1° maggio 2012, anche piatti e bicchieri usa e getta in polistirene.

Per favorire la sostenibilità ambientale, è necessario che i singoli cittadini privilegino l’acquisto di prodotti dotati di imballaggi con un esiguo contenuto di plastica, preferendo la merce proveniente da aziende attente all’ecodesign. Spesso, infatti, l’imballaggio è del tutto inutile, concorre all’aumento del prezzo del prodotto e comporta una maggiore quantità di rifiuti da smaltire.

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Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

30. Gomma naturale e sintetica PAROLE DELLA TECNOLOGIA Vulcanizzazione: è un

procedimento mediante il quale la gomma diventa elastica. Mescola: è un miscuglio a base di gomma a cui sono stati aggiunti degli additivi.

La gomma è un materiale naturale o sintetico che sotto l’effetto di una forza esterna si deforma, riacquistando l’aspetto iniziale quando l’azione cessa. L’industria della gomma utilizza come materia prima sia il lattice prodotto da alcune piante (gomma naturale) sia i polimeri derivati dall’industria petrolchimica (gomme sintetiche). Grazie alle sue caratteristiche di resistenza, flessibilità, elasticità e impermeabilità, la gomma è un materiale adatto a svariati usi e viene impiegata in diversi settori.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Conducibilità elettrica: capacità di opporsi al passaggio della corrente elettrica (la gomma è un isolante).

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Resistenza all’abrasione: capacità di resistere all’erosione, alla raschiatura.

Fusibilità: capacità di lasciarsi fondere.

Igroscopicità: capacità di opporsi all’assorbimento dell’umidità.

Resistenza alla rottura: capacità di resistere alle forze che determinano una frattura.

Temprabilità: capacità di acquistare durezza sotto l’effetto del calore.

Insolubilità: capacità di non formare soluzioni con l’acqua.

Elasticità: capacità di deformarsi per poi riprendere la forma originaria.

LINK ➜ STORIA I primi ad avere scoperto le straordinarie proprietà della gomma furono probabilmente gli indigeni del Sudamerica, che estraevano un lattice liquido e vischioso dalla corteccia dell’albero chiamato Hevea brasiliensis. Purtroppo il lattice presentava un grande limite: in poco tempo solidificava e non poteva più essere usato. La soluzione al problema arrivò nella prima metà dell’Ottocento, quando l’americano Charles Goodyear inventò il processo di vulcanizzazione della gomma, che migliorava le proprietà fisiche e meccaniche del materiale.

Un secolo più tardi, chimici tedeschi misero a punto una gomma sintetica di buona qualità, chiamata Buna (Butadiene), migliorata nelle sue proprietà grazie a ricerche condotte nel corso degli anni seguenti. Nel Novecento, con l’avvio della motorizzazione, la gomma divenne quindi ricercatissima per fabbricare gli pneumatici delle auto.

La gomma naturale

La gomma naturale è usata nella realizzazione di oggetti per uso medico e ospedaliero, oggetti per l’infanzia, equipaggiamenti sportivi, isolanti e suole per calzature, tessuti impermeabilizzati per l’abbigliamento, giocattoli, materiali vari per l’arredamento, prodotti per la casa, mastici e adesivi, guarnizioni.

La gomma naturale, chiamata anche caucciù, viene ricavata dal lattice dell’albero della gomma (Hevea brasiliensis); è costituita per il 35% circa da gomma e per il rimanente 65% da acqua e da piccole percentuali di proteine e grassi. Questo materiale si presenta infatti appiccicoso, colloso se riscaldato e duro se raffreddato. La tecnica di raccolta del lattice prevede l’incisione della corteccia della pianta. Il lattice raccolto, che mediamente si aggira attorno a 3 kg annui per pianta, viene versato in grosse vasche e fatto coagulare aggiungendo sostanze chimiche (acido acetico o formico). Dopo la spremitura in una calandra, effettuata per eliminare la parte liquida, l’impasto si presenta in fogli. In seguito a un’affumicatura, che impedisce l’aggressione da parte delle muffe, i fogli essiccati vengono riuniti in balle per poi essere spediti alle fabbriche per la lavorazione e la trasformazione in prodotti finiti.

Materie plastiche e gomme

UNITÀ 1

Gomma + Zolfo MASTICAZIONE 1  La lavorazione della gomma comincia con la masticazione, che prevede lo sgretolamento della gomma greggia affumicata e l’aggiunta di additivi. Gli additivi rendono la pasta più plastica per la lavorazione, migliorano le proprietà meccaniche del materiale, impediscono l’invecchiamento, ne migliorano la lavorabilità e ne esaltano l’elasticità. Il prodotto così ottenuto prende il nome di mescola.

FORMATURA

VULCANIZZAZIONE

2  Segue la fase di formatura, durante la quale si mette la mescola fusa dentro appositi stampi oppure si lavora il materiale con la tecnica dell’estrusione o lo si riduce in fogli sottili tramite la calandratura.

3  Il processo di vulcanizzazione consiste nel portare il prodotto finito a una temperatura di 140-150 °C, per essere sottoposto a un trattamento con zolfo. Con tale processo il caucciù, che generalmente è poco resistente e poco stabile agli agenti atmosferici e chimici, migliora le sue caratteristiche di elasticità, impermeabilità, resistenza agli sbalzi climatici e a molti solventi organici.

La gomma sintetica

Con il termine generico di elastomeri si indicano composti di origine naturale o sintetica, la cui caratteristica principale risiede nella capacità di poter subire allungamenti fino a 10 volte le dimensioni iniziali. In queste condizioni di massima stiratura gli elastomeri aumentano notevolmente il loro carico di rottura, ovvero non si rompono facilmente.

Agli inizi del Novecento la quantità di gomma naturale sul mercato non riusciva più a soddisfare la richiesta di materia prima per gli pneumatici e si rese quindi necessario produrre nuovi materiali sintetici che sostituissero la gomma naturale. Rispetto alla gomma naturale, la gomma sintetica è più economica e maggiormente lavorabile. Le più importanti gomme sintetiche che oggi si trovano in commercio derivano dal petrolio. • Buna S (Butadiene-stirene): per la sua elasticità è molto usata nella realizzazione di cinghie e suole e nell’industria automobilistica per la produzione di pneumatici. • Buna N (Butadiene-nitrile): gomma dura e resistente ai solventi, conserva una buona elasticità anche a basse temperature; si usa per realizzare recipienti, guarnizioni, tubi, cuoi artificiali, adesivi. • Gomme siliconiche: resistono a temperature oscillanti tra –100 °C e +300 °C e vengono usate nell’industria elettronica per costruire guarnizioni, parti di aerei e missili. • Neoprene: resiste all’invecchiamento, per cui si usa per prodotti esposti ai vari agenti climatici; difficilmente infiammabile, viene impiegato per tubi, guanti, abiti di protezione, cavi elettrici e altri materiali per l’edilizia. Gomma siliconica

Buna S

Buna N Neoprene

IMMAGINA E PROGETTA 1. I ndividua quanti oggetti di gomma sono presenti in casa tua e descrivine funzione e caratteristiche. Prova anche a ipotizzare con quali altri materiali sarebbe possibile realizzare quegli stessi oggetti.

Il riciclaggio La gomma non è biodegradabile e il suo riciclaggio attualmente non ha un valore molto significativo perché il materiale che si ottiene è scadente e ha limitate proprietà meccaniche. La gomma proveniente da materiale usurato e dai residui della lavorazione può essere rigenerata oppure può entrare in mescola per la produzione dell’asfalto.

IN BREVE LEZIONE 26

Materie plastiche Storia Il primo materiale plastico che apparve sul mercato fu la celluloide, a cui fecero seguito la bachelite e la fòrmica. Intorno agli anni Trenta si sono prodotte materie plastiche derivate direttamente dal petrolio, come il polistirolo o il nylon. Le materie plastiche sono prodotti artificiali o sintetici, formati da molecole molto grandi, dette polimeri, che, in determinate condizioni di temperatura e pressione, subiscono variazioni permanenti di forma. Sono materie facilmente lavorabili, leggere ed economiche, non vengono attaccate dalle muffe né dai batteri. Offrono un buon isolamento termico ed elettrico e sono idrorepellenti. Più recentemente sono comparse le bioplastiche, alcune delle quali sono compostabili.

LEZIONE 27

Tecnologie di produzione Le risorse che permettono di produrre le resine sintetiche sono la virgin naphta, proveniente dalla distillazione del petrolio, e il gas naturale. Dalla rottura delle molecole della virgin naphta si ottengono i monomeri. Con la polimerizzazione i monomeri si aggregano formando lunghe catene, dette polimeri, che sono alla base delle resine sintetiche. Le resine vengono commercializzate in granuli e possono essere termoindurenti se è possibile lavorarle una sola volta o termoplastiche se possono essere lavorate più volte. Sotto l’effetto del calore i granuli di resina vengono ammorbiditi per ottenere il manufatto definitivo. Le principali lavorazioni sono lo stampaggio per compressione, iniezione o estrusione, la soffiatura, la calandratura o laminazione e l’espansione.

LEZIONE 28

Usi delle materie plastiche I prodotti ottenuti a partire dalle resine sono numerosi e diversificati, impiegati in quasi tutti i settori economici. In particolare, trovano largo uso nell’edilizia, nell’arredamento, nell’elettronica, nella realizzazione degli elettrodomestici e dei mezzi di trasporto, nell’agricoltura, per gli imballaggi, nel settore della sanità, in ambito musicale e sportivo.

LEZIONE 29

Sostenibilità e riciclo Al termine della loro vita gli oggetti in plastica dismessi devono seguire trattamenti per il riuso e il riciclaggio e procedure controllate di smaltimento. Le plastiche che possono essere riciclate riportano la sigla 01 PET, 02 e 04 PE, 03 PVC, 05 PP, 06 PS. Le plastiche biodegradabili e compostabili, dopo l’uso, possono essere utilizzate come sacchetti per la raccolta dell’umido e avviate negli appositi impianti di compostaggio. Le plastiche oxo-biodegradabili sono plastiche a cui vengono aggiunti degli additivi per far sì che si disintegrino in tanti piccoli frammenti; non sono compostabili.

LEZIONE 30

Gomma naturale e sintetica La gomma, o elastomero, è un materiale naturale o sintetico che sotto l’effetto di una forza esterna si deforma, riacquistando la forma iniziale quando l’azione della forza cessa. Ha buone caratteristiche di resistenza, flessibilità, elasticità e impermeabilità. La gomma naturale deriva dal lattice estratto dalla pianta della gomma; essendo di origine naturale viene impiegata per produrre oggetti come guanti, oggetti per l’infanzia e di uso medico. La gomma sintetica deriva dal processo di vulcanizzazione degli idrocarburi e viene impiegata per produrre pneumatici, guarnizioni, cavi e tubi. In genere le gomme vengono macinate così da entrare in mescola per la produzione dell’asfalto.

Materie plastiche e gomme

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 1

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Le materie plastiche sono costituite da una miscela a base di fibra di vetro e un materiale rinforzante. V

2. La leggerezza della plastica consente di risparmiare V carburante nei mezzi di trasporto.

1. Le materie plastiche possono essere di origine artificiale o sintetica.

2. Le materie plastiche sono costituite da catene di molecole molto grandi.

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

3. Il Mater-Bi è un nuovo materiale derivante dal carbone. V

1. Tutte le materie plastiche sono riciclabili.

4. Tutte le plastiche biodegradabili sono compostabili.

2. La combustione della plastica provoca l’emissione di composti tossici.

2. Metti in ordine cronologico, a partire dalla meno recente, l’invenzione dei seguenti materiali plastici. fòrmica – celluloide – bachelite 1. ....................................

2. ......................................

3. ....................................

1. La plastica termoindurente può essere rimodellata a  una volta b  più volte

10. Stabilisci quali tra le seguenti sigle di plastiche indicano un materiale riciclabile.

2. I materiali termoplastici possono essere fusi a  una volta b  più volte

PMMA – PVC – ABS – PP – LLDPE – PET – LDPE – MF – PE – HDPE – UF – UHMWPE – PS – PUR

4. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. cracking – virgin naphta

11. Completa il testo.

1. Le resine sintetiche si ottengono dalla

..............................................

2. Per produrre le materie plastiche si spezzano le catene di molecole tramite un processo di

..............................................

5. Indica in quali settori industriali si utilizzano le materie plastiche. ............................................ ............................................. ............................................ ............................................ ............................................. ............................................

6. Individua l’intruso. 1. Quale tra i seguenti termini non si riferisce alle catene molecolari da cui si ricavano le plastiche?  monomeri

1. Il materiale plastico da riciclare viene a  ridotto in granuli b  direttamente fuso 2. Con la plastica riciclata è oggi possibile ottenere a  solo alcuni tipi di oggetto b  qualsiasi tipo di oggetto

3. Scegli l’alternativa corretta.

9. Scegli l’alternativa corretta.

biomeri

polimeri

La gomma si può ottenere da una materia prima come il ........................... estratto da alcune piante oppure da prodotti derivati dall’industria ...........................................

. Per realizzare gli pneumatici delle automobili

la gomma viene sottoposta al processo di

.........................................,

che

ne migliora le proprietà di ..................................... all’abrasione e al calore. 12. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La gomma naturale è chiamata anche caucciù.

2. Il lattice si estrae tramite incisioni sulle radici della pianta.

3. Quando vengono allungati, gli elastomeri si deformano senza spezzarsi.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Scegliete dieci prodotti di plastica. Realizzate un cartellone elencandoli e, per ognuno, provate a scrivere il materiale con cui era prodotto cento anni fa. 2. Fai una ricerca sugli effetti dannosi che le materie plastiche hanno sull’ambiente.

3. Le materie plastiche hanno invaso tutti i settori produttivi. Spiega per quale motivo, secondo te, oggi non si riesce a farne a meno o a limitarne l’uso. 4. «L’ambiente va tutelato»: secondo te questa affermazione può essere associata anche allo smaltimento dei prodotti in plastica?

Trasformazione delle inorganiche Trasformazione dellematerie materie inorganiche

UNITÀ

AREA 3

2 Metalli LEZIONE

31. Che cosa sono i metalli OSSERVA E SPERIMENTA 1. P rocurati un chiodo, bagnalo spesso e, dopo qualche giorno, osserva che cosa è successo annotandolo sul tuo quaderno.

I metalli sono elementi chimici che vengono estratti da diversi tipi di minerali. Raramente, infatti, si trovano in natura allo stato libero, sono quasi sempre in combinazione con altri elementi. I metalli hanno una colorazione e una lucentezza propria. Sono buoni conduttori di elettricità e di calore. Sono duttili e malleabili, sotto l’effetto del calore si dilatano per ritornare allo stato iniziale con il raffreddamento. Reagiscono con l’ossigeno dell’ambiente e dell’acqua formando ossidi (ad esempio, i materiali ferrosi formano la ruggine). Hanno una notevole durezza alle sollecitazioni esterne, fanno eccezione il sodio e il potassio che si scalfiscono facilmente.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Dilatazione termica: capacità di aumentare il volume sotto l’effetto del calore. Temperatura di fusione: temperatura alla quale il metallo passa dallo stato solido a quello liquido. Massa volumica: rapporto tra la massa del corpo e il suo volume (kg/dm3). Conducibilità elettrica e termica: capacità di trasmettere sia il calore sia la corrente elettrica. Resistenza alla corrosione: capacità di resistere agli agenti esterni evitando l’ossidazione, come la ruggine. Proprietà magnetiche: capacità di lasciarsi attrarre da una calamita.

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Durezza: capacità di resistere alla penetrazione di una punta.

Duttilità: capacità di farsi ridurre in fili.

Elasticità: capacità di riacquistare la forma e le dimensioni dopo aver subito una deformazione.

Malleabilità: capacità di farsi ridurre in lamine.

Resistenza alla trazione: capacità di resistere alle forze che tendono a provocare un allungamento. Resistenza alla flessione: capacità di resistere a forze che tendono a incurvare.

Fusibilità: proprietà di fondere per mezzo del calore.

Temprabilità: capacità di aumentare la durezza mediante riscaldamento e poi raffreddamento. Saldabilità: capacità dei pezzi metallici di lasciarsi unire tra loro.

UNITÀ 2

Metalli

LINK ➜ STORIA materiale fu tale da rendere necessaria la formazione di nuovi artigiani specializzati nei vari settori di produzione, come minatori, fonditori e fabbri. L’uso del bronzo segnò un’epoca (Età del bronzo) durata circa un millennio, dal 2200 a.C. al 1200 a.C., dopodiché la scoperta del ferro, un metallo molto più resistente del bronzo e i cui giacimenti erano maggiormente diffusi, segnò l’inizio dell’Età del ferro. Questo nuovo materiale trovò un ampio mercato negli scambi commerciali tra i popoli.

La scoperta dei metalli segnò un cambiamento radicale nella storia dell’uomo: nel 5000 a.C. finì l’Età della pietra ed ebbe inizio l’Età dei metalli. Il primo metallo scoperto casualmente fu il rame, poi ne seguirono altri come l’argento, l’oro e lo stagno. Dall’unione di quest’ultimo con il rame si ottenne il bronzo. Per via della sua caratteristica di grande resistenza, il bronzo venne impiegato per costruire sia attrezzi per il lavoro nei campi sia armi. La diffusione della lavorazione di questo

Si presentano tutti allo stato solido, tranne il mercurio, che a temperatura ordinaria è allo stato liquido. A causa della sua pericolosità, oggi è vietata la commercializzazione del mercurio per la realizzazione di termometri sanitari. Nelle leghe la percentuale dei vari elementi metallici fusi tra loro influenza le caratteristiche chimico-fisiche, meccaniche e tecnologiche delle miscele realizzate. Per stabilire quale comportamento le leghe assumeranno una volta sottoposte alle varie sollecitazioni esterne, è necessario che vengano eseguite delle prove sperimentali di laboratorio prima di utilizzarle.

Le leghe Tra le varie caratteristiche dei metalli vi è anche quella di potersi legare con altri metalli attraverso un processo di fusione. Si definisce quindi lega l’unione di due o più metalli, oppure di un metallo e un non metallo, con lo scopo di migliorare alcune proprietà del prodotto finale rispetto a quello di partenza. Nell’uso quotidiano quasi tutte le leghe sono formate da metalli allo stato solido, ad esempio le leghe del rame e dell’alluminio. Quelle del ferro si differenziano perché sono formate da un metallo e un non metallo, che è il carbonio. Alcuni metalli hanno bisogno, prima della commercializzazione, di essere uniti con altri metalli; ad esempio, l’oro va legato con il rame per aumentare la sua durezza, mentre il ferro per essere più resistente alla corrosione viene unito al cromo o al nichel. La realizzazione delle leghe può avvenire mediante la fusione di tutti i componenti contemporaneamente, se la loro temperatura di fusione è simile; altrimenti, si inizia fondendo quello che ha la maggiore temperatura di fusione e successivamente viene aggiunto quello con la temperatura di fusione minore.

LINK ➜ SCIENZE Gli elementi presenti in natura sono suddivisi in metalli, non metalli e semimetalli. I metalli sono elementi solidi, a eccezione del mercurio che è liquido, e lucenti, sono buoni conduttori di calore e di elettricità, sono duttili e malleabili. I non metalli sono elementi che presentano caratteristiche opposte ai metalli. Sono cattivi conduttori di calore e di elettricità, non sono duttili né facilmente lavorabili, presentano un aspetto opaco. I semimetalli rivestono un ruolo importante nella moderna tecnologia perché possono comportarsi, in particolari situazioni, da conduttore o da isolante, quindi hanno proprietà intermedie tra il metallico e il non metallico.

Tavola periodica degli elementi

Idrogeno

Elio

Litio

Berillio

Boro

Carbonio

Azoto

Ossigeno

Fluoro

Neon

Sodio

Magnesio

Alluminio

Silicio

Fosforo

Zolfo

Cloro

Argo

Na Mg K

Ca Sc Ti

Mn Fe Co Ni

C Si

N P

O S

F Cl

Cu Zn Ga Ge As Se Br

Ne Ar Kr

Potassio

Calcio

Scandio

Titanio

Vanadio

Cromo

Manganese Ferro

Cobalto

Nichel

Rame

Zinco

Gallio

Germanio

Arsenico

Selenio

Bromo

Cripto

Xeno

Rb Sr

Nb Mo Tc

Ru Rh Pd Ag Cd In

Sn Sb Te I

Rubidio

Stronzio

Ittrio

Zirconio

Niobio

Molibdeno Teczenio

Rutenio

Rodio

Palladio

Argento

Cadmio

Indio

Stagno

Antimonio Tellurio

Iodio

Cesio

Bario

Lantanio

Afnio

Tantalio

Wolframio

Renio

Osmio

Iridio

Platino

Oro

Mercurio

Thallio

Piombo

Bismuto

Polonio

Astato

Rado

104

105

106

107

108

109

110

111

112

Francio

Radio

Attinio

Rutherfordio Dubnio

Cs Ba La Hf Ta W Fr

Ra Ac Rf

Re Os Ir

Au Hg Tl

Pb Bi

Po At Rn

Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Seaborgio

Bohrio

Hassio

Meitnerio

Ununilio

Unununio

Ununbio

Cerio

Praseodimio Neodimio

Promezio

Samario

Europio

Gadolinio

Terbio

Disposio

Olmio

Erbio

Tulio

Ytterbio

Lutezio

100

101

102

103

Torio

Protoattinio Uranio

Nettunio

Plutonio

Americio

Curio

Berkelio

Californio

Emstenio

Fermio

Mendelevio Nobelio

Ce Pr

Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er 92

Th Pa U

Tm Yb Lu

Np Pu Am Cm Bk Cf ES Fm Md No Lr Laurenzio

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche

LINK ➜ STORIA Il ferro, il cui nome deriva dalla parola latina ferrum, è il metallo più abbondante sulla Terra. È di colore bianco-argenteo, duttile e malleabile. In passato ha rivestito un ruolo talmente importante nella vita dell’uomo da segnare un periodo storico, detto Età del ferro, il cui inizio risale intorno al 1100 a.C.

Minerali di ferro

32. Centro siderurgico: altoforno La metallurgia La metallurgia è l’insieme di tutti i processi tecnologici finalizzati a ottenere i metalli a partire dai minerali. I settori metallurgici fondamentali comprendono: • la metallurgia estrattiva, che si occupa di tutte le fasi di lavorazione per ottenere il metallo puro partendo dall’estrazione del minerale; • la metallurgia fisica, che studia la struttura interna dei metalli cercando i trattamenti più utili per migliorarne la qualità; • la metallurgia applicata, che analizza le reazioni dei metalli e delle leghe sotto l’azione delle varie sollecitazioni applicate.

L'estrazione dei minerali di ferro +

Carbone coke

Ghisa Contenuto in carbonio tra 1,7 e 5%

La branca della metallurgia che si occupa dei minerali di ferro e delle tecnologie per ottenere le sue leghe si definisce siderurgia. Le attività siderurgiche oggi sono concentrate in pochi stabilimenti nei quali si svolgono tutte le fasi del processo produttivo.

LEZIONE

Per ricavare il ferro (Fe) industrialmente si ricorre ai suoi minerali, che si trovano abbondantemente diffusi su tutta la crosta terrestre: ematite, siderite, pirite, limonite e magnetite. I minerali estratti vengono frantumati, lavati e successivamente sottoposti a processi di arricchimento che consistono nell’eliminazione del materiale estraneo, come la ganga e altre impurità che condizionano le caratteristiche del metallo. L’impiego dei minerali di ferro è riservato quasi esclusivamente alla produzione di leghe: la ghisa e l’acciaio. Il processo di lavorazione inizia con la fusione dei minerali nell’altoforno, seguito da una serie di riduzioni chimiche necessarie a portare il carbonio a un tenore (cioè una concentrazione) pari allo 0,5%.

L'altoforno L’altoforno è una particolare struttura usata come forno per la fusione, capace di raggiungere alte temperature per trasformare i minerali di ferro in ghisa. Alto circa 80 metri, è costruito con materiale refrattario, rivestito esternamente da una lamina di acciaio. Presenta una bocca nella parte più alta, nella quale viene introdotta la carica formata da minerali di ferro, fondenti e carbone coke. Un particolare dispositivo di chiusura ne favorisce il caricamento impedendo al contempo la dispersione nell’atmosfera dei fumi di combustione. Dalla prima parte tronco-conica del tino, la carica scende fino al ventre del forno. Lungo questo percorso inizia il processo di riduzione (o rammollimento), che avviene a una temperatura compresa tra 800 °C e 1 200 °C. Nel ventre la temperatura raggiunge valori di circa 1 600 °C, necessari per completare la fusione del minerale di ferro e ultimare la combinazione chimica con il carbonio contenuto nel carbone coke. La massa ferrocarbonica fusa, detta anche ghisa madre, passa nel crogiolo, cioè nella zona più bassa dalla quale, attraverso due distinte aperture, ogni sei ore vengono raccolte separatamente la ghisa e le scorie, o loppe, che galleggiano sulla massa fusa. Per favorire la combustione e mantenere l’impianto in funzione, l’aria immessa viene preriscaldata con un sistema che recupera i gas caldi dell’altoforno stesso, chiamati recuperatori Cowper. La ghisa viene colata in carri siluro oppure in siviere o incanalata dentro forme predisposte e lasciata raffreddare per ottenere direttamente oggetti finiti. La maggior parte della ghisa, oltre il 90%, viene però colata in stampi

UNITÀ 2

Metalli PAROLE DELLA TECNOLOGIA Ganga: è la parte pietrosa che si trova nel

minerale insieme al metallo; la sua presenza è considerata come impurità. Refrattario: indica un materiale che impedisce la trasmissione del calore. Carbone coke: è il carbone metallurgico artificiale.

› L’altoforno

per produrre pani di ghisa che verranno venduti alle acciaierie, o viene direttamente portata all’acciaieria per essere convertita in acciaio. L’altoforno produce ghisa a ciclo continuo per molti anni. Quando il materiale refrattario inizia a sgretolarsi l’impianto viene abbandonato e ne viene costruito uno nuovo. Raramente l’altoforno viene ristrutturato, perché intercorre molto tempo tra il totale raffreddamento che precede il restauro e il successivo riscaldamento per la messa in funzione, rendendo economicamente poco conveniente questo tipo di intervento.

3  Bocca di carico. Vi si introducono le materie prime. È dotata di una campana che impedisce ai fumi caldi di uscire. 4  Ventre. Qui inizia la fusione di tutti i materiali, a temperature comprese tra 1 350 e 1 600 ºC. Il ferro e il carbone coke si trasformano in ghisa madre.

9  Tubi di scarico. Raccolgono i gas della combustione e li convogliano in depuratori per eliminare le polveri.

10  Recuperatori Cowper. I gas della combustione entrano nei recuperatori, torri che agiscono da scambiatori di calore per il recupero del calore e dei gas ancora combustibili.

11  I

gas caldi e l’aria vengono immessi nel crogiolo per mantenere attiva la combustione.

Crogiolo. Alla base dell’altoforno, la massa ferrocarbonica, chiamata ghisa madre, viene fatta colare nei carri siluro e portata al centro siderurgico. 5

Nastro trasportatore. Provvede a trasportare le materie prime alla sommità dell’altoforno.

1  Le materie prime sono costituite da minerali di ferro, carbone coke e fondenti.

Scorie, o loppe. Galleggiano sulla parte alta del crogiolo e vengono scaricate in carri siluro. 6

8  Ugelli. Una serie di ugelli immette aria caldissima nel crogiolo.

7  Ghisa. La ghisa liquida viene convogliata in carri siluro.

La produzione della ghisa

PUNTI DI DOMANDA 1. I n quali settori si scompone la metallurgia? 2. C ome si estraggono i minerali del ferro? 3. C ome funziona l’altoforno? 4. Quali elementi compongono la ghisa?

La produzione della ghisa avviene quasi esclusivamente dai materiali di fusione dell’altoforno. Si ottiene un prodotto siderurgico che non è duttile né malleabile. La ghisa, infatti, è dura, fragile, ha poca resistenza sia alla trazione sia alla flessione, mentre resiste molto bene alla compressione e alla corrosione. Le ghise più importanti sono quelle bianche, ricche di cementite, ottenute con un rapido raffreddamento del materiale, e quelle grigie granitiche, che invece vengono raffreddate lentamente. Grazie alle sue proprietà, la ghisa viene utilizzata per gli arredi urbani, e poiché resiste al calore viene usata nella realizzazione di radiatori per il riscaldamento, pentole da cucina, grossi motori industriali e navali. Dopo essere stata colata, la ghisa viene raccolta in un recipiente rivestito all’interno di materiale refrattario, chiamato siviera, che la trasporta e la versa nei forni. La siviera può contenere da pochi chilogrammi a decine di tonnellate di materiale.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

33. Centro siderurgico: acciaieria e laminatoio Ghisa

– Carbonio

L’acciaio è una lega di ferro ottenuta per affinazione della ghisa e rappresenta uno dei prodotti più importanti della siderurgia. Le sue proprietà dipendono da una serie di fattori, come la percentuale di carbonio, che ne determina una maggiore o minore durezza, e l’aggiunta in varie proporzioni di altri metalli, che gli conferiscono specifiche proprietà per i diversi impieghi. Tra i metalli usati a tale scopo figurano il vanadio e il molibdeno, impiegati nella produzione di molti componenti meccanici; il cromo, utilizzato per gli acciai inossidabili; il tungsteno, aggiunto per la costruzione di utensili da lavoro; il nichel, impiegato, oltre che nella produzione di acciaio inox, anche per realizzare i tubi di gasdotti e oleodotti, che devono sopportare basse temperature.

Acciaio Contenuto in carbonio al di sotto dell’1,7%

La produzione dell'acciaio Per produrre l’acciaio si ricorre alla ghisa ottenuta dall’altoforno: questa viene sottoposta a un processo di affinazione, mediante il quale si abbassa il tenore (cioè la percentuale) sia del carbonio sia di zolfo e fosforo, la cui presenza determina la fragilità dell’acciaio. La trasformazione della ghisa in acciaio avviene nei forni Martin-Siemens, nei convertitori LD o nei forni elettrici. In questi forni, oltre alla ghisa che è l’elemento fondamentale, vengono fusi anche i rottami di ferro provenienti dal recupero, insieme ad altri elementi che entreranno a far parte della lega. Forni Martin-Siemens: sono forni a struttura chiusa capaci di fondere una grande quantità di rottami di ferro, anche se la materia prima non è delle più pure. Il funzionamento, a differenza degli altri, si basa sull’aggiunta di rottami ferrosi o metallo polverizzato che diluiscono la concentrazione del carbonio nella ghisa. Convertitori a ossigeno (processo LD): hanno una forma tronco-conica con una dimensione di circa 10 metri di altezza e 5 metri di diametro. Sono rivestiti internamente da materiale refrattario, capace di resistere a temperature superiori a 2 000 °C. La conversione da ghisa in acciaio è assicurata dall’ossigeno puro, insufflato nella massa fusa da appositi ugelli. Il processo LD è il metodo più utilizzato in tutte le acciaierie.

› I convertitori a ossigeno

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la differenza tra acciaio e ghisa? 2. C ome avviene la produzione dell’acciaio? 3. Q ual è la funzione del laminatoio?

1  Con le siviere viene versata la ghisa fusa proveniente dall’altoforno.

Si aggiungono eventuali rottami di ferro.

3  Attraverso una lancia viene immesso ossigeno a forte pressione. L’ossigeno, in circa 15 minuti, brucia il carbonio e la ghisa si trasforma in acciaio.

5  L’acciaio liquido viene versato nelle siviere.

4  Il forno viene fatto ruotare.

6  Le siviere vengono portate all’impianto per la colata nelle lingottiere o all’impianto per la colata continua.

Metalli › Il forno elettrico

Tra due elettrodi viene fatta passare una corrente elettrica con voltaggio molto elevato. 2

1  Vengono caricati rottami di ferro e ghisa.

3  Per effetto Joule la corrente elettrica genera calore. La temperatura raggiunge 2 500 °C.

Il forno viene fatto ruotare.

6  Le siviere vengono portate all’impianto per la colata nelle lingottiere o all’impianto per la colata continua.

L’acciaio liquido viene versato nelle siviere.

UNITÀ 2

Forni elettrici: sono costituiti da un grosso cilindro basculante. La fusione avviene grazie al calore generato da due elettrodi collocati sulla parte superiore. Nella struttura sono sistemate delle aperture che consentono, oltre all’introduzione della carica e delle eventuali aggiunte, anche di prelevare dei provini per eventuali correzioni. Con questi forni si ottiene un acciaio a bassissimo contenuto di carbonio. Lo svantaggio è il costo dell’energia elettrica necessaria per il suo funzionamento.

L'impianto di colata continua e di laminazione L’acciaio liquido, in uscita dai convertitori a ossigeno o dai forni elettrici, viene rovesciato in siviere e poi versato in lingottiere e lasciato raffreddare per essere venduto ad altre acciaierie, oppure viene portato a un impianto di colata continua, dove si ottengono semiprodotti a sezione rettangolare, chiamati bramme, o a sezione quadrata (blumi). Nel laminatoio, che può essere lungo anche un chilometro, si ottengono travi, tondini, profilati vari, rotaie, tubi e lamiere.

› L’impianto di colata continua e di laminazione 2  Quando l’acciaio inizia a solidificarsi, il fondo della lingottiera viene aperto.

Con le siviere l’acciaio liquido viene versato nella lingottiera per la colata continua.

4  Una serie di rulli guida la massa d’acciaio verso l’impianto di laminazione.

3  Getti d’acqua continuano a raffreddare l’acciaio.

Barre

Profilati e rotaie

Tondini

Lamiere

Bramme tagliate a misura in uscita dall’impianto di colata continua.

5  Nell’impianto di laminazione, una coppia di rulli posti all’interno di gabbie, sfruttando le proprietà di malleabilità dell’acciaio, schiacciano e deformano il lingotto.

6  Una serie di gabbie, poste a distanze diverse, schiaccia sempre più il lingotto sino a fargli assumere la forma desiderata.

L’acciaio può subire la tempra, un particolare trattamento termico finalizzato ad aumentarne la durezza. Il materiale viene riscaldato a una temperatura di circa 1 000 °C e subito dopo raffreddato più o meno velocemente con acqua oppure olio.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

34. Alluminio e leghe PAROLE DELLA TECNOLOGIA Elettrolisi: è un processo chimico che avviene utilizzando la corrente elettrica. Alligazione: è la fusione di più metalli in speciali forni per ottenere una lega.

L’alluminio (Al) è un metallo che presenta una colorazione bianco-argentea, è molto duttile e malleabile e ha una straordinaria leggerezza. Il suo uso è recente perché per estrarlo si impiega una grande quantità di energia. A partire dalla lavorazione della bauxite si ottiene una polvere chiamata allumina (ossido di alluminio) e da questa, tramite un procedimento elettrolitico, si ricava l’alluminio. In tale processo, l’allumina viene sciolta a temperature elevate in una vasca rettangolare che contiene un bagno di criolite fusa, un minerale nel quale il passaggio della corrente elettrica favorisce la separazione dell’alluminio dall’ossigeno. L’alluminio fuso si deposita quindi sul fondo della vasca, viene poi prelevato per essere messo in un crogiolo da cui si fa colare sotto forma di lingotti, oppure viene portato direttamente ai forni di alligazione. I lingotti vengono successivamente sottoposti a varie lavorazioni quali piegatura, laminazione, stampaggio, trafilatura ed estrusione, ed eventualmente subiscono ulteriori trattamenti con macchine utensili.

Bauxite

PROCESSO BAYER

Allumina

Sono necessari energia termica (1 000 °C), pressioni elevatissime e prodotti chimici.

Un particolare trattamento al quale viene sottoposto l’alluminio è l’anodizzazione. Questo processo serve a fissare in modo definitivo il colore, oltre a conferire al materiale una maggiore durezza, che lo rende insostituibile per la realizzazione di porte e finestre nel settore edile.

PROCESSO ELETTROLITICO HALL-HÉROULT Sono necessarie energia termica (1 000 °C) e molta energia elettrica (25 000 kWh).

L’alluminio, combinandosi con silicio, manganese, magnesio, zinco o rame, forma le leghe leggere, che hanno una resistenza meccanica pari a quella dell’acciaio e che trovano largo impiego nella moderna tecnologia. Grazie a esse, l’industria aeronautica e quella aerospaziale hanno avuto un enorme sviluppo. L’alluminio viene anche usato nell’industria alimentare per realizzare lattine e fogli per avvolgere gli alimenti, nel settore edile trova impiego per la produzione di serramenti, lamiere per la copertura di tetti e rivestimenti di facciate. Viene utilizzato anche nella realizzazione dei cavi per il trasporto dell’alta tensione.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si ricava l’alluminio? 2. P erché è importante riciclare l’alluminio?

Alluminio

Per produrre una sottile lattina di alluminio si consuma l’energia equivalente a quella che si produrrebbe con una quantità di petrolio pari a 1/3 del contenuto della lattina.

L’alluminio si ricicla facilmente consentendo un risparmio del 95% dell’energia che si consumerebbe se si partisse da nuove materie prime. È bene quindi ricordare di gettare nell’apposito bidone le lattine vuote delle bibite, oltre alle vaschette in alluminio.

Metalli

UNITÀ 2

LEZIONE

35. Rame e leghe PAROLE DELLA TECNOLOGIA Stagnato: rivestito da uno

strato superficiale di stagno, come ad esempio gli utensili da cucina.

Minerali di rame

Arrostimento

Il rame (Cu) è stato il primo metallo usato dall’uomo, circa 5 000 anni fa. Si estrae dai minerali di cuprite, calcopirite e malachite. Il rame è un metallo duttile e malleabile, di colore rosso. Se esposto all’aria e all’umidità, sulla sua superficie si forma una caratteristica patina verdastra, il verderame, che lo protegge dagli agenti esterni. La produzione del rame inizia sottoponendo il minerale al calore in un apposito forno. Questo processo, detto di arrostimento, ha lo scopo di eliminare tutte le impurità del metallo. Successivamente, il materiale con un’alta percentuale di rame viene messo in un particolare forno assieme al carbone coke, a fondenti e a eventuali rottami di rame. Nel forno, a una temperatura di 1 200 °C, la massa si fonde formando la metallina. Sottoposta a insufflazione di aria in un convertitore, la metallina si trasforma in rame grezzo, chiamato rame nero o blister. Quando si vuole ottenere un metallo a elevata purezza, il rame grezzo viene sottoposto a un processo di raffinazione termica con il quale raggiunge una purezza del 99,5% oppure, con il metodo della raffinazione elettrochimica, addirittura del 99,99%.

Carbone Rottami Fondenti coke di rame

FORNO

Metallina

Rame blister

CONVERTITORE ELETTROLISI

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si ricava il rame? 2. Q uali sono le leghe del rame?

Rame elettrolitico al 99,99%

Per la sua elevata conduttività, il rame viene impiegato nell’industria elettrica come materiale per il trasporto della corrente, cioè nei fili dell’impianto elettrico domestico. È anche un ottimo conduttore di calore, proprietà largamente sfruttata nella tradizione contadina per la fabbricazione di utensili domestici. Questi, però, devono essere stagnati per evitare la formazione dei sali di rame, che sono nocivi alla salute. Il rame trova largo impiego nella costruzione di tubi, apparecchi per il riscaldamento, lastre per incisioni, nella canalizzazione e nella copertura dei tetti. Unito ad altri metalli forma delle leghe, come il bronzo e l’ottone, ciascuna caratterizzata da specifiche proprietà. Bronzo: è una lega che si ottiene aggiungendo al rame una percentuale di stagno variabile dal 3 al 25-30%. Aumentando la percentuale di stagno aumenta anche la durezza del bronzo, proprietà che viene sfruttata per la realizzazione di eliche per le navi, bulloni, parti di pompe, rubinetteria e campane. Ottone: si ottiene aggiungendo al rame lo zinco, in misura non superiore al 50%. Quando a questi materiali si aggiungono anche altri elementi, come manganese, alluminio e ferro, che conferiscono caratteristiche specifiche a ogni lega nella quale entrano a far parte, si formano gli ottoni speciali. L’ottone possiede una discreta malleabilità e una buona resistenza agli ambienti corrosivi. Si presenta con una colorazione simile all’oro. Tra gli oggetti comuni possiamo trovare maniglie, targhe, parti di strumenti a fiato e utensili, ma trova applicazione in diversi settori, come l’industria elettrotecnica, automobilistica, idrosanitaria, meccanica, navale.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

36. Altri metalli Oltre ai metalli più comuni, utilizzati correntemente, in natura ne esistono numerosi altri, distinti in varie categorie. Vi sono i metalli speciali, che ben si prestano a unirsi in leghe, e i metalli nobili, che sono i più preziosi. Magnesio (Mg): è un metallo di colore bianco-argenteo e, per le sue caratteristiche di leggerezza e durezza, viene utilizzato in metallurgia per ottenere leghe leggere con l’alluminio, che ne migliora le proprietà meccaniche e di saldabilità. Con un processo di elettrolisi, lo stagno viene impiegato come rivestimento delle lamiere di acciaio per la realizzazione della banda stagnata, comunemente chiamata latta, utilizzata per contenere cibi in scatola. La stagnatura evita la corrosione e l’ossidazione del materiale.

Stagno (Sn): è un metallo malleabile. Resiste molto bene alla corrosione, viene utilizzato come lega con altri metalli facilmente ossidabili. Lo stagno assieme al rame forma il bronzo: la prima lega scoperta dall’uomo. Nell’industria elettrica è usato per la saldatura dei fili elettrici e nei componenti elettronici. Assieme al piombo costituisce l’elemento fondamentale per le leghe antifrizione dei macchinari che sono soggetti a sfregamenti. Cromo (Cr): è un metallo bianco e lucente, con riflessi bluastri. Possiede una discreta durezza e inossidabilità. In siderurgia una lega di ferro-cromo viene utilizzata per la produzione di acciaio inossidabile. Il cromo viene usato in lega anche con il cobalto, il nichel, l’alluminio e il rame. Trova impiego nella concia delle pelli e nella cromatura di oggetti. Il cromo risulta tossico se ingerito o se vengono inalati i fumi dei cromati e dei bicromati. Piombo (Pb): è un metallo malleabile, duttile e molto denso. La sua durata nel tempo è lunghissima, ne sono un esempio le tubazioni di acqua risalenti al periodo dell’Impero romano tutt’oggi esistenti. Il piombo viene usato per le piastre negli accumulatori elettrici, nella fabbricazione di vetri e cristalli, nei proiettili e per schermare dalle radiazioni i laboratori per radiografie e i siti atomici. Sia il piombo sia tutti i suoi derivati, se inalati o ingeriti, provocano avvelenamento: questo metallo è considerato tossico.

L’Auditorium Parco della Musica di Roma, progettato dall’architetto Renzo Piano, è costituito da tre sale da concerto, coperte con lastre di piombo.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è la zincatura? 2. P erché alcuni metalli sono definiti nobili? 3. P erché il piombo è pericoloso?

Nichel (Ni): è un metallo duro, malleabile, duttile e di colore bianco-argenteo. Grazie alla sua resistenza agli attacchi degli agenti corrosivi trova largo impiego come rivestimento protettivo di altri metalli, mediante un processo chiamato nichelatura. Viene utilizzato per la produzione di utensili, macchinari vari, monete e acciai inossidabili. Le sue leghe, l’alpaca e l’argentana, vengono impiegate nel campo della bigiotteria, ma in alcuni casi il contatto con la pelle può provocare delle forme di allergia. Zinco (Zn): si presenta con una colorazione bianco-bluastra. Si trova solitamente unito a molti altri minerali. È un metallo duttile e malleabile; se sottoposto ad alte temperature può essere ridotto in polvere; viene utilizzato nell’industria La zincatura è il processo con cui viene applicato un rivestimento di zinco su un manufatto metallico, generalmente di acciaio, per proteggerlo dalla corrosione.

Metalli

UNITÀ 2

chimica per ottenere pitture antiruggine, esaltando una sua tipica proprietà. Nei processi metallurgici può essere unito con il rame per formare l’ottone. Se lasciato all’aria o a contatto con l’acqua, perde la sua lucentezza e si opacizza formando uno strato sottile di ossido. Viene utilizzato principalmente per ricoprire l’acciaio contro l’ossidazione.

In campo medico il titanio è utilizzato per la realizzazione di protesi per l’ortopedia e per impianti odontoiatrici.

Titanio (Ti): è un metallo di colore argenteo, duttile. Possiede una densità inferiore a quella del ferro e un’ottima resistenza alla corrosione, caratteristiche che, associate a un’elevata durezza, superiore a quella dell’alluminio, lo rendono adatto per motori, telai degli aerei, missili e sommergibili.

I metalli nobili PAROLE DELLA TECNOLOGIA Carato: è l’unità di misura dell’oro.

L’oro è utilizzato anche nella componentistica elettrica ed elettronica per rivestire le superfici dei contatti elettrici.

L’oro, l’argento e il platino sono detti metalli nobili perché si trovano allo stato puro e, essendo molto rari, sono preziosi; tra le loro caratteristiche vi è l’ottima resistenza. Oro (Au): si trova allo stato nativo nelle rocce o in depositi alluvionali, sotto forma di pagliuzze, granuli o pepite. Si presenta con una colorazione gialla. L’estrazione dai minerali avviene solo quando l’oro è presente in una percentuale pari a 0,5 grammi per megagrammo. L’oro allo stato greggio viene sottoposto a raffinazione, da cui si ricava oro purissimo al 99,98% (24 carati). Questo, però, è troppo tenero per la lavorazione quindi, prima di essere messo in commercio, viene unito in lega con il rame, l’argento o altri metalli. Questa lega viene usata in gioielleria, come materiale protettivo di satelliti artificiali o nell’oggettistica d’arte. Argento (Ag): è un metallo prezioso che si trova sulla crosta terrestre sia allo stato nativo sia come minerale (argentite). La quantità maggiore, però, viene ricavata come sottoprodotto della lavorazione del rame, del piombo e dello zinco. Si presenta con una colorazione bianco-argentea, è duttile e malleabile ed è un ottimo conduttore di calore e di elettricità, non si ossida ma forma un annerimento in presenza di solfuri. Viene usato in gioielleria, per il conio di monete, per aumentare il riflesso degli specchi, in elettronica per costruire contatti elettrici e nella produzione di articoli per la casa come posate, soprammobili e cornici. Platino (Pt): è un metallo prezioso di colore bianco e lucente. È presente in natura sia allo stato nativo sia associato ad altri metalli. È utilizzato in oreficeria, odontoiatria e nell’industria chimica.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI L’impatto ambientale e il riciclaggio L’impiego dei metalli è alla base dello sviluppo industriale. Ogni anno, tra acciaio e ferro, si consumano migliaia di megagrammi di materiale per la costruzione di macchine, treni, navi e strutture per l’edilizia. Questi metalli sono abbondanti sulla crosta terrestre, ma il consumo sempre più crescente ne sta assottigliando le riserve. Inoltre, i rifiuti metallici hanno un notevole impatto ambientale. I materiali metallici non più utilizzati, che sono catalogati tra i rifiuti ingombranti, devono essere raccolti presso le isole ecologiche. Da qui verranno poi trasportati in appositi centri per essere separati dalle parti non ferrose e quindi avviati al processo di riciclo, che inizia nelle fonderie con la rifusione del materiale. In questo modo si ottengono prodotti semilavorati che verranno utilizzati per soddisfare la richiesta di nuovi prodotti finiti. Il recupero e il riciclo attuato in Italia in questi ultimi anni è stato pari al 40% della produzione mondiale, e costituisce un notevole risparmio sia di materie prime sia di energia. La realizzazione di un prodotto metallico con materiale riciclato necessita, infatti, di un minore consumo di combustibile rispetto alla lavorazione a partire dai minerali.

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

37. Lavorazione dei metalli La fonderia Nella fonderia avvengono la fusione e la colata, in appositi stampi, di metalli o leghe metalliche per ottenere oggetti di forma e dimensioni prestabilite. Il processo produttivo prevede anzitutto la creazione di un modello necessario per la preparazione dello stampo oppure di un calco in materiale refrattario; seguono la fusione del metallo e la colata all’interno dello stampo, che ne determina la forma prestabilita del modello. Con tale processo si ottengono infiniti oggetti, come elementi per costruzioni industriali, per autotrasporti, materiali per l’idraulica o l’edilizia, opere d’arte, oggetti domestici e manufatti per i più svariati usi in ogni campo.

› La fonderia

1  Preparazione del modello Inizialmente si realizza un modello in legno o resina.

2  Formatura Il blocco di legno viene posto all’interno di uno stampo apribile. Lo stampo viene riempito con terre speciali, costituite di sabbie e argilla, e si ottiene così la forma.

3  Lo stampo viene aperto e il modello estratto.

4  Fusione Lo stampo viene chiuso e, attraverso i fori di colata, si versa il metallo liquido.

5  La fusione viene lasciata raffreddare e solidificare.

6  Estrazione Le forme vengono rotte e i getti estratti. Si elimina il canale di colata e i getti vengono rifiniti.

Le lavorazioni plastiche Si definiscono lavorazioni plastiche tutte le operazioni in cui un materiale metallico subisce una deformazione permanente sotto l’effetto di una forza esterna. Tale deformazione può avvenire sia a caldo sia a freddo. Piegatura: è un’operazione meccanica con la quale una lamiera di piccolo spessore viene deformata, a freddo o a caldo, per ottenere un pezzo concavo o convesso. La deformazione può avvenire a mano o con macchine, provviste di matrice e punzone o contromatrice, che imprimono la forma prestabilita. Si ottengono oggetti come grondaie, scatole. Laminazione: è un processo di deformazione che si ottiene facendo passare un lingotto di metallo, generalmente caldo, tra due o più coppie di cilindri che ruotano in sensi opposti. Se la superficie dei cilindri è liscia, si ottengono delle lastre; se presenta delle sagomature, i semilavorati prendono il nome di profilati. Con questa tecnica si producono lastre varie, binari ferroviari, travi. Stampaggio e imbutitura: si eseguono a freddo o a caldo per ottenere oggetti con una forma definita, sfruttando la capacità di deformazione plastica dei metalli. Il procedimento prevede l’uso di uno stampo associato a un controstampo che, azionato da una pressa meccanica, imprime la sagoma del modello da ottenere. Con tale tecnica si ottengono prodotti in tutti i settori, dalle lamiere per le autovetture alle pentole.

100

Metalli

UNITÀ 2

Trafilatura: è un procedimento mediante il quale, facendo passare un tondino metallico attraverso i fori di una filiera, si ottengono dei fili. In alcuni casi il procedimento necessita di più passaggi, attraverso fori con un diametro più piccolo, per ottenere i fili desiderati. I fili vengono utilizzati in moltissimi campi come l’edilizia, l’agricoltura, l’oggettistica.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali lavorazioni avvengono nella fonderia? 2. Q uali sono le lavorazioni plastiche dei metalli? 3. Q uali lavorazioni dei metalli si eseguono con le macchine utensili? 4. C ome può essere eseguita la saldatura?

Estrusione: si esegue facendo passare, sotto forte pressione, un metallo riscaldato attraverso una matrice su cui sono riportati dei fori o delle forme diverse. Alcuni metalli come l’alluminio, il rame e il piombo possono subire l’estrusione a freddo. I prodotti che generalmente si ottengono sono tubi, dischetti, barre, profilati e piastre.

Le lavorazioni con macchine utensili Le macchine utensili servono per la lavorazione di pezzi grezzi o semilavorati che devono essere trasformati in prodotti finiti. Ciò avviene asportando, con appositi utensili, il materiale in eccesso. Ogni macchina funziona grazie a un motore generalmente elettrico che, attraverso cinghie e ingranaggi, trasmette il movimento rotatorio all’utensile o al pezzo.

La macchina utensile usata per la tornitura è il tornio. Il pezzo, stretto tra le ganasce di un mandrino, è fatto girare da un motore elettrico. Il tagliente dell’utensile viene avvicinato al pezzo e fatto penetrare, staccando la parte in eccesso e formando così un truciolo. L’utensile viene spostato lateralmente permettendo la tornitura del pezzo.

Foratura: si esegue con l’utilizzo di un trapano a colonna. Il pezzo meccanico, o la semplice lamiera, viene tenuto fermo con una morsa mentre l’utensile a punta elicoidale, con un movimento rotatorio impresso da un motore elettrico, opera il foro asportando anche i trucioli che si formano. Tornitura: è una lavorazione che si esegue a freddo sui metalli mediante il tornio, con il quale si lavorano superfici cilindriche, coniche e filettate. Fresatura: avviene con una macchina detta fresatrice, munita di un particolare utensile chiamato fresa, che è costituito da un corpo rotante intercambiabile per eseguire ogni tipo di lavoro, come scanalature, intagli, fori di vario profilo e spianature. Il lavoro avviene spostando il pezzo secondo i tre assi cartesiani x, y e z, mentre l’utensile con moto rotatorio esegue il lavoro. Le fresatrici sono macchine di grande precisione e versatilità.

La saldatura La saldatura è un procedimento mediante il quale due o più materiali metallici omogenei vengono uniti nei punti di giunzione in modo stabile, con o senza l’apporto di materiale fuso. La saldatura può essere eseguita per: • fusione, una tecnica pratica e veloce che utilizza il calore di un cannello a gas o un arco elettrico per portare i lembi da saldare allo stato di fusione; • pressione, mediante la quale i lembi dei due pezzi vengono prima portati a uno stato plastico con il calore e poi sovrapposti e pressati; • brasatura, si usa principalmente per la ghisa, l’acciaio, il rame e le sue leghe e consiste nel far colare tra i lembi dei due metalli un materiale d’apporto ad alto grado di fusione, come le leghe del rame.

I manufatti che provengono dalla lavorazione dei metalli e delle loro leghe vengono controllati allo scopo di escludere la presenza di difetti, come le microfratture che si potrebbero creare durante le fasi di produzione. Di queste analisi riguardanti la struttura metallica si occupa la scienza della metallografia utilizzando strumenti come i raggi X, il microscopio ottico e quello elettronico.

101

IN BREVE L E Z I O N E 31 1

Idrogeno

Elio

Litio

Berillio

Boro

Carbonio

Azoto

Ossigeno

Fluoro

Neon

Alluminio

Silicio

Fosforo

Zolfo

Cloro

Argo

Manganese Ferro

Cobalto

Nichel

Rame

Zinco

Gallio

Germanio

Arsenico

Selenio

Bromo

Cripto

Potassio

Calcio

Scandio

Titanio

Vanadio

Cromo

Magnesio

Sodio

Ca Sc Ti

Na Mg

Mn Fe Co Ni

Ar Kr

Rubidio

Stronzio

Ittrio

Zirconio

Niobio

Molibdeno Teczenio

Rutenio

Rodio

Palladio

Argento

Cadmio

Indio

Stagno

Antimonio Tellurio

Iodio

Xeno

Thallio

Piombo

Bismuto

Polonio

Astato

Rado

Lutezio

Rb Sr

Nb Mo Tc

Cs Ba La Hf Ta W

Cu Zn Ga Ge As Se Br

Ru Rh Pd Ag Cd In

Re Os Ir

Au Hg Tl

Cesio

Bario

Lantanio

Afnio

Tantalio

Wolframio

Renio

Osmio

Iridio

Platino

Oro

Mercurio

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111

112

Francio

Radio

Attinio

Rutherfordio Dubnio

Seaborgio

Bohrio

Hassio

Meitnerio

Ununilio

Unununio

Ununbio

Ra Ac Rf

Sn Sb Te I Pb Bi

Po At Rn

Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub 58

Ce Pr

Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er

Tm Yb Lu

Cerio

Praseodimio Neodimio

Promezio

Samario

Europio

Gadolinio

Terbio

Disposio

Olmio

Erbio

Tulio

Ytterbio

100

101

102

Torio

Protoattinio Uranio

Nettunio

Plutonio

Americio

Curio

Berkelio

Californio

Emstenio

Fermio

Mendelevio Nobelio

Th Pa U

103

Np Pu Am Cm Bk Cf ES Fm Md No Lr Laurenzio

Che cosa sono i metalli I metalli sono elementi che vengono estratti da diversi tipi di minerali e raramente si trovano allo stato puro. Storia Nella storia dell’uomo i metalli hanno sempre rappresentato una rivoluzione tecnologica. Queste importantissime scoperte hanno caratterizzato epoche storiche, definite Età del rame ed Età del ferro. Quest’ultimo è il metallo più abbondante sulla Terra. Caratteristiche I metalli sono materiali solidi, tranne il mercurio che si presenta allo stato liquido. Sono buoni conduttori di elettricità e calore, sono duttili, malleabili e a contatto con l’ossigeno formano gli ossidi: il ferro, ad esempio, forma la ruggine. Sotto l’effetto del calore si dilatano. Leghe Quando due o più metalli, oppure un metallo e un non metallo (ad esempio il carbonio) vengono portati allo stato di fusione si ottiene una lega. Lo scopo è quello di ottenere materiali con caratteristiche diverse da quelle dei metalli di partenza.

LEZIONI 32 E 33

Centro siderurgico Altoforno I minerali di ferro, dopo l’estrazione dalle cave, vengono portati nel centro siderurgico. Con l’aggiunta del carbone coke, vengono fusi all’interno dell’altoforno e si ottiene così la ghisa, un materiale ricco di carbonio. La ghisa può essere colata in stampi, ottenendo oggetti finiti (duri ma fragili) oppure viene portata nell’acciaieria per la produzione dell’acciaio. Acciaieria e laminatoio La trasformazione della ghisa in acciaio avviene in appositi forni dove alla ghisa fusa viene insufflato (aggiunto) ossigeno, che ha il compito di bruciare parte del carbonio, convertendo la ghisa in acciaio. In impianti chiamati laminatoi, l’acciaio liquido raffreddato viene trasformato in lamiere, barre, tubi, profilati e rotaie.

LEZIONI 34 E 35

Alluminio e leghe L’alluminio è un metallo leggero; il suo impiego è abbastanza recente perché per essere prodotto necessita di moltissima energia elettrica. Per la resistenza all’ossidazione, la leggerezza, l’elevata conducibilità elettrica e termica, la non tossicità e l’assenza di magnetismo trova impiego in edilizia, ad esempio per la produzione di serramenti e lamiere, nel settore aeronautico e nella produzione di oggetti per il settore alimentare, come lattine e fogli di alluminio. Unito ad altri metalli, forma le leghe leggere o ultraleggere. L’alluminio si ricicla facilmente, consentendo di risparmiare energia elettrica durante le fasi di produzione.

Rame e leghe Il rame è un metallo che l’uomo utilizza da sempre. È considerato tra i migliori conduttori di elettricità e di calore. È facile da lavorare e fondere. Unito allo stagno forma il bronzo, utilizzato per statue artistiche, oggettistica varia e nel settore meccanico. Unito allo zinco forma l’ottone, usato per produrre rubinetteria, maniglie, ingranaggi, strumenti musicali e minuteria varia. LEZIONE 36

Altri metalli I metalli usati dall’uomo, anche in lega, sono tantissimi: magnesio, stagno, cromo, piombo, nichel, zinco, titanio, caratterizzato da elevata durezza e leggerezza. I metalli nobili, così chiamati perché sono rari e quindi anche preziosi, si trovano in natura allo stato puro: ne fanno parte l’oro e l’argento, utilizzati in gioielleria e, poiché sono ottimi conduttori di elettricità, anche in elettronica. Riciclo dei metalli I materiali metallici vengono raccolti presso le isole ecologiche e inviati nelle fonderie per il recupero. Oltre a non utilizzare nuove materie prime, si risparmia energia per produrli.

LEZIONE 37

Lavorazione dei metalli In fonderia i metalli vengono fusi e colati in appositi stampi ottenendo prodotti quasi finiti. Con le lavorazioni plastiche, tramite una forza, gli oggetti vengono piegati, laminati, stampati, trafilati ed estrusi in barre e lamiere di metallo, ottenendo oggetti finiti. Con l’impiego di utensili molto duri montati su macchine utensili il metallo viene asportato «costruendo» gli oggetti. Le principali macchine utensili sono il tornio, la fresa e il trapano. La saldatura permette di unire pezzi di metallo fra di loro.

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Metalli

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 2

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. L’alluminio si estrae dalla siderite.

2. L’alluminio è un metallo con colorazione bianco-argentea.

3. Uno dei trattamenti a cui viene sottoposto l’alluminio è l’anodizzazione.

1. I metalli si estraggono dai minerali.

2. I metalli che non reagiscono con l’ossigeno formano gli ossidi. 3. In natura i metalli sono tutti allo stato solido.

7. Scegli l’alternativa corretta. 1. L’alluminio può formare delle leghe a  leggere b  pesanti

2. Scegli l’alternativa corretta. 1. Per quanto riguarda l’elettricità, i non metalli sono a  buoni conduttori b  cattivi conduttori

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. La capacità di lasciarsi ridurre in lamine identifica la a  malleabilità b  duttilità

1. Il rame viene utilizzato per la realizzazione di fili elettrici.

3. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

2. Il rame ha una colorazione rossastra.

refrattario – malleabile – loppe

3. Il bronzo è formato da rame e zinco.

1. Sulla parte alta del crogiolo galleggiano le

.........................................

2. Internamente l’altoforno è costruito con un materiale .................. . 3. La ghisa che si ottiene dall’altoforno non è né duttile né

9. Scegli l’alternativa corretta. 1. Aggiungendo lo zinco al rame si ottiene a  il bronzo b  l’ottone

.............................................. .

10. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Lo stagno è un metallo poco malleabile.

1. L’altoforno utilizza il carbone fossile.

2. I recuperatori Cowper riciclano i gas caldi della combustione.

3. La ganga è un’impurità del minerale.

4. Il carbone coke è un metallo.

5. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. convertitori – ferro – durezza – ghisa 1. Nel forno Martin-Siemens si fondono anche rottami di ........... .

2. Il piombo è un metallo pericoloso, tossico per l’uomo. V

3. I metalli nobili sono rari e preziosi.

11. Scegli l’alternativa corretta. 1. Il titanio è utilizzato in campo a  medico

edile

2. A contatto con l’ossigeno, l’oro a  si ossida b  non si ossida 12. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Nella fonderia avviene solo la fusione dei metalli.

3. Se l’acciaio subisce la tempra si aumenta la sua ............................ .

2. Nella fonderia si utilizzano degli stampi per produrre oggetti.

4. Nel processo LD l’acciaio viene fuso in appositi ........................... .

3. Le lavorazioni plastiche danno una forma ai materiali.

2. L’acciaio si ottiene partendo dalla fusione della ............................... .

Verso le Competenze Prevedere, immaginare e progettare 1. Dovete consigliare l’acquisto di alcuni manufatti a persone che svolgono mestieri particolari: stabilite insieme quali metalli proporreste (e per quale motivo) a un idraulico per dei tubi, a un fabbro per dei profilati, a un elettricista per dei fili elettrici e a un serramentista per dei profilati.

2. Sapendo che i metalli si prestano facilmente a essere utilizzati sotto moltissime forme nel campo dell’edilizia, quale uso ne faresti? Elenca quali elementi costruiresti, specificando anche quali metalli impiegheresti e per quale motivo. 3. Devi costruire una struttura metallica che resista all’aggressione della salsedine e al forte vento. Quali materiali metallici useresti e quali, invece, eviteresti?

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Trasformazione delle inorganiche Trasformazione dellematerie materie inorganiche

UNITÀ

AREA 3

3 Vetro LEZIONE

38. Che cos'è il vetro Il vetro è il prodotto della fusione della silice e di altri elementi, che solidificandosi assumono la caratteristica della trasparenza. Il vetro è un materiale che per le sue qualità si presta a essere usato in molti campi, da quello industriale a quello artistico, ma è impiegato soprattutto nel settore alimentare grazie alla sua capacità di non alterare gli alimenti.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE Conducibilità termica ed elettrica: capacità di opporre resistenza al passaggio della corrente e del calore (il vetro è un isolante). Trasparenza: proprietà di un corpo che si lascia attraversare dalla luce.

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE

Resistenza alla trazione: scarsa capacità di sopportare la trazione.

Fusibilità: proprietà di fondere se sottoposto a 1 500 °C.

Resistenza alla compressione: ottima resistenza se sottoposto a compressione.

Duttilità: capacità di farsi ridurre in fili.

Resistenza all’abrasione: buona capacità di resistere alle scalfitture. Fragilità: non sopporta urti.

Malleabilità: capacità di farsi ridurre in sottili lastre. Temprabilità: capacità di acquistare maggiore durezza se sottoposto a tempra, cioè cicli di riscaldamento e raffreddamento.

LINK ➜ STORIA Plinio il Vecchio racconta che il vetro fu scoperto da mercanti fenici: giunti sulle rive di un fiume, accesero il fuoco e accanto misero dei blocchi di nitrato che trasportavano come mercanzia. A mano a mano che il fuoco bruciava, i blocchi si scioglievano e, combinandosi con la sabbia del fiume, formavano un composto lucente e trasparente. Reperti archeologici farebbero invece risalire l’uso del vetro già al 3500 a.C. presso gli abitanti della Mesopotamia. An-

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che negli scavi di Pompei ed Ercolano sono stati rinvenuti oggetti in vetro. Nel 50 a.C. i Romani perfezionarono la tecnica vetraria, inventando la soffiatura e il modo di ridurre il vetro in lastre per schermare le finestre. Nel Medioevo alcuni artigiani veneziani affinarono le conoscenze della soffiatura, al punto che, per tenere segreti i processi di lavorazione, nel 1291 spostarono sull’isola di Murano tutte le vetrerie.

Vetro

UNITÀ 3

I tipi di vetro In base alle proprietà che possiedono e secondo l’uso a cui sono destinati, si contano più di cinquanta tipi di vetro. Di seguito sono presentati i principali.

Il cristallo è stato sempre considerato un vetro molto pregiato e per questo ricercatissimo. Il cristallo più famoso è quello di Boemia, che fece la sua comparsa nel Seicento ed è considerato ancora oggi tra i più raffinati.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. S piega perché il vetro è il migliore materiale per confezionare alcuni alimenti. 2. Cerca immagini di oggetti artistici in vetro di epoche differenti e incollale su un cartellone, aggiungendo commenti relativi ai periodi artistici di appartenenza. Con l’aiuto dell’insegnante di arte, prova a realizzare un oggetto artistico con il vetro, ad esempio dipingendolo.

L’industria chimica e i laboratori usano il vetro pirex perché non reagisce con gli elementi chimici e può essere sottoposto all’azione della fiamma.

Il vetro comune Il vetro comune è impiegato per la produzione di lastre e contenitori: bottiglie per usi alimentari, bicchieri, vasi, oggettistica d’arredo e lampadari. Una delle sue caratteristiche è quella di offrire un’elevata inalterabilità chimica a contatto con gli alimenti e le bevande. In alcuni casi al vetro si aggiungono elementi che conferiscono una particolare colorazione. Il cristallo Il cristallo è un vetro caratterizzato dalla presenza di alte percentuali di piombo, che conferiscono all’oggetto una particolare brillantezza, oltre a una sonorità tipica. Si presenta con un taglio e una molatura che gli attribuiscono riflessi lucenti come quelli dei diamanti. Tra gli oggetti prodotti vi sono la cristalleria da tavola, vasi, lampadari e svariati manufatti artistici. Il vetro pirex Il vetro pirex, tecnicamente conosciuto come vetro borosilicato, è ottenuto con l’aggiunta di boro e silicati vari alla sabbia silicea. È un materiale molto duro, capace di resistere agli sbalzi di temperatura. Questa proprietà lo rende un materiale idoneo per la cottura in forno degli alimenti. Può essere usato anche nel forno a microonde o per congelare i cibi nel freezer. I vetri termoisolanti I vetri termoisolanti sono costituiti da due lastre di vetro mantenute a una distanza di 6-10 mm da una cornice. All’interno della cornice viene posto un gas isolante, costituito da aria o gas inerte. Il grado di isolamento termico dipende dallo spessore dei vetri, dalla quantità di isolante e dalla tenuta ermetica della struttura. Questi vetri trovano largo impiego nell’edilizia per la costruzione degli infissi. Quasi tutte le abitazioni fanno uso, ormai, di questi vetri perché permettono un risparmio di energia oltre a proteggere gli ambienti interni dai fastidiosi rumori esterni. Il vetro di sicurezza Viene chiamato vetro di sicurezza quel vetro che, in caso di rottura, non rilascia frammenti pericolosi per le persone. Generalmente si ottiene incollando due lastre di vetro con una o più pellicole plastiche, in policarbonato o acrilico. Oltre a essere trasparente, questo vetro è dotato di grande elasticità e resistenza. In caso di urto il vetro si rompe, ma le lastre rimangono «incollate» alla pellicola di materiale plastico. È utilizzato come vetro esterno in edifici adibiti ad attività sportive, in scuole, ospedali, nelle vetrine dei negozi o per le pensiline alle fermate degli autobus. Esistono vari tipi di vetri di sicurezza. Il vetro di sicurezza temprato è ottenuto portando il vetro a circa 700 °C per poi raffreddarlo. In questo modo si ottiene un materiale molto resistente agli urti, usato per porte, ripiani di tavoli e box doccia, vetrate e vetri per autovetture. Anche in questo caso, quando il vetro si rompe, si frantuma in milioni di pezzi senza provocare schegge pericolose.

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AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

39. Ciclo di produzione PAROLE DELLA TECNOLOGIA Float: si tratta di lastre di

vetro sottile, usate prevalentemente in edilizia come vetro per le finestre.

Le materie prime La materia prima per fabbricare il vetro è la silice, un ossido di silicio, che in natura si trova nelle rocce contenenti quarzo e viene estratta nelle cave di quarzite. La produzione del vetro inizia preparando una miscela, composta prevalentemente di sabbia silicea a cui si aggiungono altri materiali: • fondenti, per facilitare la fusione (carbonato di potassio oppure ossido di sodio); • stabilizzanti, per impedire al vetro di perdere la trasparenza; • soda, per rallentare la solidificazione della massa fusa; • ossidi metallici, per ottenere una particolare colorazione; • rottami di vetro, per favorire la fusione ed evitare l’utilizzo di materie prime.

La lavorazione del vetro

FABBRICAZIONE DEL VETRO

Stampaggio Si presta per produrre vetrocemento e tegole per l’edilizia, lenti per occhiali, bicchieri.

Pressaturasoffiatura Si utilizza per produrre oggetti cavi come bottiglie, vasi e vasetti, lampadine.

Float glass È la tecnica più moderna per la produzione di lastre sottili e cristalli.

Laminazione Modellazione Due o più lastre di vetro comune o temprato vengono incollate tra loro con sottili strati di materiale plastico (vedi il vetro di sicurezza a pag. 105).

Serve per produrre oggetti artistici e artigianali, ad esempio mediante la canna da soffio.

› La produzione di bottiglie 1  Una goccia di pasta vetrosa, di dimensioni calibrate, viene fatta cadere in uno stampo. Si forma il collo della bottiglia.

Lo stampo viene aperto; un braccio meccanico trasporta la goccia di vetro con il collo formato in un altro stampo. 2

4  Lo stampo viene aperto, la bottiglia estratta e posta su un nastro trasportatore.

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3  Lo stampo viene chiuso e viene immessa dell’aria. La pasta vetrosa si espande aderendo contro le pareti dello stampo.

5  Le bottiglie entrano in un tunnel chiamato di ricottura, dove vengono raffreddate lentamente a temperatura ambiente.

Tutti gli elementi che costituiscono la miscela del vetro, detta anche carica, prima di entrare nel forno di fusione vengono frantumati finemente per ottenere un prodotto omogeneo. La carica, portata a una temperatura di 1 300 °C inizia a fondere assumendo una consistenza pastosa, ma solo a 1 500 °C raggiunge il punto ottimale di fusione per la lavorazione. Durante il processo di fusione, che dura mediamente 24 ore, la carica sprigiona dei gas che formano delle bolle. Queste devono essere eliminate perché creano imperfezioni e determinano scarsa resistenza nei prodotti finiti. La lavorazione industriale del vetro avviene utilizzando diversi metodi. • Stampaggio: la massa ancora fusa viene messa in uno stampo e sottoposta a pressione, per cui è costretta a occupare tutti gli spazi vuoti dello stampo. Con questa tecnica si creano oggetti vari per l’arredamento. • Pressatura-soffiatura: in uno stampo viene fatta cadere una goccia di materiale fuso, che viene poi sottoposta a un soffiaggio forzato in modo da far aderire il materiale su tutta le parete cava, lasciando la parte interna vuota. Con questo metodo si producono bottiglie e buona parte degli oggetti cavi. • Float glass: il metodo più usato per ottenere il vetro piano è detto float glass (cioè vetro galleggiante).

Vetro

UNITÀ 3

› Il sistema float glass 1

Silos contenenti le materie prime

2  Le materie prime, finemente macinate, vengono poste nel forno.

6  Taglio Una volta raffreddata, la lastra viene tagliata in altre lastre più piccole, nelle misure commerciali.

3  Fusione Il forno viene portato a una temperatura di 1 300  °C; il materiale inizia a fondere e diventa pastoso.

Affinazione e formatura Una volta fuso, il vetro viene fatto colare su un bagno di stagno fuso. Qui il vetro si spande e forma una lastra piana e uniforme. 4

Ricottura. La lastra di vetro viene fatta passare in un tunnel, chiamato forno di ricottura, dove viene raffreddata molto lentamente.

7  Ogni prodotto finito subisce un controllo da parte di una macchina elettronica che ne verifica le caratteristiche di dimensione, forma, spessore, calibratura dell’apertura e integrità. I pezzi che risultano non conformi agli standard prefissati sono scartati e avviati alla frantumazione per essere nuovamente fusi.

8  Tempra. Quando si vuole aumentare la resistenza di un oggetto in vetro, il pezzo finito viene portato a una temperatura di 700 °C e poi viene bruscamente raffreddato immergendolo in acqua fredda o esponendolo a correnti d’aria.

La finitura del vetro Completato il processo produttivo, il vetro può essere sottoposto a ulteriori lavorazioni per esaltare determinate caratteristiche o per eliminare alcune imperfezioni. • Molatura: una volta tagliate nelle dimensioni opportune, le lastre di vetro vengono sottoposte a molatura per evitare che la superficie dei bordi rimanga tagliente. • Spianatura: è un’operazione di tipo meccanico che si effettua sulle superfici delle lastre per eliminare eventuali imperfezioni dai bordi. • Foratura: per praticare fori nel vetro si utilizza un trapano con apposite punte diamantate, raffreddate con acqua. • Lucidatura: ha lo scopo di rendere liscia e brillante la superficie vitrea, quando l’oggetto è finito. Il lavoro viene effettuato con acqua e speciali abrasivi molto fini. • Sabbiatura: è un trattamento effettuato per opacizzare la superficie lucida del vetro e avviene con un getto, sotto forte pressione, di sabbia e acqua. • Acidatura: si tratta di una tecnica basata sull’uso di un acido in grado di rendere la superficie satinata.

PUNTI DI DOMANDA 1. C on quali metodi si produce il vetro? 2. Q uali sono le lavorazioni di finitura del vetro?

Per produrre gli specchi si parte da lastre di vetro perfettamente piane. Sulla faccia opposta a quella riflettente, viene depositato uno strato sottilissimo di alluminio o argento, ricoperto da una vernice a scopo protettivo.

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AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche

Gli altri impieghi del vetro

Oggi dalle fornaci di Murano escono vetrate, lampadari, bicchieri e centinaia di oggetti di arredo. Anche famosi designer collaborano con questi artigiani per creare straordinarie opere d’arte.

La fibra ottica.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si produce il vetro artistico? 2. I n quali settori viene impiegata la lana di vetro?

Il vetro artistico Con l’introduzione di macchinari per l’attività industriale, verso la metà dell’Ottocento il metodo di lavorazione del vetro subì una profonda trasformazione. Questo, però, non modificò l’arte vetraria degli artigiani di Venezia, che continuarono a produrlo mantenendo inalterate le loro tecniche. Ancora oggi, il vetro viene lavorato da abili artigiani che utilizzano come un tempo, la canna da soffio: il materiale vetroso, reso fuso in un apposito forno, viene prelevato con la canna e soffiato a bocca. La lavorazione avviene utilizzando solamente delle pinze, la fiamma, esperienza e abilità. La fase di creazione dell’oggetto deve essere svolta velocemente per sfruttare la plasticità del vetro. I colori minerali, tipici nell’arte muranese, esaltano la bellezza delle forme che di volta in volta vengono realizzate. La lana di vetro La lana di vetro è un prodotto ottenuto facendo passare la massa di vetro fusa, sotto forte pressione, attraverso una filiera dotata di buchi con dimensioni di 1 µm (pari a 0,001 mm). Si ricava quindi una fibra minerale costituita da ammassi fibrosi, simile a ovatta. I materiali in fibre di vetro trovano applicazione nel campo dell’edilizia come materiale termoisolante e fonoassorbente; nel settore automobilistico come silenziatore nelle marmitte. È anche un materiale che limita la diffusione delle fiamme perché è incombustibile. La fibra ottica Un tipo particolare di fibre di vetro è rappresentato dalla fibra ottica, usata come guida di luce. Se si pone una sorgente di luce all’inizio della fibra, la luce si propaga lungo la fibra stessa. Trova grande impiego nel settore delle telecomunicazioni: il segnale elettronico viene convertito in segnale luminoso, trasportato attraverso fibre ottiche e, infine, riconvertito in segnale elettronico. Rispetto ai cavi di rame, la fibra ottica ha il vantaggio di trasportare un numero di informazioni enormemente superiore a parità di diametro; inoltre, non risente di interferenze elettriche e magnetiche. Il vetro ottico Il vetro ottico si ottiene miscelando al vetro privo di impurità il piombo, l’arsenico, il potassio e il boro. La miscela viene poi fusa a circa 1 500 °C dentro speciali crogioli in platino. La massa viene spianata per formare una lastra uniforme e quindi raffreddata. A questo punto può subire la lavorazione di molatura, così da assumere la forma desiderata per produrre lenti per gli occhiali da vista, binocoli, telescopi, obiettivi per macchine fotografiche e microscopi.

NUOVE TECNOLOGIE Il vetro autopulente Il vetro autopulente è sempre stato un sogno irrealizzabile. Oggi, dopo programmi di ricerca e di sviluppo, è una realtà. Si tratta di un normale vetro con un rivestimento speciale sul lato esterno: uno strato sottilissimo di biossido di titanio che produce l’effetto autopulente attraverso due meccanismi. Questo rivestimento reagisce ai raggi ultravioletti della luce solare decomponendo e sciogliendo lo sporco organico. Inoltre, reagisce anche quando pioggia o acqua colpiscono il vetro: l’acqua, invece di formare goccioline, si spande uniformemente sulla superficie del vetro e scivola via portando con sé le particelle di sporco; a differenza di quanto avviene con i vetri tradizionali, l’acqua si asciuga velocemente e non lascia macchie. Questo riduce la frequenza di pulizia dei vetri, risparmiando tempo e fatica sulla loro manutenzione, oltre a contribuire alla protezione dell’ambiente riducendo l’uso di detergenti.

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Vetro

UNITÀ 3

TECNOLOGIE SOSTENIBILI LEZIONE

40. Sostenibilità e riciclo Riciclare il vetro è molto importante, ma il riuso è ancora più vantaggioso. L’espressione vuoto a rendere indica che un contenitore di vetro, una volta svuotato, viene reso al fornitore per essere riutilizzato. Chi acquista il prodotto paga un deposito, che gli viene reso al momento della restituzione. Il riuso comporta un risparmio energetico dell’80%. Il sistema del vuoto a rendere è diffuso in Germania, Olanda e Svezia e in Danimarca è addirittura obbligatorio!

Il vetro è il materiale riciclabile per eccellenza, perché mantiene inalterate tutte le sue proprietà anche dopo essere stato sottoposto a numerosissimi trattamenti di riciclo. Per riciclare il vetro è necessario procedere alla fase di raccolta, prestando molta attenzione a non unirlo a vetri contenenti pericolosi elementi tossici, come lampadine, tubi al neon, vetri delle finestre, vetro pirex, vetro con etichetta «T» (tossico) o «F» (infiammabile). Questi ultimi, infatti, devono essere portati presso un’isola ecologica per essere trattati come RUP (Rifiuti Urbani Pericolosi). Dopo la raccolta differenziata effettuata in ambito domestico e industriale, il vetro segue diverse fasi per il riciclaggio.

› Il riciclo del vetro

3  Frantumazione I rottami di vetro vengono frantumati grossolanamente. La massa viene sottoposta a un trattamento di aspirazione per eliminare corpi leggeri come carta, alluminio, legno, ed è poi sottoposta all’azione di un’elettrocalamita per eliminare i corpi ferrosi che potrebbero essere sfuggiti alla cernita.

2  Cernita Ha lo scopo di separare il vetro da ceramica, plastica e altri corpi estranei.

Aspirazione Elettrocalamita

1  Raccolta Il vetro da riciclare, recuperato con la raccolta porta a porta organizzata dai Comuni, oppure stoccato in appositi contenitori che per la loro forma vengono chiamati campane, viene raccolto da ditte specializzate.

4  Macinazione I rottami di vetro vengono macinati finemente.

VETR 5  Fusione Il materiale già macinato viene mischiato alla materia prima (silice) e fuso per ottenere nuovi prodotti.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome avviene il riciclo del vetro? 2. Q uali sono i vantaggi del riciclo?

ER IA

6  Nuove bottiglie

7  Uso e smaltimento Dopo l’uso, il ciclo ricomincia con una nuova raccolta per un nuovo processo di riciclaggio.

Riciclare e utilizzare rottami di vetro per fabbricare nuovi oggetti ha numerosi vantaggi. • Un minore impatto ambientale: non è infatti necessaria l’estrazione della materia prima (silice e altri minerali) in cave che deturpano il paesaggio. • La riduzione dei consumi energetici: per la preparazione della materia prima occorre energia, che viene risparmiata se si parte da rottami di vetro. Ciò significa che le fasi di lavorazione e trasformazione sono più economiche. • La diminuzione delle emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera: se si utilizza meno energia, si ha una riduzione della quantità di polveri e fumi di combustione emessi nell’aria. • La riduzione della massa complessiva di rifiuti da smaltire nelle discariche. • Un minore inquinamento del terreno e delle falde acquifere: bisogna ricordare che il vetro abbandonato nell’ambiente impiega circa 400 anni per decomporsi.

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IN BREVE LEZIONE 38

Che cos'è il vetro Il vetro è un materiale solido ottenuto dalla fusione della silice e di altri elementi che, solidificandosi, assumono la caratteristica della trasparenza. Caratteristiche Il vetro è un buon isolante elettrico e termico. Tipi di vetro Il vetro comune è largamente impiegato nel settore alimentare grazie alla sua capacità di non alterare gli alimenti. Il cristallo è caratterizzato dalla presenza di alte percentuali di piombo, che conferiscono brillantezza e sonorità tipica. Il vetro pirex resiste agli sbalzi di temperatura, quindi è utilizzato per la cottura degli alimenti e in laboratorio. Vi sono poi i vetri utilizzati in edilizia per produrre vetrate termoisolanti e i vetri di sicurezza, incollati con lastre plastiche per evitare la formazione di schegge in caso di rottura.

LEZIONE 39

Ciclo di produzione La sabbia silicea impiegata per produrre il vetro viene estratta dalle cave. Alla sabbia silicea macinata finemente si aggiungono altre sostanze (stabilizzanti, fondenti) per migliorare la fusione, ottenendo una miscela, detta carica. Tale carica viene portata a una temperatura di 1 300-1 500 °C ottenendo una massa pastosa.

FABBRICAZIONE DEL VETRO

Stampaggio Si presta per produrre vetrocemento e tegole per l’edilizia, lenti per occhiali, bicchieri.

Pressaturasoffiatura Si utilizza per produrre oggetti cavi come bottiglie, vasi e vasetti, lampadine.

Float glass È la tecnica più moderna per la produzione di lastre sottili e cristalli.

Laminazione

Modellazione

Due o più lastre di vetro comune o temprato vengono incollate tra loro con sottili strati di materiale plastico.

Serve per produrre oggetti artistici e artigianali, ad esempio mediante la canna da soffio.

La lavorazione del vetro avviene principalmente con metodi industriali. Per produrre il vetro piano (come quello delle finestre) si utilizzano impianti specifici chiamati float glass. Con il metodo della pressatura in uno stampo, soffiando aria all’interno, si producono bottiglie e oggetti cavi. Con lo stampaggio si creano oggetti non cavi, ad esempio oggetti di arredamento. Altri impieghi del vetro Come in passato, la lavorazione artigianale del vetro, praticata da abili artisti, si serve di pinze e canna da soffio per realizzare singoli oggetti d’arte. Il vetro può essere ridotto in sottilissimi fili e l’ammasso di fibre che ne deriva è chiamato lana di vetro; trova impiego in edilizia come materiale termoisolante e fonoassorbente. Una particolare fibra di vetro è la fibra ottica, impiegata nel settore delle telecomunicazioni per trasferire enormi quantità di informazioni.

LEZIONE 40

Sostenibilità e riciclo Il vetro è il materiabile riciclabile per eccellenza, perché può essere riciclato infinite volte. Dopo essere stato recuperato con la raccolta differenziata, viene ridotto in rottami di vetro, che vengono macinati finemente e miscelati con nuove materie prime. Vengono quindi fusi per ottenere nuovi oggetti.

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Vetro

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 3

5. Elenca le lavorazioni di finitura che può subire il vetro dopo il processo produttivo.

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. .............................................. 4. .............................................. 6. ..............................................

1. .............................................. 3. .............................................. 5. ..............................................

1. Nel Medioevo le migliori produzioni di vetro provenivano dall’isola di Murano.

2. Il vetro è composto da silice e altri elementi.

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

3. Il vetro è un metallo trasparente.

1. Con il sistema float glass si ottengono lastre di vetro.

4. I Romani inventarono la tecnica della soffiatura.

5. Il vetro comune non rilascia elementi chimici a contatto con gli alimenti.

2. Gli ossidi metallici permettono di dare al vetro colorazioni particolari.

3. La soda aiuta il vetro a solidificare molto velocemente. V

6. Il cristallo più famoso e pregiato è quello inglese.

4. Il vetro artistico si produce con degli stampi.

7. Per evitare i fastidiosi rumori si utilizza il vetro di sicurezza.

5. La lana di vetro si ottiene fondendo il vetro.

8. Il vetro pirex non può essere usato come contenitore per congelare gli alimenti.

6. La fibra ottica viene influenzata dai campi magnetici esterni.

9. Il vetro è un buon isolante elettrico.

7. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

10. Il vetro è un buon conduttore elettrico.

stabilizzanti – ossidi metallici – silice Il vetro si ottiene da una miscela di

..............................................

unita ad

2. Scegli l’alternativa corretta.

altri materiali come i fondenti e gli

..............................................,

a cui è

1. La capacità del vetro di farsi ridurre in fili sottili è la a  duttilità b  fusibilità

possibile aggiungere gli

2. La capacità del vetro di acquistare maggiore durezza è definita a  temprabilità b  resistenza alla compressione

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

3. Indica quali materiali non si impiegano nella produzione del vetro. fosfati – rottami di vetro – fondenti – ossidi metallici – nitrati – soda – stabilizzanti

..............................................

per la colorazione.

1. Il vetro può essere sempre riciclato.

2. La raccolta differenziata del vetro riduce la quantità di materiale da smaltire nelle discariche.

3. Il vetro non può essere riciclato più di una volta.

9. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. tossiche – Pericolosi – differenziata – pirex – neon – ecologiche

4. Elenca i diversi metodi impiegati a livello industriale per fabbricare il vetro. 1. ...................................................................................................................................................

La raccolta

..............................................

stato prodotto con sostanze fatti, il vetro dei tubi al

non comprende il vetro che è

..............................................

2. ...................................................................................................................................................

il vetro

3. ...................................................................................................................................................

tati presso le isole

4. ...................................................................................................................................................

RUP, cioè Rifiuti Urbani

..............................................

per la salute. In-

e quello delle finestre,

e altri tipi ancora devono essere por-

..............................................

per essere trattati come

..............................................

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Osservate l’ambiente in cui vivete: scegliete alcuni oggetti in vetro e, dopo averli disegnati, descrivete la loro forma, le caratteristiche, la funzione. 2. Utilizzando Internet cerca delle informazioni sul cristallo di Boemia.

3. Per realizzare le loro opere, alcuni artisti ricorrono al vetro. Spiega per quale motivo, secondo te, il suo utilizzo è molto diffuso. 4. Motiva perché per alcuni alimenti è preferibile la conservazione in un contenitore di vetro anziché di plastica. 5. Quali vantaggi presenta, secondo te, il riciclo del vetro? E se non si effettuasse, quali sarebbero le conseguenze?

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Trasformazione delle inorganiche Trasformazione dellematerie materie inorganiche

UNITÀ

AREA 3

4 Ceramica LEZIONE

41. Che cos'è la ceramica La ceramica si ottiene dalla cottura di un impasto a base di argilla, acqua ed eventuali additivi. L’argilla è una terra di colore generalmente bianco, costituita essenzialmente da silice e allumina (ossido di alluminio); alcuni tipi di argilla, il cui componente fondamentale è il caolino, vengono impiegati nella realizzazione delle ceramiche più pregiate (porcellane). L’argilla è il risultato della frantumazione e della decomposizione in particelle, durata milioni di anni, di un particolare tipo di roccia.

PROPRIETÀ CHIMICO-FISICHE

PROPRIETÀ MECCANICHE

Igroscopicità: capacità di assorbire acqua o umidità.

Durezza: capacità di resistere bene agli urti.

Ritiro: capacità di perdere acqua con l’essiccamento.

Resistenza all’abrasione: capacità di resistere discretamente alle scalfitture.

Refrattarietà: capacità di non disperdere calore.

PROPRIETÀ TECNOLOGICHE Plasticità: capacità di lasciarsi modellare e quindi deformare sotto l’effetto di una forza esterna. Temprabilità: capacità di acquisire più resistenza se sottoposta ad alte temperature.

LINK ➜ STORIA Nella storia dell’uomo la ceramica occupa un posto rilevante. La sua invenzione è talmente antica che a tutt’oggi è quasi impossibile determinare con precisione il momento della sua comparsa. Si sostiene che, come spesso accade, sia stata la casualità a determinare il contatto dell’argilla con il fuoco e a far scoprire il nuovo materiale. Dai reperti storici risulta che moltissime civiltà abbiano impiegato manufatti in argilla come oggetti di uso quotidiano, vasellame ornamentale, statuette e piastrelle decorative. La diffusione fu tale che alcuni popoli, come gli Egizi, i Greci, i Romani, i Cinesi e

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gli Arabi, svilupparono proprie tecniche di lavorazione e di colorazione. Inventarono anche forni capaci di raggiungere alte temperature (1 200-1 400  °C). La tecnica fu continuamente perfezionata e, con l’aggiunta di sostanze complementari, i manufatti risultarono sempre più resistenti, al punto da giungere inalterati fino ai nostri giorni.

Ceramica

UNITÀ 4

Le argille possono essere sedimentarie o statiche. Le sedimentarie si sono formate attraverso spostamenti, dovuti al vento e all’acqua. Le argille statiche, invece, si sono formate direttamente sul posto grazie alla decomposizione delle rocce. La caratteristica fondamentale dell’argilla è la plasticità, cioè l’attitudine a essere modellata in modo da conservare la forma fino al momento della cottura. Le impurità presenti al suo interno ne determinano la colorazione, che può essere più o meno grigia o rossastra a seconda della quantità di ossidi ferrosi.

I tipi di ceramica

La terraglia ha una maggiore resistenza e una minore porosità rispetto alla terracotta. Con la terraglia si producono vasellame per la tavola, casseruole, piatti e oggettistica varia.

La porcellana viene usata per realizzare servizi di piatti e utensili per la cucina.

Le ceramiche sono classificate secondo il tipo di argilla impiegato, l’impasto, il rivestimento e la temperatura di cottura. I materiali ceramici presentano una buona resistenza alla compressione e all’usura, una buona resistenza al fuoco, sono ottimi isolanti elettrici e difficilmente vengono attaccati dagli agenti chimici e atmosferici. Sono distinti in terracotta, terraglia, maiolica, porcellana e grès. Terracotta. È la ceramica più conosciuta. Si ottiene cuocendo l’impasto, formato da argilla e acqua, a una temperatura di 950 °C circa. Il suo colore base è normalmente rossiccio e i prodotti finali risultano molto porosi. La produzione della terracotta, le cui origini si perdono nel tempo, ha sempre riguardato oggetti molto semplici d’uso quotidiano. Oggi la terracotta viene usata per vasi da fiori, anfore, giare. Terraglia. Si tratta di una ceramica a pasta bianca ottenuta dal quarzo e dal feldspato; l’impasto viene cotto una prima volta a 900-1 100 °C per ottenere il biscotto e una seconda volta per fissare meglio lo smalto steso sulla superficie esterna. La terraglia, a sua volta, si divide in dura e tenera: si dice dura quando la cottura avviene a una temperatura di 1 200 °C, tenera quando la temperatura è di 1 050 °C. Maiolica. Con questo termine si identificano le terrecotte trattate con un particolare smalto bianco o con vernici vetrose che ne assicurano una buona impermeabilizzazione. Tipiche sono le maioliche di Faenza, che prendono il nome dalla città di produzione. Si producono piatti, statue artistiche, piastrelle per l’arredamento, anfore e vasi, servizi da tè e da caffè, contenitori da cucina. Porcellana. Si prepara usando materiali molto puri e finissimi come caolino, feldspato e quarzo, che vengono sottoposti a temperature di 1 300-1 400 °C, ottenendo così un biscotto compatto e bianco, sul quale viene passata una vetrina, ovvero una vernice di aspetto vetroso, che rende la superficie traslucida e molto levigata. Con questo procedimento si possono ottenere oggetti molto sottili e resistenti alle abrasioni. In campo industriale la porcellana è impiegata nel settore chimico per la particolare resistenza agli agenti chimici e in quello elettronico ed elettrotecnico per le proprietà isolanti, in particolare è usata come isolante per i fili dell’alta tensione.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si prepara l’impasto per la ceramica? 2. C ome si classificano le argille? 3. Q uali sono le tipologie di ceramica più comuni?

Grès. È un prodotto realizzato con argilla che, cotta a temperature elevate, modifica la propria struttura divenendo molto resistente e compatta, senza la necessità di aggiungere smalti o altri coprenti. Il grès è usato per impianti sanitari, piastrelle per pavimentazione e, ultimamente, anche per la produzione di piatti.

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AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

42. Tecnologie di produzione Una volta estratta dalla cava, l’argilla viene lasciata solidificare all’aperto. In questa fase (stagionatura), che dura mediamente un anno, tutte le sostanze organiche a contatto con l’ossigeno dell’aria si decompongono. Quando necessario, l’argilla viene mescolata con acqua e posta in un turbodissolutore, che ha la funzione di sciogliere i sali minerali presenti nel materiale. L’argilla, resa quasi liquida, viene quindi filtrata per eliminare tutte le impurità più grossolane.

L'impasto L’argilla viene convogliata in una vasca provvista di agitatore, che la mescola continuamente; è poi impastata con fondenti, che abbassano il punto di fusione, e sostanze smagranti, utili a diminuire la deformazione dovuta al ritiro durante la cottura. Segue la fase di modellazione dell’oggetto, eseguita manualmente o con l’ausilio di macchine. L’argilla viene prelevata da cave superficiali o con scarsa profondità mediante macchine per il movimento della terra, come pale meccaniche ed escavatori.

La modellazione o foggiatura • Modellazione manuale: è la più antica lavorazione conosciuta ed eseguita dall’uomo. Consiste nel plasmare l’argilla con le mani e con l’aiuto di piccoli strumenti per ottenere i manufatti. Oggi trova impiego solo nelle lavorazioni artistiche di un certo pregio. • Modellazione a lastre: da un pane d’argilla, usando un filo, si tagliano lastre di spessore omogeneo e si stendono con un matterello. Successivamente, le lastre vengono tagliate con uno stampo oppure giuntate tra loro con l’aiuto di incisioni spalmate con barbottina. • Modellazione a colombino: con i palmi delle mani si realizzano cilindretti simili a lunghi grissini, chiamati colombini. Questi vanno arrotolati uno sopra l’altro, uniti fra di loro e lisciati per ottenere una superficie compatta. Con questa lavorazione, di antica origine, si modellano soprattutto vasi e ciotole. • Tornio rotante: è una lavorazione meccanica artigianale eseguita facendo ruotare, con l’ausilio di un motore o con la forza muscolare del piede, una piattaforma su cui è situata una massa di argilla. Con la sola abilità delle mani e l’uso di qualche strumento, essa viene modellata, ottenendo prodotti di forma tondeggiante come vasi e anfore.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Barbottina: è un legante

ottenuto dall’impasto di acqua e argilla in quantità variabili a seconda dell’uso. Vetrificazione: è un procedimento fisico-chimico che, mediante l’alta temperatura, fa assumere alla ceramica caratteristiche simili al vetro, come la brillantezza e la resistenza. Sinterizzazione: è un procedimento per ottenere materiali compatti a partire da sostanze finissime attraverso trattamenti termici o meccanici.

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• Colaggio: questo tipo di lavorazione è usato in campo artistico. L’argilla, resa liquida con acqua e un particolare fluidificante, viene fatta colare all’interno di uno stampo, generalmente di gesso, precedentemente preparato. Si attende che l’argilla secchi, poi lo stampo viene tolto e l’oggetto rifinito. • Stampaggio: è un metodo utilizzato per quasi tutti i manufatti industriali o prodotti in serie. Si utilizza uno stampo diviso in due parti, che si incastrano tra di loro lasciando all’interno uno spazio vuoto. Dopo essere stato montato su una pressa meccanica, nello stampo viene posta l’argilla, che ha una consistenza abbastanza dura. Avvicinando le due parti dello stampo, l’argilla viene foggiata.

Ceramica

UNITÀ 4

L'essiccazione Una volta modellato, il manufatto viene lasciato essiccare all’aria o in un ambiente riscaldato. Durante l’essiccazione le particelle d’acqua evaporano e l’oggetto subisce quindi una riduzione di volume, che varia a seconda della qualità di argilla utilizzata. La decorazione Una volta essiccata, l’argilla può essere decorata con incisioni.

Lavorare la ceramica manualmente è un’opportunità per imparare le varie tecniche di modellazione e di decorazione tradizionali, e permette di sviluppare le proprie capacità creative.

TRASFORMA E PRODUCI 1. P rocurati un vecchio piatto e, con la tua fantasia, prova a decorarlo.

IMPASTO Argilla Sostanze smagranti Sostanze fondenti

MODELLAZIONE O FOGGIATURA L’impasto così ottenuto è pronto per la modellazione eseguita manualmente o per la foggiatura con macchine.

La cottura I manufatti vengono messi in un forno. La cottura, che avviene a una temperatura di circa 1 000 °C, completa il processo eliminando l’umidità residua: questo procedimento si conclude dopo molte ore e il prodotto così ottenuto prende il nome di biscotto. Durante la cottura la ceramica si indurisce in modo irreversibile. Il manufatto viene quindi lasciato raffreddare lentamente. La finitura A seconda della materia prima e del prodotto che si desidera ottenere, il manufatto viene sottoposto a un trattamento superficiale con apposite vernici trasparenti oppure con smalti colorati per rendere la ceramica impermeabile all’acqua e per impreziosirla. Fa eccezione la terracotta, che rimane allo stato grezzo. Segue una seconda cottura in forno, in cui le vernici e gli smalti per l’effetto della vetrificazione si uniscono al supporto in ceramica.

ESSICCAZIONE L’essiccazione, che può essere naturale o artificiale, serve a eliminare l’umidità dalle pareti esterne.

COTTURA La cottura completa il processo eliminando l’umidità residua.

FINITURA L’ultima fase è quella di finitura: il prodotto viene sottoposto a un trattamento superficiale.

NUOVE TECNOLOGIE La ceramica sinterizzata Dall’unione di materie prime sintetiche, tramite il processo di sinterizzazione, si ottengono nuovi materiali ceramici che differiscono dalle tradizionali ceramiche per le caratteristiche fisiche e chimiche: presentano una spiccata durezza e un’elevata resistenza alle alte temperature. Trovano largo impiego nel campo biomedico per protesi odontotecniche e ortopediche, nella costruzione di supporti refrattari, nelle marmitte catalitiche e in tutte le parti delle macchine sottoposte ad alte temperature e forti pressioni. La tecnologia dei rivestimenti ceramici sta coinvolgendo anche le turbine delle centrali elettriche e tantissime altre applicazioni meccaniche, ottiche, nucleari, elettriche e magnetiche. Applicazioni importanti si riscontrano anche nel campo aerospaziale.

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IN BREVE LEZION E 41

Che cos'è la ceramica La ceramica è un prodotto naturale che si ottiene dalla cottura di un impasto di argilla, acqua ed eventuali additivi. La plasticità è la caratteristica principale della ceramica allo stato umido, mentre sotto l’effetto del calore il materiale acquista una discreta consistenza, resistendo molto bene agli sbalzi di temperatura. La sua colorazione, grigia o rossastra, viene determinata dalla quantità di ossidi ferrosi presenti. Storia La sua scoperta è stata casuale; l’uomo osservò che un tipo particolare di terra a contatto con il fuoco diveniva compatto e resistente. Iniziò quindi, sfruttando la straordinaria plasticità dell’argilla, a modellare manualmente e a cuocere al fuoco i primi oggetti di uso quotidiano: le ciotole, che usava come contenitori di alimenti. Successivamente perfezionò la tecnica di cottura, che gli consentì di ottenere manufatti più resistenti e duraturi nel tempo, per poi creare oggetti d’arte come sculture, vasellame e rivestimenti di ambienti. Tipi di ceramica In funzione della sua composizione e del tipo di cottura, la ceramica si divide in: terracotta, usata per vasi da fiori, anfore, giare; terraglia, adoperata per vasellame, tegami, piatti, oggettistica varia; maiolica, impiegata per piatti, statue artistiche, piastrelle per l’arredamento, anfore e vasi, servizi da tè e da caffè, contenitori da cucina; porcellana che, essendo pregiata, viene impiegata per servizi di piatti e in molti altri manufatti per la cucina, oggetti di arredo. In campo industriale viene utilizzata come isolante per tenere sospesi i fili dell’alta tensione; grès, usato per apparecchi sanitari e piastrelle.

LEZIONE 42

Tecnologie di produzione All’impasto di argilla si aggiungono fondenti, per avere oggetti più compatti e abbassare il punto di fusione, e sgrassanti, per evitare il ritiro o la deformazione durante la fase di essiccazione e di cottura nel forno. La lavorazione dei manufatti avviene con le antiche tecniche artigianali, come la lavorazione a mano, il tornio rotante o il colaggio, oppure usando macchine industriali fornite di uno stampo, che producono in serie l’oggetto con la forma prestabilita. Seguono l’essiccazione all’aria per eliminare l’acqua che rende l’argilla plastica, la decorazione e una successiva cottura, per poi completare, a seconda del prodotto che si vuole ottenere, con un trattamento a base di vernici trasparenti o smalti e un’ulteriore cottura per fissarli al supporto mediante il processo di vetrificazione.

IMPASTO

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MODELLAZIONE O FOGGIATURA

ESSICCAZIONE

COTTURA

FINITURA

Ceramica

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 4

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. cotta – migliorare – argilla – plasticità

1. Scegli l’alternativa corretta.

La ceramica è un materiale che si ottiene impastando ..............................,

1. La ceramica si ottiene partendo da una base di a  argilla b  gesso

acqua e altri elementi che servono per

2. Un altro nome del caolino è a  silicato di alluminio

principale caratteristica è la

qualità del prodotto. Prima di essere

silicato di manganese

3. La creazione dei primi manufatti in argilla risale a  all’Ottocento b  all’epoca degli Egizi

1. La capacità della ceramica di non disperdere calore è la .

2. La capacità della ceramica di lasciarsi modellare prende il ..............................................

..............................................

la sua

1. Con quale metodo non viene modellata l’argilla? a  a colombino b  manualmente c  a chiacchierino d  a lastre

2. Inserisci i termini mancanti.

nome di

................................................,

6. Individua l’intruso.

4. Le ceramiche più pregiate sono le a  porcellane b  ceramiche granitiche

..............................................

3. Individua l’intruso. 1. Quale dei seguenti termini non indica una classificazione delle argille? a  sedimentarie b  statiche c  dinamiche 2. Quale colorazione non assumono le argille in base alle impurità presenti? a  verde b  rossastra c  grigia d  biancastra

2. A che cosa non serve la cottura dei manufatti in ceramica? a  migliorare la durezza b  aumentare la plasticità c  eliminare l’umidità residua 7. Metti in ordine le fasi di lavorazione della ceramica. essiccazione – finitura – impasto – cottura – modellazione 1. ...............................

2. ...............................

4. ...............................

5. ...............................

3. ...............................

8. Inserisci i termini mancanti. 1. La tecnica del

..............................................

consiste nel rendere liqui-

da l’argilla e poi colarla in uno stampo. 2. Con l’essiccazione i manufatti in ceramica subiscono una riduzione di

..............................................

3. L’argilla appena estratta dalle cave è sottoposta a una

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

................................,

1. La terracotta si ottiene unendo dei coloranti all’impasto di argilla e acqua.

2. La maiolica è una terracotta smaltata.

3. La ceramica è formata da un impasto di caolino e resina.

..............

che dura circa un anno.

4. Una tipica lavorazione artigianale dell’argilla è eseguita con il

..............................................

rotante.

5. Dopo la .............................................., i manufatti in ceramica vengono trattati con smalti o vernici.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Osservate l’ambiente in cui vivete ed elencate su un cartellone i settori in cui viene usata la ceramica. 2. Utilizzando Internet, cerca delle informazioni sulla produzione di ceramica nella regione in cui vivi. 3. Utilizzando Internet, cerca delle informazioni sugli azulejos, un prodotto artigianale tipico del Portogallo e della Spagna meridionale.

4. Prova a cercare sui giornali immagini di diversi prodotti in ceramica. Incollale sul quaderno creando dei collage. 5. Secondo te, qual è stata l’influenza che ha avuto sulla nostra vita la scoperta della ceramica? 6. Per quale motivo, secondo te, in alcuni locali delle abitazioni si utilizzano piastrelle in ceramica? 7. Crea un messaggio pubblicitario che abbia come oggetto un prodotto ceramico, usando foto o immagini tratte dalle riviste.

117

Trasformazione delle inorganiche Trasformazione dellematerie materie inorganiche

UNITÀ

AREA 3

5 Materiali

per l'edilizia LEZIONE

43. Pietre naturali

Nelle cave di inerti il materiale, spaccato con cariche esplosive e trasportato con ruspe meccaniche, viene macinato per ottenere pietrisco, ghiaia e sabbia, impiegati nella produzione del calcestruzzo. I blocchi di pietra vengono estratti praticando, con martelli pneumatici, una serie di fori rettilinei, poi la roccia viene staccata dalla parete della montagna con cariche esplosive. Per estrarre rocce più tenere, come il marmo, si utilizzano perline diamantate saldate su un filo di acciaio.

Le pietre naturali sono i primi materiali da costruzione usati nella storia e per millenni hanno costituito il materiale principale con cui realizzare le strutture portanti degli edifici; hanno caratteristiche di resistenza, compattezza e durata nel tempo: basti pensare alle Piramidi d’Egitto, al Colosseo o alle tante cattedrali sparse per il mondo. Oggi, a causa del loro costo, della loro pesantezza e scarsa flessibilità, sono state sostituite da materiali artificiali molto più leggeri ed economici. Tuttavia, essendo resistenti alla compressione, coprono ancora un posto di rilievo nell’ambito delle pavimentazioni e dei rivestimenti. Restano inoltre fondamentali per la produzione di sabbia e ghiaia, necessarie per ottenere leganti e conglomerati.

L'estrazione Le pietre naturali si estraggono dalle cave a cielo aperto o scavate in gallerie. Nel primo caso la pietra viene asportata direttamente dall’esterno modificando notevolmente il paesaggio; nel secondo caso la cava si insinua nel «ventre» della montagna lasciando quasi integra la morfologia del territorio. Una cava viene organizzata solitamente in diverse aree di lavorazione: • i fronti di taglio; • un piazzale in cui si preparano e sgrossano i blocchi di roccia estratti; • una zona in cui vengono messi i detriti; • una teleferica per il trasporto del materiale meno ingombrante. Dopo l’eliminazione dello strato superficiale con martelli pneumatici e perforatrici, la roccia viene staccata mediante mine o con fili diamantati. Questi ultimi permettono di tagliare pezzi di roccia ad altissima velocità: in passato era necessario un mese di tempo per fare un taglio, oggi lo stesso taglio può essere eseguito in tre giorni.

118

Materiali per l’edilizia

UNITÀ 5

Le prime lavorazioni Direttamente nelle cave oppure in aziende specializzate, i grandi blocchi di pietra vengono ridotti in lastre, il cui spessore varia a seconda dell’utilizzo, a mezzo di seghe a telaio o con disco diamantato. Le lastre grezze vengono poi tagliate per ottenere le forme desiderate. La finitura superficiale determina le caratteristiche estetiche del prodotto. Diverse sono le tecniche di finitura. • Levigatura: rende il manufatto piatto e la superficie opaca e resistente anche all’esterno. • Lucidatura: rende il colore vivido e lucente e aumenta la resistenza della pietra agli agenti chimici in quanto chiude i suoi pori. • Bocciardatura: eseguita a mano o a macchina, rende la superficie ruvida e mette in evidenza la brillantezza dei cristalli. • Fiammatura: è un trattamento termico effettuato con una fiamma a circa 2 500 °C; viene eseguita su beole, graniti, porfidi. • Sabbiatura: si ottiene proiettando sulla lastra una miscela abrasiva di acqua e sabbia a forte pressione e velocità. Dopo essere stato staccato dalla parete, con un piano inclinato il blocco di granito alto circa 2 metri viene trasportato sul piazzale della cava. Qui viene tagliato in lastre utilizzando un filo diamantato.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono le pietre naturali e come si estraggono? 2. Q uali sono le tecniche di finitura delle pietre? 3. C ome vengono classificate le pietre naturali?

La classificazione delle pietre naturali A seconda della loro origine, le pietre possono essere classificate in: • magmatiche, derivate dalla cristallizzazione del magma (graniti, sieniti, porfidi, basalti, beole); • sedimentarie, formatesi per deposito e accumulo di sedimenti (arenarie, argille, tufi, calcari, travertini); • metamorfiche, originate da aumenti di temperatura e pressione (marmi, quarziti). Dal punto di vista commerciale, il materiale lapideo è suddiviso in diverse categorie. • Graniti: hanno una struttura durissima, sono particolarmente indicati per produrre pavimenti soggetti a utilizzo intenso. • Marmi: sono lucidi, solidi e duraturi ma poco resistenti; sono impiegati per rivestimenti, pavimenti, scale interne e anche per alcuni elementi d’arredo (tavoli e camini). • Pietre: sono suddivise in tenere (rocce calcaree, tufi, arenarie) e dure (porfidi, basalti, quarziti, ardesie); vengono utilizzate per realizzare pavimenti e rivestimenti, anche da esterno. • Travertini, compatti, lucidabili: sono impiegati nelle pavimentazioni e nei rivestimenti, anche esterni.

NUOVE TECNOLOGIE Le pietre ricomposte Negli ultimi anni alle pietre naturali si sono affiancate le cosiddette pietre artificiali, dette anche ricomposte o ricostruite. Questo innovativo materiale, che mira a riprodurre fedelmente l’aspetto morfologico dei vari tipi di roccia, è realizzato miscelando granuli di marmi, pietre macinate e polveri con cemento e leganti speciali. L’impasto, versato in appositi stampi, è sottoposto a trattamenti tecnologicamente avanzati al fine di riprodurre le caratteristiche delle pietre naturali; infine, viene cotto ad altissime temperature ed essiccato. Le pietre ricomposte sono leggere, possono essere realizzate con spessori ridotti e possono essere messe in opera rapidamente in ambienti sia interni sia esterni; grazie alle loro proprietà trovano vasto impiego in diversi settori.

119

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

44. Leganti

Il cemento Portland è il tipo di cemento più utilizzato perché viene usato come legante nella preparazione del calcestruzzo. È stato inventato in Inghilterra nel 1824 e deve il suo nome alla somiglianza con l’aspetto della roccia di Portland, un’isola inglese.

I materiali leganti sono un gruppo di materiali che, miscelati con l’acqua, esercitano un’azione adesiva, agendo cioè come collanti. Mentre gli antichi Greci realizzavano le loro opere in pietra a secco, ovvero sovrapponendo le pietre le une sulle altre senza l’ausilio di leganti, gli antichi Romani si servivano della calce, cioè carbonato di calcio polverizzato ricavato dalle rocce calcaree, per preparare il legante con cui incollare i mattoni delle loro poderose costruzioni. Oggi, al posto della calce, come legante si utilizza il cemento miscelato con materiali inerti (sabbia e ghiaia) per formare calcestruzzo, cemento armato e malta. Il cemento, prodotto nei cementifici, è ottenuto dalla cottura di pietre calcaree e argilla, sminuzzate e mescolate in giuste proporzioni, poi cotte. Il materiale viene poi macinato molto finemente e confezionato in sacchi di carta, con all’interno una pellicola di plastica per preservarlo dall’umidità.

ESTRAZIONE DALLA CAVA

PREPARAZIONE DELLA MISCELA

PRODUZIONE DEL KLINKER

Le materie prime, calcari e argille, vengono estratte nelle cave.

In un frantoio i materiali vengono macinati e trasformati in piccoli ciotoli. Viene preparata la miscela e immessa nel forno.

Le materie prime vengono cotte a 1 500 °C in un forno; si produce così il klinker. Il forno, che può avere un diametro di 6 metri ed essere lungo anche 200 metri, all’interno è rivestito di materiale refrattario.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Conglomerato: è una

massa costituita da elementi eterogenei.

INTERVIENI E PRODUCI 1. Ritaglia immagini da riviste relative a edifici costruiti in cemento armato, in mattoni, in legno o in pietra. Prepara poi vari cartelloni (uno per ciascun tipo di materiale) su cui attaccarli.

120

PREPARAZIONE DEL CEMENTO Vengono aggiunte piccole percentuali di sostanze chimiche. Confezionato in sacchi, il cemento è pronto. All’uscita dal forno, il klinker viene macinato finemente.

Il calcestruzzo Il calcestruzzo è un conglomerato costituito da una miscela di inerti (ghiaia e sabbia) e legante idraulico (cemento) a cui viene aggiunta dell’acqua.

Ghiaia proporzioni 4

Sabbia 2

Cemento 1

Acqua 0,7

Calcestruzzo

Una volta impastata, la miscela viene versata in apposite casseforme di legno, dette casseri. Nella cassaforma l’impasto viene vibrato, per evitare la formazione di bolle d’aria che ne comprometterebbero la struttura e l’estetica. A questo punto si innescano reazioni chimiche che sviluppano calore, poi, a mano a mano che l’acqua evapora (in qualche ora), l’impasto solidifica e progressivamente si indurisce in alcune settimane. Durante questo processo l’acqua non deve evaporare troppo velocemente perché il materiale potrebbe fessurarsi.

Materiali per l’edilizia

UNITÀ 5

Una volta indurito, il calcestruzzo presenta caratteristiche tali da essere simile a una roccia; per questa sua proprietà è impiegato per costruire le parti strutturali degli edifici. Il calcestruzzo è un materiale che presenta una notevole resistenza alla compressione ma offre prestazioni scadenti se sottoposto a trazione.

Il cemento armato

Tranne che per piccole quantità, il calcestruzzo generalmente non viene confezionato in cantiere, ma viene preparato in appositi centri di betonaggio. Il trasporto si effettua con betoniere, che trasportano il calcestruzzo allo stato pastoso, pronto per essere gettato nei casseri.

Se si annegano nel calcestruzzo barre o tondini di acciaio, si ottiene un materiale nuovo, il cemento armato, nel quale i due componenti «lavorano» insieme per resistere alle varie sollecitazioni; l’acciaio, infatti, resiste alla flessione e alla trazione che il calcestruzzo non è in grado di sopportare. Quest’ultimo ha trovato la propria massima diffusione con l’invenzione del cemento armato, che ha infatti reso possibile il superamento dei limiti tecnici del calcestruzzo. L’evoluzione tecnologica ha permesso col tempo di migliorare le miscele, al punto che oggi si possono ottenere manufatti prefabbricati tramite la precompressione delle travi in calcestruzzo armato.

La malta Il cemento viene impiegato anche nella preparazione della malta. Si tratta di un impasto costituito da sabbia, cemento e/o calce e acqua. Le sue proprietà quindi variano in relazione alla natura dei suoi componenti. La malta viene impiegata come legante per realizzare murature, sottofondi, massetti e intonaci.

Sabbia proporzioni 4

La resistenza del calcestruzzo dipende dal giusto rapporto tra acqua e cemento: a parità di contenuto di cemento, è più resistente la miscela con minore quantità di acqua. La presenza di acqua influisce anche sulla maturazione del calcestruzzo, perciò è importante miscelarne la giusta proporzione per evitare che una quantità troppo elevata porti a un’evaporazione troppo veloce e quindi a una fessurazione del manufatto.

Cemento 1

Acqua 4

Malta

L’intonaco è un materiale che ha la funzione di proteggere le murature, sia quelle realizzate in laterizio sia quelle in calcestruzzo. Si tratta di una miscela che può essere composta da malta di calce o cemento, gesso o altri elementi che, mischiati con acqua, formano un materiale dalla consistenza pastosa. Sulla muratura si stendono un primo strato di intonaco, chiamato rustico, e un secondo strato, chiamato intonaco civile. Questo ha una funzione di finitura superficiale, in quanto presenta una grana fine che rende la parete piana e pronta a ricevere la tinteggiatura.

Il gesso Il gesso per l’edilizia è ottenuto cuocendo a 130 °C le pietre da gesso o selenite. Durante la cottura, il materiale perde il contenuto di acqua, quindi viene ridotto in polvere. La malta di gesso è ricavata impastando il prodotto in polvere con una quantità d’acqua pari alla metà del suo peso. Ne deriva un materiale denso e facilmente spalmabile che deve però essere utilizzato immediatamente, in quanto tende a indurirsi rapidamente. La fase di asciugatura vera e propria è invece più lunga. La malta di gesso non si presta a essere impiegata su muri esposti all’aperto o su strutture soggette a grandi sforzi, né in climi molto caldi. Trova il suo migliore impiego negli stucchi oppure spalmata sulle pareti interne delle abitazioni per renderle molto lisce.

121

AREA 3

Trasformazione delle materie inorganiche LEZIONE

LINK ➜ STORIA Già gli antichi Romani impiegavano i laterizi nella tecnica detta opera laterizia. I mattoni erano realizzati con l’argilla, che veniva preparata, lavorata e posta in stampi di legno per conferirle la forma voluta. Venivano poi lasciati asciugare, protetti dai raggi solari, quindi cotti in fornaci a temperature che potevano arrivare fino a 1 000 °C. Con questa tecnologia si producevano mattoni di varie misure e colori, tegole, coppi ricurvi, tubi. La fabbricazione dei laterizi diventò una vera e propria attività industriale e gli stabilimenti di produzione erano posti vicino ai depositi di argilla e lungo le vie fluviali.

IMPASTO Una vite senza fine impasta le materie prime.

ESTRUSIONE L’impasto viene spinto all’interno di uno stampo per fargli assumere la forma desiderata. Viene poi tagliato a misura.

In alcuni Paesi si producono ancora mattoni artigianali fatti a mano: l’argilla e l’acqua vengono impastate per ottenere un composto omogeneo e malleabile. Successivamente, l’impasto viene modellato a mano per dare forma al laterizio, viene quindi essiccato all’aria e infine cotto a 1 000 °C.

45. Laterizi I laterizi sono composti da argilla e altri materiali (calcio, sabbia, ossidi di ferro) che, con l’aggiunta di vapore, diventano plastici, ovvero possono essere facilmente modellati in svariate forme. Una volta ottenuta la forma voluta, vengono fatti essiccare in modo che perdano gran parte dell’umidità, mentre la restante parte viene eliminata con la cottura finale e in questo modo il materiale si indurisce. I laterizi più noti sono i mattoni.

La produzione di laterizi Il mattone è un materiale da costruzione a forma di parallelepipedo, costituito anticamente da fango essiccato e successivamente da argilla cotta. Oggi il materiale che viene lavorato è composto soprattutto da argilla.

ESSICCAZIONE I laterizi entrano nel forno di essiccazione, dove restano per circa un’ora a una temperatura di 250 °C.

COTTURA Vengono cotti nel forno a 900 °C e poi fatti raffreddare da una corrente d’aria.

Impacchettati, sono pronti per la vendita.

I laterizi sono prodotti industrialmente con il processo di estrusione, spingendo cioè l’impasto in uno stampo della forma desiderata. I prodotti così ottenuti vengono fatti passare in un tunnel di essiccazione e, una volta essiccati e impilati su appositi carrelli, vengono fatti passare nel forno di cottura a una temperatura di circa 700-900 °C. Durante questa fase il materiale perde la propria plasticità, caratteristica tipica dell’argilla, per sviluppare invece la resistenza meccanica. Infine, quando i mattoni escono dal forno, vengono investiti da una corrente d’aria che li raffredda. Come avviene per tutti i materiali da costruzione, anche i mattoni sono sottoposti a prove di laboratorio per verificarne la qualità rispetto ai parametri di riferimento stabiliti per legge.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI La compatibilità ambientale dei laterizi Alcuni produttori di laterizi cercano di utilizzare tecnologie volte a creare materiali ecocompatibili per attuare un’edilizia sostenibile. Vengono quindi prodotti laterizi ad alta biocompatibilità realizzati con impasti di argille e farina di legno, senza l’aggiunta di additivi chimici. La farina di legno viene incorporata nell’impasto di argilla cruda per raggiungere una miscelazione uniforme del materiale. Durante la fase di cottura la farina di legno brucia completamente, lasciando all’interno del laterizio cotto delle microcavità vuote contenenti solo aria, migliorando quindi il potere isolante del laterizio.

122

Materiali per l’edilizia Alcuni tipi di laterizi

Tavella Forato e dello spessore di 5 cm, questo laterizio viene posto a fianco di un altro muro.

Mattone forato È utilizzato per la costruzione di pareti divisorie interne (tavolati); grazie alla presenza dei fori è leggero.

Mattone pieno Viene utilizzato per la costruzione di pareti che devono risultare resistenti, come i muri perimetrali; è il più antico tipo di mattone conosciuto.

UNITÀ 5

Blocchi per muratura Disponibili in diverse grandezze, sono utilizzati per i muri perimetrali. Caratterizzati da forme particolari, alcuni blocchi sono utilizzati per realizzare murature portanti e murature armate antisismiche.

Tegole Le tegole sono utilizzate per la copertura dei tetti. Quelle piane prendono il nome di tegole marsigliesi. Tavellone Ha uno spessore di 6-8 cm e può essere lungo anche 1 metro; è usato per i solai.

Pignatta Si utilizza assieme a travetti in cemento armato per costruire solai.

Quelle con la caratteristica forma ricurva vengono chiamate coppi.

Gli inerti

PUNTI DI DOMANDA

Per anni i rifiuti provenienti dalle demolizione edili, costituiti da mattoni, intonaci, calcestruzzo, cemento armato, pezzi di marmi, piastrelle e sanitari, sono stati smaltiti in apposite discariche. A livello nazionale la quantità degli scarti di materiali inerti è superata solo dai rifiuti urbani e ci si rende conto facilmente dell’enorme quantità di materiale accumulato. Oggi gli inerti vengono invece portati in appositi impianti di triturazione per essere recuperati.

1. C he cosa sono i laterizi? 2. Come avviene la produzione dei laterizi? 3. C ome vengono recuperati gli inerti?

TECNOLOGIE SOSTENIBILI › Il recupero degli inerti

3   Il ferro contenuto nel cemento armato viene tolto con delle elettrocalamite.

2   Nastri trasportatori portano i materiali in un mulino, dove vengono frantumati.

I camion

che trasportano il materiale lo rovesciano in grandi cumuli. 5

4   Piastre di acciaio vibranti (vibrovaglio) dividono il materiale frantumato in base alle dimensioni.

Gli inerti vengono quindi venduti a imprese

che li utilizzano per lavori stradali, sottofondi per piazzali e capannoni industriali, massicciate stradali, riempimento di scavi, per la posa di condutture o per ripristinare cave dismesse.

Il riutilizzo dei materiali inerti comporta una serie di vantaggi sia ambientali sia economici: diminuisce infatti il materiale portato nelle discariche, con un conseguente allungamento della vita della discarica stessa. Inoltre, il materiale che abitualmente viene estratto dalle cave può essere sostituito con gli inerti recuperati, comportando una riduzione del numero di nuovi siti estrattivi.

123

IN BREVE LEZIONE 43

Pietre naturali Le pietre naturali come il marmo, il granito e il travertino, dopo l’estrazione dalle cave, vengono sottoposte al taglio in lastre e a successive lavorazioni di finitura superficiale, che determinano le caratteristiche estetiche del prodotto. Per la loro resistenza alla compressione, le pietre naturali rivestono un ruolo importante nella realizzazione di pavimentazioni e rivestimenti. Recentemente, in sostituzione delle pietre naturali sono disponibili sul mercato le pietre ricostruite, cioè pietre ottenute da impasti di roccia e leganti, in modo da evitare l’eccessivo ricorso alle cave.

LEZIONE 44

Leganti I leganti sono materiali che, miscelati con acqua, esercitano una forte azione adesiva con i laterizi e i vari materiali da costruzione; uno dei principali leganti è il cemento. Calcestruzzo È un conglomerato costituito da ghiaia, sabbia, cemento e acqua. Una volta indurito, presenta una notevole resistenza alla compressione ma prestazioni scadenti alla trazione. Quindi all’impasto, generalmente versato in apposite casseforme, si aggiungono tondini di acciaio opportunamente legati tra loro: si ottiene così il cemento armato, che conferisce molta più stabilità alle costruzioni e con cui si realizzano muri, pilastri o solette. Il cemento armato viene utilizzato anche per manufatti prefabbricati.

Ghiaia proporzioni 4

Sabbia

Cemento

Acqua 0,7

Calcestruzzo

Malta È ottenuta miscelando sabbia, calce, cemento e acqua. Viene utilizzata principalmente come legante per la costruzione di muri in laterizio e per intonacare (rivestire) muri esterni e interni.

Sabbia proporzioni 4

Cemento 1

Acqua 4

Malta

Gesso È impiegato per ricoprire muri intonacati (solo per interni) e rendere la finitura liscia. Il gesso indurisce in pochi minuti, quindi per evitare questo inconveniente viene miscelato con sostanze ritardanti.

LEZIONE 45

Laterizi I laterizi usati in edilizia sono composti prevalentemente da argilla e altre sostanze che, impastati con acqua, diventano plastici e possono essere quindi facilmente modellati in stampi o estrusi in svariate forme. Una volta modellati, vengono fatti essiccare e poi cotti ad alte temperature. I laterizi più noti sono i mattoni pieni, i mattoni forati, le tavelle e le tegole. Inerti Gli inerti costituiscono i rifiuti provenienti dalla demolizione di edifici e di opere architettoniche in genere. Oggi questi materiali, una volta frantumati e separati dal ferro e da altre sostanze estranee, possono essere riutilizzati per realizzare sottofondi e massicciate, con vantaggi economici e una minore necessità di reperire la materia prima nelle cave.

124

Materiali per l’edilizia

ESERCIZI

UNITÀ 5

Conoscenze

5. Indica quali elementi non sono impiegati nella formazione del calcestruzzo.

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

sabbia – gesso – ghiaia – acqua – plastica – cemento

1. Le pietre naturali presentano una buona resistenza alla compressione.

2. L’estrazione delle pietre naturali avviene solo in cave a cielo aperto.

3. Le pietre magmatiche derivano dalla cristallizzazione del magma.

4. I graniti non sono considerati pietre naturali.

5. I travertini sono usati per i rivestimenti e le pavimentazioni.

6. Scegli l’alternativa corretta. 1. La resistenza del calcestruzzo dipende dal rapporto tra a  cemento e calce b  acqua e cemento 2. I materiali inerti sono costituiti da a  sabbia e ghiaia b  malta e gesso 7. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. cemento – calcestruzzo – inerti – legante Il .............................................. è utilizzato come .............................................. e viene

2. Indica quali non sono lavorazioni delle lastre di pietra.

miscelato con materiali

lucidatura – truciolatura – sabbiatura – levigatura – bordatura – fiammatura – bocciardatura

per formare il

..............................................,

..............................................

quali sabbia e ghiaia,

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

3. Scegli l’alternativa corretta.

1. Le tegole sono laterizi.

1. La prima lavorazione che si esegue sulle pietre è a  il taglio b  la lucidatura c  la bocciardatura d  la sabbiatura

2. Il gesso è un tipo di laterizio.

2. Le pietre sedimentarie si sono originate a  per cristallizzazione del magma b  per deposito di sedimenti c  per essiccazione del fango

plastici – parallelepipedo – mattone – cottura – estrusione – acqua – argilla – raffreddamento – fango

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

cioè possono essere modellati facilmente in diverse forme.

1. La malta è un materiale usato come legante nelle murature.

Il laterizio più noto è il ............................................: si tratta di un materiale V

da costruzione a forma di .........................................., costituito anticamen-

2. I casseri si usano per impastare l’intonaco.

te da .................................... essiccato e successivamente da argilla cotta.

3. L’intonaco si usa per costruire le fondazioni degli edifici.

4. Il calcestruzzo è un materiale resistente alla compressione.

10. Scegli l’alternativa corretta.

5. L’intonaco viene realizzato con un impasto di sabbia, acciaio e cemento.

1. Gli inerti sono materiali a  riciclabili

6. Il cemento è un legante.

7. Il calcestruzzo è resistente alla trazione.

9. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

I laterizi sono composti da ............................................. e altri materiali che, impastati con

..............................................,

diventano

..............................................,

Il processo di produzione del mattone comprende l’.............................., l’essiccazione, la

............................................

e, infine, il

............................................

non riciclabili

2. La pignatta è un laterizio usato per costruire a  muri b  solai

Verso le Competenze Prevedere, immaginare e progettare 1. Svolgi una ricerca sulle opere dell’architetto franco-svizzero Le Corbusier (1887-1965) e sui materiali da lui privilegiati. 2. Verificate, osservando gli edifici presenti nel luogo in cui abitate, qual è il materiale più utilizzato per la loro costruzione. Provate anche a darne una motivazione.

3. Quali materiali utilizzeresti per costruire una casa? Motiva le tue scelte. 4. Supponi di dover realizzare la tamponatura esterna di un edificio e i muri interni divisori: quali materiali useresti? Indicane anche i vantaggi o gli svantaggi. 5. Identifica i materiali con cui è realizzato l’edificio scolastico.

125

MAPPA DELL’AREA MATERIE PLASTICHE Sono ricavate dalle resine sintetiche, che possono essere: – termoplastiche – termoindurenti Recentemente sono apparse le bioplastiche.

INQUINAMENTO Durante le fasi di lavorazione vengono emesse sostanze inquinanti.

GOMMA Può essere di origine: – naturale – sintetica

SEMILAVORATI METALLI

MATERIE INORGANICHE Possiedono proprietà: – chimico-fisiche – meccaniche – tecnologiche

Si estraggono dai minerali e possono unirsi in lega tra di loro.

trasformazioni

COMPONENTI

VETRO Si ottiene fondendo la silice.

PRODOTTI FINITI

UTILIZZO

CERAMICA Si ricava partendo dall’argilla. Ne esistono di diverse tipologie: – terracotta – terraglia – maiolica – porcellana – grès

MATERIALI PER L’EDILIZIA Si suddividono in: – pietre naturali (granito, marmo) – leganti (calce, cemento, calcestruzzo, cemento armato, malta, gesso) – laterizi (mattoni, tegole)

126

RECUPERO E RICICLO I materiali riciclabili (alcune plastiche, alcuni metalli, il vetro, le ceramiche) subiscono diversi trattamenti di riciclo per essere reimmessi nella filiera della produzione. Alcuni materiali (come gli inerti) vengono recuperati e riutilizzati.

Trasformazione delle materie inorganiche

VERIFICA Conoscenze

AREA 3 5

5. Inserisci i termini mancanti. 1. I metalli sottoposti a calore si

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le materie plastiche sono prodotte artificialmente.

2. Le materie plastiche sono molto durature nel tempo. V

3. Le plastiche conducono l’elettricità.

4. Le materie plastiche sono modellabili.

2. Il

..............................................

è l’unico metallo che in natura si trova

allo stato liquido. 3. I metalli sono buoni conduttori di ............................................. e calore. 6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le loppe servono per produrre l’acciaio.

2. Le leghe sono formate da due o più metalli.

3. La pirite è un minerale di ferro.

4. L’acciaio è più duro della ghisa.

5. La percentuale di carbonio non determina la durezza dell’acciaio.

6. La ghisa è un metallo ricco di carbonio.

7. Nel laminatoio l’acciaio liquido viene fatto solidificare nella lingottiera.

8. L’alluminio si ricava mediante un procedimento elettrolitico.

1. È stata brevettata da Novamont utilizzando il mais: ............................

9. La metallurgia fisica studia la composizione interna dei metalli.

2. È impiegata per produrre bicchieri e bottiglie:

10. Il bronzo è una lega dell’alluminio.

11. L’oro è una lega del rame.

12. Le leghe dello stagno sono impiegate nei macchinari soggetti a sfregamenti.

13. L’altoforno è alto circa 4 metri.

5. Le materie plastiche possono essere lavorate mediante calandratura.

6. Le materie plastiche non vengono utilizzate in agricoltura.

7. I CD musicali sono realizzati con un materiale plastico. V

8. Dal 1° maggio 2012 è possibile riciclare i giocattoli in plastica.

9. Una parte della plastica raccolta per il riciclo viene inviata nei cementifici.

2. Indica a quale materia bioplastica si riferisce ciascuna descrizione.

3. Si ricava dalle fibre dalla canna da zucchero:

.....................................

.......................................

3. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. iniettore cilindrico – polimeri – granuli – resina – vite – foro – stampo – terza generazione – mais Intorno agli anni Settanta nacquero materiali plastici a elevata tecnologia chiamati «di .............................

.......................................»:

si crearono, cioè, nuovi

studiati per far fronte a specifiche esigenze progettuali.

7. Completa la tabella inserendo in ciascuna colonna tre proprietà dei metalli. Proprietà meccaniche 1

Per realizzare un materiale plastico si utilizzano le resine sinteti-

che, che vengono poi trasformate in

.......................................,

polveri o

paste a seconda delle esigenze industriali. Lo stampaggio per iniezione avviene in questo modo: la ....................................... viene inserita all’interno di un una

.............................................

traverso un uno

.........................................

senza fine che, ruotando, la spingerà at-

..........................................

.............................................

riscaldato in cui è presente

d’uscita. Quest’ultimo è collegato a

apribile, all’interno del quale i polimeri si

raffredderanno prendendone la forma. Oggi si usano le bioplastiche compostabili, che derivano dall’amido di

.......................................

2. formatura

8. Abbina ciascuna macchina al suo compito. 1. saldatrice 2. trapano 3. tornio

a. ottiene pezzi di forma cilindrica b. unisce pezzi di metallo c. fora manufatti

9. Inserisci i termini mancanti. 1. La

..............................................

è l’insieme delle tecniche per l’estra-

zione e la produzione del ferro e delle sue leghe. 2. Il laminatoio serve per ottenere prodotti con una

4. Indica l’ultima fase di lavorazione della gomma. 1. masticazione

Proprietà tecnologiche

3. ...............................

....................

..........................

prestabilita.

3. La laminazione trasforma i lingotti in

..............................................

127

VERIFICA 10. Individua l’intruso.

15. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Quale non è una lavorazione di finitura del vetro? a  alligazione b  molatura c  foratura d  spianatura e  lucidatura

1. Gli smalti rendono impermeabile la ceramica.

2. La terracotta viene cotta a 150 °C.

3. La maiolica è un tipo di porcellana pregiata.

2. Quale delle seguenti caratteristiche non riguarda il vetro? a  termoisolante b  elastico c  resistente all’abrasione

4. La ceramica diventa più resistente se viene sottoposta ad alte temperature.

11. Indica a quale tipo di vetro si riferiscono le descrizioni. 1. È costituito da due lastre di vetro e una pellicola plastica in policarbonato o acrilico:

..............................................

2. Contiene alte percentuali di piombo:

..............................................

16. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. foggiatura – artigianale – industriale 1. La lavorazione della ceramica può avvenire in modo .................................... o .............................................. . 2. Dopo la .............................................. i prodotti vengono essiccati e, quindi, cotti.

12. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

17. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. La tempra serve per aumentare la resistenza V F del vetro.

1. I Romani usavano il laterizio.

2. Le tavelle sono dei laterizi.

3. Il cemento armato è dato dall’unione di malta e calcestruzzo.

4. La malta è un legante.

2. È possibile produrre il vetro senza fondere il materiale.

3. Il vetro può essere riciclato solo sei volte.

4. Le fibre ottiche sono impiegate nel settore delle telecomunicazioni.

18. Scegli l’alternativa corretta.

5. Le bottiglie in vetro vengono prodotte con la tecnica dello stampaggio.

1. Le pietre ricomposte sono considerate a  naturali b  artificiali

6. Il vetro raggiunge il punto ottimale di fusione a 1 500 °C.

2. Il gesso si ottiene a  dalla sabbia fine

dalle pietre da gesso

7. Il riciclo del vetro prevede che il materiale V F venga fuso.

3. I coppi sono usati per coprire i a  tetti b  solai

13. Abbina ciascuna ceramica alla corretta categoria.

19. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

1. porcellana 2. terraglia 3. grès 4. terracotta

a. ceramiche porose b. ceramiche compatte

...................................... b

una lavorazione dell’argilla

sono di fondamentale importanza

a caldo

e ghiaia, impiegate nei materiali ...................................... .

Se al ................................... si uniscono tondini di ..................................., si ottiene il

..............................................:

oltre che alla

..............................................,

questo

nuovo materiale è in grado di resistere anche alla flessione e alla

4. Nell’impasto della ceramica si aggiungono i fondenti per a  abbassare il punto di fusione b  diminuire la deformazione dovuta alla cottura

128

..............................................

e i rivestimenti. Inoltre, sono indispensabili nella produzione di

2. La sinterizzazione è un procedimento per ottenere a  materiali permeabili b  materiali compatti 3. La vetrificazione si esegue a  a freddo

Le pietre

nell’..............................., in particolare sono impiegate per le ...............................

14. Scegli l’alternativa corretta. 1. La borbottina è a  un legante

acciaio – compressione – trazione – naturali – calcestruzzo – edilizia – sabbia – leganti – pavimentazioni – cemento armato

.........................................,

proprietà che mancano al calcestruzzo.

20. Indica che cosa si ottiene miscelando i seguenti elementi. 1. sabbia, cemento, acqua =

..............................................

2. ghiaia, sabbia, cemento, acqua =

.............................................

VERIFICA

Trasformazione delle materie inorganiche

AREA 3 5

Competenze 1. Leggi con attenzione il testo e svolgi le attività proposte. L’acciaio è uno dei materiali più diffusi nel mondo, secondo per tonnellate prodotte solo al cemento. È presente in tutti i settori dell’attività umana per la sua versatilità: – può essere facilmente forgiato per deformazione a caldo e a freddo; lavorato con macchine utensili, assemblato per saldatura o altri processi; – garantisce ottime caratteristiche meccaniche; – può essere sfruttato per le sue proprietà fisico-chimiche. L’acciaio è una lega a base di ferro con ridotto contenuto di carbonio, a cui si aggiungono altri elementi metallici e non metallici in quantità strettamente controllate per conferirgli particolari proprietà ed ottimizzarne le prestazioni. L’acciaio è il materiale di largo consumo più riciclabile in assoluto e, in linea di principio, per un numero praticamente infinito di volte: ogni anno nel mondo oltre il 30% dell’acciaio viene prodotto riciclando i rottami d’acciaio. La produzione dell’acciaio dal minerale viene realizzata in stabilimenti di grande capacità, detti a ciclo integrale. La gestione dei processi è complessa per l’estrema interdipendenza tra le attività richieste dal ciclo produttivo. L’impiantistica di base per la produzione dell’acciaio liquido e la successiva solidificazione è costituita da cokerie, impianti per il pre-trattamento dei minerali, altoforni, acciaierie a ossigeno e macchine di colata continua. In uno stabilimento a ciclo integrale il recupero dell’energia è considerato una componente fondamentale dei processi di produzione. Il ciclo di produzione prevede il recupero dei gas di processo che vengono utilizzati per alimentare un gran numero di utenze come centrali elettriche, forni di riscaldo, ecc. Inoltre tutti i processi in cui sia prevista una combustione sono dotati di sistemi di ottimizzazione del processo e di recupero del calore.

a. Gli stabilimenti per la produzione delle materie plastiche sono a ciclo integrale? E quelli del vetro? b. In quali altri settori industriali si riesce ad attuare il recupero di energia? 4. Analizza le caratteristiche e proprietà delle leghe. a. Prepara sul quaderno una tabella a tre colonne. Nella prima inserisci i nomi di tutte le principali leghe metalliche, nella seconda le relative proprietà fisico-chimiche e nella terza le loro caratteristiche meccaniche. b. Scegli, con l’aiuto di un adulto, degli oggetti (o delle parti di essi) prodotti con metalli differenti. Bagnali con acqua e sistemali in una parte sicura del giardino oppure su un balcone o sul davanzale di una finestra, dove possano essere sottoposti a tutti gli eventi atmosferici. Annota con precisione sul quaderno il nome dell’oggetto e il suo materiale. Dopo una ventina di giorni, osservali attentamente e prendi nota di eventuali cambiamenti superficiali; ripeti l’operazione dopo altri quindici/venti giorni e trai le tue conclusioni. Avrai potuto sperimentare, così, la resistenza alla corrosione superficiale del prodotto. 2. Osserva le immagini e descrivi. 1. Per ogni oggetto qui rappresentato scrivi sul quaderno le caratteristiche, il tipo di materiale plastico usato (se termoplastico o termoindurente), lo specifico processo di lavorazione a cui è stato sottoposto e la sostenibilità del prodotto finito.

(tratto dal sito Internet dell’ILVA di Taranto) 1. Verifica l’affermazione: «L’acciaio è il materiale di largo consumo più riciclabile in assoluto». Stabilisci un anno di riferimento (ad esempio il 2011) e, con l’aiuto di un motore di ricerca, raccogli i dati relativi al riciclo in Italia di acciaio, rame, alluminio, plastica e vetro. Su un foglio di carta millimetrata prepara un istogramma per rappresentare tutti i dati raccolti. Analizza il grafico, commentalo e verifica se l’affermazione è veritiera. 2. Riporta sul tuo quaderno i termini scritti in rosso nel testo ed esprimi accanto a ognuno di essi prima il significato generico, poi quello relativo alla lavorazione dell’acciaio. 3. Analizza, insieme ai tuoi compagni, i processi tecnologici. Con l’aiuto di fonti differenti (Internet, libri di testo, enciclopedia) scoprite il significato, all’interno dei settori industriali, di «processi a ciclo integrale» e di «recupero dell’energia». Poi rispondete alle seguenti domande:

3. Role play: immagina di essere un geometra e rispondi alle domande. Immagina di essere un geometra a cui vengono chiesti dei consigli. Scrivi sul quaderno i tuoi suggerimenti che riguardano: a. quali mattoni usare per costruire un tavolato interno; b. quale cemento scegliere per sistemare le fondazioni di un molo in riva al lago; c. con quale ceramica rivestire il patio esterno di un’abitazione; d. che vetro mettere nella finestra al piano terra accanto al campo dove i bambini giocano a calcio.

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INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Nuova vita ai bicchieri di plastica Lo scopo di questa esperienza è far comprendere che in tutti i settori i rifiuti possono essere considerati materia prima. Con questa esperienza proveremo a costruire un oggetto di design.

ti trezzi occorren Materiali e at Un centinaio di bicchieri di plastica lavati e puliti; quelli eventualmente piegati o rovinati vanno scartati Spillatrice e punti metallici

1. Prendiamo due bicchieri, appoggiamoli sul tavolo e accostiamoli facendo in modo che il bordo di un bicchiere vada sopra all’altro.

2. Infiliamo la spillatrice tra i due bicchieri, fino a metà, e fissiamo con un punto.

3. Accostiamo un altro bicchiere, questa volta in modo che il bordo rimanga sopra, e fissiamolo con un punto.

4. Aggiungiamo altri bicchieri, sempre alternando la posizione dei bordi, fino a completare un cerchio.

5. A seconda della dimensione che si vuole ottenere il numero dei bicchieri può variare. Nel nostro caso sono 23.

6. Creiamo un altro cerchio più piccolo, con 15 bicchieri.

7. Prima dell’ultimo punto, appoggiamo la struttura sopra a quella creata precedentemente e fissiamo con dei punti metallici.

8. Creiamo un ulteriore cerchio usando 8 bicchieri.

9. Prima di fissare l’ultimo, appoggiamo il cerchio sopra a quello realizzato precedentemente, fissandolo con dei punti.

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Trasformazione delle materie inorganiche

AREA 3

10. Proseguiamo creando un altro cerchio con 5 bicchieri e fissiamolo sopra agli altri.

11. Fissiamo un ultimo bicchiere per chiudere la semisfera.

12. Ora dobbiamo procedere con lâ&#x20AC;&#x2122;altra metĂ . Prepariamo un altro cerchio con 18 bicchieri.

13. Prepariamo un secondo cerchio con 15 bicchieri.

14. Prepariamone un altro con 12 bicchieri.

15. Assembliamo i tre cerchi e fissiamoli tra loro con i punti della spillatrice.

16. Uniamo tra loro le due semisfere.

17. Ecco il nostro oggetto di design realizzato con il riutilizzo di comuni bicchieri di plastica.

18. Pensavate di aver finito con questa esperienza? Non siatene cosĂŹ certi!

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AREA

Settore agroalimentare

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2-U3 VIDEO Confettura extra di albicocche AUDIO + VIDEO In breve U1-U2-U3-U4 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 53-54-56-57 Esercizi U1-U2-U3-U4 Verifica di Area

AGRICOLTURA

1862 Il chimico francese Louis Pasteur, considerato il fondatore della moderna microbiologia, realizza grandi scoperte, tra cui la fermentazione della birra, del vino e dell’aceto e, soprattutto, il processo di pastorizzazione.

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Futuro dell’agricoltura sostenibile Lez. 52 Ghiaccio: grande amico degli alimenti Lez. 58 Fast food e slow food Lez. 61 VIDEO Zootecnia: allevamento dei bovini Lez. 50 Prodotti ittici: l’acquicoltura Lez. 51 OGM Lez. 52 Produzione del vino Lez. 57 Conservazione degli alimenti Lez. 58

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TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

1800

1802 Il cuoco e pasticciere francese Nicolas Appert constata che i cibi si conservano a lungo se sigillati in bottiglie di vetro, che vengono poi immerse in acqua bollente. In Italia nel 1856 Francesco Cirio apre la prima fabbrica di piselli in scatola e successivamente inizia la lavorazione industriale del pomodoro.

1850

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere le caratteristiche dei

Effettuare prove e semplici inda-

L’alunno riconosce nell’ambiente

terreni e le conseguenze dell’utilizzo di sostanze chimiche. Conoscere le proprietà dei prodotti agricoli e i relativi sistemi di trasformazione e conservazione. Comprendere i principi dell’agricoltura biologica. Ipotizzare benefici e conseguenze di una corretta alimentazione.

gini sulle proprietà […] di vari materiali. Valutare le conseguenze di scelte e decisioni relative a situazioni problematiche. Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia […]

che lo circonda i principali sistemi tecnologici […] Conosce i principali processi di trasformazione di risorse […] È in grado di ipotizzare le possibili conseguenze di una decisione o di una scelta di tipo tecnologico […] Ricava dalla lettura e dall’analisi di testi informazioni sui beni […]

CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI

ALIMENTAZIONE

1996 Ian Wilmut, con la sua équipe del Roslin Institute di Edimburgo, partendo dalla cellula di una pecora adulta riesce a clonare il primo mammifero (la pecora Dolly). Con la clonazione si ottiene una copia, geneticamente identica alla prima.

1900

1922 In Germania viene costruito il primo trattore con motore Diesel, il Benz-Sendling. Nel 1927 fa la sua comparsa il primo trattore italiano con motore Diesel, realizzato da Francesco Cassani, uno dei fondatori della SAME, azienda produttrice di macchine agricole.

1950

2000

1948-1974 Norman Woodland presso la società IBM mette a punto il codice a barre. Si tratta di una tecnologia basata su una serie di striature larghe e strette che contengono un codice con le informazioni di ciascun prodotto.

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UNITÀ

AREA 4 Settore agroalimentare

Agricoltura

LEZIONE

46. Ambiente, terreno, clima PAROLE DELLA TECNOLOGIA Pianta miglioratrice: è una pianta che aumenta la fertilità del terreno. Pianta sfruttatrice: è una pianta che impoverisce la fertilità del terreno.

L’agricoltura è l’insieme delle attività rivolte alla lavorazione del terreno, per produrre soprattutto beni alimentari. L’agronomia studia i fattori produttivi applicati all’agricoltura, al fine di poterli regolare per ottenere dalla coltivazione delle piante la produzione più elevata possibile e più costante nel tempo, entro i limiti della convenienza economica e del rispetto dell’ambiente. Per il raggiungimento di tali obiettivi si procede secondo due grandi direttive. • La prima riguarda l’ambiente in cui le colture crescono e prende in considerazione fattori come il terreno e il clima; il suo scopo è intervenire applicando le tecniche per migliorare le condizioni del suolo, in modo da renderlo idoneo alle esigenze delle piante; inoltre, opera scegliendo il periodo più adatto per la semina e difendere le piante da eventi meteorologici dannosi.

LINK ➜ STORIA Il lento declino delle risorse naturali portò l’uomo della preistoria alla scoperta dell’agricoltura. Molte specie animali, a causa dei mutamenti climatici, si stavano estinguendo e le piante erano divenute insufficienti per sfamare tutta la popolazione. L’osservazione diretta di quanto avveniva in natura permise di rendersi conto che piantando nuovi semi si potevano ottenere nuove piante, che davano a loro volta nuovi frutti. Fu così che venne sperimentata quella che oggi chiamiamo agricoltura, o coltivazione delle piante. La nascita dell’agricoltura, avvenuta più di 10 000 anni fa, ha rappresentato una svolta importante nella vita dell’uomo. Da semplice raccoglitore di bacche, radici, frutti e foglie per la propria sopravvivenza, l’uomo divenne dominatore della vita delle piante. Gradualmente furono perfezionati gli attrezzi

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per lavorare i campi e le tecniche di coltivazione, che contribuirono a migliorare la produzione per ottenere raccolti più abbondanti. Questo percorso portò quindi al passaggio dal nomadismo a una vita stanziale. Successivamente le prime tribù gettarono le basi per le primitive forme di economia basate sullo sfruttamento del terreno: questo fenomeno prese il nome di rivoluzione agricola. Secondo gli studiosi, l’avvio di tale attività avrebbe avuto luogo in una precisa zona, meglio conosciuta come Mezzaluna Fertile, situata in un territorio con grandi fiumi che comprende oggi parte di Israele, Iraq, Egitto, Siria e Turchia. Insieme all’agricoltura iniziarono anche l’addomesticamento degli animali, l’allevamento e una serie di attività lavorative che hanno accompagnato per migliaia di anni la storia dell’uomo.

Agricoltura Suolo

Sottosuolo

Il suolo è composto da sostanze organiche: humus, sali minerali (in particolare azoto, fosforo e potassio), acqua, aria e organismi viventi.

Il clima ha una grande influenza sulla vita delle piante, che riescono a crescere e a riprodursi soltanto se dispongono di una certa quantità di acqua, luce e calore.

UNITÀ 1

• L’altro percorso è orientato sulla pianta, sia tramite interventi diretti con la creazione di varietà migliorate, più resistenti e più produttive, sia secondo metodi indiretti come la lotta alle erbe infestanti o la rotazione delle colture, alternando la coltivazione di piante miglioratrici e piante sfruttatrici.

Il terreno Il terreno è l’elemento vitale per l’attività produttiva. Il terreno agrario, chiamato anche suolo, è lo strato superficiale della crosta terrestre, con una profondità compresa tra 0 e 100 cm circa, che sovrasta lo strato inerte, chiamato sottosuolo. La condizione indispensabile per la crescita e la fruttificazione delle piante è la fertilità del suolo, che è data dalla somma delle caratteristiche fisiche, chimiche e microbiologiche proprie di un terreno agrario. Qui si sviluppano le radici delle piante, che svolgono una funzione meccanica tenendo la pianta salda al terreno, e una funzione fisiologica traendo dalla soluzione circolante nel terreno gli elementi nutritivi necessari alla crescita. Per essere fertile, un terreno deve: • essere soffice per permettere l’aerazione, cioè la circolazione dell’aria, e la circolazione dell’acqua, ma non deve essere eccessivamente permeabile né troppo compatto; • contenere una giusta proporzione di sostanze organiche. I principali componenti del terreno sono l’argilla, il calcare e la sabbia. • L’argilla concorre a renderlo compatto e a mantenere una corretta umidità per la crescita. • Il calcare contribuisce a favorire la decomposizione delle sostanze organiche. • La sabbia consente la permeabilità dell’acqua in eccesso verso il sottosuolo evitando il ristagno. L’acqua, vera linfa del terreno, ha una grandissima importanza perché è in grado di sciogliere e trasportare i composti minerali; mentre l’aria fornisce l’ossigeno necessario ai diversi processi chimici e biologici che si realizzano nel terreno.

L'influenza del clima Sulla Terra esiste una grandissima varietà di climi; il clima è definito come l’insieme dei fenomeni meteorologici che interessano una regione nell’arco delle stagioni. Tali fenomeni svolgono un’azione determinante sulla vita degli organismi viventi, condizionando lo sviluppo delle piante e, di conseguenza, anche la qualità e la quantità dei raccolti. La luce è indispensabile perché nelle piante avvenga il processo della fotosintesi clorofilliana.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa studia l’agronomia? 2. Q ual è la struttura del terreno agrario? 3. I n che modo il clima influenza l’agricoltura?

La temperatura è un altro fattore importante. Molte colture hanno bisogno di particolari temperature per poter crescere: per esempio banane e ananas crescono solo in climi caldi, altre piante sono in grado di sopportare un clima più rigido senza far gelare i propri liquidi interni. Alcune colture, come il frumento, germogliano con temperature tra 0 e 5 °C, mentre per la maturazione hanno bisogno di 20 °C. L’acqua permette alle piante l’assorbimento delle sostanze nutritive, tramite le radici e le foglie, quindi le precipitazioni influiscono sulla crescita delle piante. L’umidità dell’aria permette alle foglie di assorbire l’acqua, ma nel contempo favorisce la diffusione di malattie causate dai funghi. Anche i venti hanno un ruolo importante, dal momento che favoriscono l’impollinazione, ma venti troppo forti risultano dannosi perché possono spezzare i rami o sradicare le piante.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

47. Lavorazioni agricole Prima di seminare una coltura, occorre praticare alcune lavorazioni del terreno, con l’ausilio di utensili o macchine allo scopo di creare un ambiente adatto ad accogliere le piante.

Dall'aratura alla semina Se il terreno è da lungo tempo incolto o non è mai stato coltivato, deve essere prima di tutto dissodato; dopo aver tolto gli arbusti viene arato in profondità fino a circa 80 cm. • L’aratura ha la funzione di rivoltare la parte superiore del terreno portando in superficie gli strati inferiori; nel contempo permette di interrare le piante da sovescio o il letame, e rende il terreno più soffice. Questa operazione viene eseguita con un aratro a vomere trainato da un trattore.

L’aratura facilita le lavorazioni successive rompendo lo strato superficiale compatto e permette una migliore aerazione del suolo.

In alternativa all’aratura si effettua la scarificatura, che rompe il terreno senza però rivoltarlo. Per la coltivazione delle piante ortive in alternativa all’aratura si può effettuare la fresatura o la vangatura per sminuzzare e rimescolare la superficie. Si procede poi con i lavori secondari per preparare il letto di semina. • L’estirpatura consiste nella rimozione della vegetazione spontanea e delle erbe infestanti cresciute sul terreno. • L’erpicatura ha lo scopo di sminuzzare le zolle rovesciate dall’aratro, lasciando il terreno più piano e uniforme; viene eseguita con l’erpice. • La fresatura ha lo scopo di sminuzzare le zolle e livellare la superficie del terreno. Viene eseguita con frese rotanti. • La rullatura serve per comprimere leggermente il terreno troppo soffice. Eseguita dopo la semina permette di far aderire meglio la terra al seme. Terminate le lavorazioni preparatorie, si procede con la semina. • La seminatrice è in grado di provvedere alla distribuzione di una vasta gamma di sementi, dalle più grosse alle più minute; la semina ad esempio del mais si esegue invece con la seminatrice di precisione, che consente di deporre lungo la fila i semi uno alla volta, a una distanza prefissata e costante. Si passa poi ai lavori di coltivazione, compiuti nel periodo di sviluppo della coltura: • la sarchiatura consiste nel taglio e nel rimescolamento dello strato superficiale del terreno tra le file di piante germogliate, in modo da estirpare le erbe infestanti, aerare le radici e limitare l’evaporazione del terreno;

L’azienda agricola Con lo sviluppo industriale e l’aumentare della popolazione, la richiesta di prodotti agricoli è cresciuta sempre di più. Tale incremento ha portato a una serie di trasformazioni sia nel modo di coltivare sia nell’organizzazione della produzione. I lavori manuali dei contadini sono scomparsi per lasciare spazio alla meccanizzazione e alla nascita dell’azienda agricola, che può essere: • piccola, quando il lavoro nei campi è svolto solo da una famiglia; • media, quando il lavoro, oltre che dalla famiglia, viene svolto da altre persone retribuite con un salario per periodi stagionali; • grande, se il lavoro è svolto da molti salariati o da più famiglie, oppure se è richiesta la consulenza continua di un amministratore-direttore.

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Agricoltura

UNITÀ 1

• la rincalzatura consiste nell’addossare parte della terra alla base delle piante per renderle più stabili, favorire l’assorbimento dell’acqua tramite l’apparato radicale ed eventualmente proteggerle dal gelo.

Trattore

Le macchine e gli attrezzi agricoli In un’azienda agricola quasi tutti i lavori sono eseguiti dalle macchine. Di fondamentale importanza è il trattore, un veicolo su ruote o su cingoli adibito al traino di attrezzi per la lavorazione del terreno, di macchine operatrici e rimorchi; inoltre, è munito di dispositivi per azionare gli organi dei vari attrezzi.

Aratro

Erpice

Rullo compressore

In base alle caratteristiche del lavoro che svolgono e alle modalità di funzionamento degli organi lavoranti, gli attrezzi usati per le lavorazioni possono essere di differenti tipologie. • Strumenti rovesciatori: aratro, vangatrice. • Strumenti discissori: erpice, scarificatore, ripuntatore, estirpatore. • Strumenti speciali: rullo compressore, rullo frangizolle. • Strumenti rimescolatori: aratro a dischi, erpice a dischi, zappatrice rotativa.

La fertilizzazione Tramite la fotosintesi clorofilliana, le piante sono in grado di trasformare l’anidride carbonica e l’acqua in zuccheri, sostanze di cui hanno bisogno per lo sviluppo cellulare; i minerali indispensabili all’accrescimento, allo sviluppo e alla produzione sono invece assorbiti dal terreno attraverso le radici. I concimi organici, costituiti principalmente da letame, chiamato anche stallatico, derivano dalla fermentazione delle deiezioni animali miste a paglia, provenienti da allevamenti bovini. Sono concimi ricchi di elementi nutritivi, in particolare di azoto, e a differenza dei concimi chimici arricchiscono il terreno di materia organica.

• I microelementi (boro, manganese, rame, zinco, molibdeno) e i macroelementi secondari (calcio, magnesio, zolfo e ferro) generalmente sono presenti nel terreno in quantità sufficienti a soddisfare i bisogni delle piante coltivate. • I macroelementi principali (azoto, fosforo e potassio), assorbiti in abbondanza dalle piante, sono invece presenti nel terreno in quantità generalmente insufficienti. L’azoto favorisce la crescita della pianta, il fosforo irrobustisce e protegge la pianta da eventuali parassiti e il potassio regola l’accumulo delle sostanze di riserva. È tramite la fertilizzazione, o concimazione, che si aggiungono sostanze minerali per riequilibrare il terreno impoverito, così da migliorarne la capacità di produzione e aumentare la funzione nutritiva. I fertilizzanti, o concimi, possono essere di due tipi. • Fertilizzanti organici: sono costituiti da letame o stallatico, un miscuglio di escrementi animali e paglia delle lettiere. Vengono sparsi sul terreno prima dell’aratura. • Fertilizzanti chimici: sono prodotti industriali che contengono in prevalenza uno dei macroelementi principali (azoto, fosforo e potassio) e sono quindi distinti in azotati, fosfatici e potassici. Hanno il vantaggio di fornire alle piante un apporto mirato di uno dei tre elementi fondamentali e di poter essere somministrati nel momento necessario alla vita della pianta. L’uso eccessivo dei fosfati può causare danni all’ecosistema marino: dilavati dall’acqua, essi finiscono nei fiumi e poi in mare, provocando un’elevata proliferazione di alghe le quali, assorbendo maggiori quantità di ossigeno, determinano la morte dei pesci (eutrofizzazione).

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AREA 4 Settore agroalimentare

La difesa delle colture Le piante in generale, e quelle coltivate in particolare, sono soggette al danneggiamento da parte di numerosi fattori che ne compromettono la vita, riducono la produzione o peggiorano la qualità dei prodotti. Le sostanze destinate a combattere i nemici delle produzioni agricole si classificano in base agli organismi contro i quali agiscono: • anticrittogamici o fungicidi, agiscono sui funghi; • insetticidi, agiscono sugli insetti; • nematocidi, agiscono contro i nematodi (vermi parassiti); • erbicidi, agiscono contro le erbe infestanti. È necessario che questi prodotti non siano nocivi per l’agricoltore, l’ambiente e il consumatore. Gli organismi che colpiscono le colture, in particolare insetti, funghi ed erbe infestanti, sottraggono all’uomo circa un quarto della produzione globale. Per evitare ciò, spesso si ricorre a pesticidi e diserbanti, prodotti che però lasciano tracce nel cibo che mangiamo; inoltre, attraverso il terreno passano alle falde acquifere da cui i Comuni attingono per distribuire l’acqua potabile ai propri cittadini.

L'irrigazione L’irrigazione è una pratica agricola impiegata per fornire acqua al terreno che ne difetta. L’irrigazione è di massima importanza nelle regioni aride del mondo, dove le piogge sono scarse e irregolari, ma è importante anche nelle regioni dove le piogge scarseggiano o sono assenti nella stagione calda. Esistono diversi sistemi per l’irrigazione. • Per sommersione: è il sistema tipico delle risaie, dove i terreni sono argillosi, quindi poco permeabili e ben livellati. I terreni vengono coperti da uno strato d’acqua per un certo periodo dell’anno. • Per scorrimento: si lascia scorrere l’acqua sul terreno, che deve avere una leggera pendenza per evitare ristagnamenti o uno scorrimento troppo rapido. Si tratta di un sistema poco efficiente perché utilizza solo una bassa percentuale dell’acqua apportata. • Per aspersione (a pioggia): l’acqua viene spruzzata dall’alto tramite irrigatori. Ha il vantaggio di distribuire l’acqua uniformemente, tuttavia comporta grandi consumi di acqua. • Localizzata (a goccia): l’acqua viene rilasciata da gocciolatori appoggiati al suolo vicino alle piante, che erogano la quantità d’acqua necessaria. Una sua variante è la subirrigazione, praticata con i gocciolatori direttamente a contatto con le radici della pianta. L’irrigazione localizzata risulta più sostenibile delle altre perché evita gli sprechi d’acqua.

NUOVE TECNOLOGIE L’aridocoltura

L’irrigazione per aspersione (a sinistra) comporta elevati consumi d’acqua, gran parte della quale viene sprecata. L’irrigazione a goccia (a destra) evita, invece, sprechi d’acqua.

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L’aridocoltura indica le pratiche di coltivazione nelle zone in cui le precipitazioni, per scarsità o per cattiva distribuzione stagionale, sono insufficienti durante il ciclo vegetativo delle colture. In altre parole, si tratta dell’insieme delle pratiche agronomiche messe in atto dall’uomo al fine di ottenere un risultato ottimale dalle piante coltivate senza l’ausilio dell’irrigazione. I sistemi di aridocoltura mirano: • ad accumulare nel terreno scorte d’acqua quanto più possibile grandi; • a impedire o ridurre la dispersione di tali riserve; • a ottenere il massimo rendimento produttivo dall’acqua.

Agricoltura

UNITÀ 1

Oltre a fornire l’acqua per le piante, l’irrigazione può avere altre funzioni. • L’irrigazione termica ha lo scopo di difendere le colture dal calore estivo o dal gelo. • L’irrigazione fertilizzante è utile a erogare i concimi, diluiti e immessi nella rete di distribuzione dell’acqua. • L’irrigazione antiparassitaria consiste nell’allagamento del terreno per eliminare i parassiti.

La raccolta Il sistema intensivo si basa sulla ricerca della massima produttività, che si raggiunge solo con l’intensificazione colturale e molti investimenti di capitale sulla terra. Il sistema estensivo, utilizzato nei Paesi meno sviluppati, viene attuato su grandi superfici principalmente per la produzione di foraggio, cioè vegetali utilizzati per alimentare il bestiame.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i lavori preparatori per la semina? 2. P erché la fertilizzazione è importante? 3. I n che modo le tecniche di difesa delle colture intervengono sull’ambiente? 4. Q uali sono i sistemi per irrigare?

Raggiunto il giusto punto di maturazione, inizia la raccolta dei prodotti dagli alberi o dal terreno. La raccolta di alcune colture ha nomi specifici: ad esempio si parla di mietitura, effettuata con mietitrebbiatrici, per la raccolta dei cereali; vendemmia per le uve; fienagione, effettuata con falciatrici, per l’erba da fieno.

La coltivazione su terreni poco lavorati Nell’ottica di un’agricoltura più sostenibile, per migliorare la qualità del suolo e incrementare la produzione si praticano due tecniche di coltivazione alternative a quelle tradizionali, che limitano le lavorazioni del terreno e privilegiano la rotazione delle colture, diminuendo o eliminando l’uso di sostanze chimiche. La lavorazione minima (minimum tillage) si propone di ridurre il numero di lavori preparatori che utilizzano macchinari. La semina avviene a pochi centimetri sotto la superficie del suolo, impiegando erpici, senza arare il terreno in profondità e preservando la fertilità del suolo. La non lavorazione (no tillage), praticata soprattutto su pascoli e prati, prevede che la semina avvenga in terreni che non hanno subìto lavorazioni, mediante l’utilizzo di una seminatrice.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI L’avvicendamento e la consociazione Non è consigliabile coltivare la stessa pianta sulla medesima superficie. Ogni coltura, infatti, esercita diverse azioni sulle caratteristiche fisiche, chimiche e biologiche del terreno. Sulla base di ciò, le colture possono essere distinte in tre grandi gruppi: • colture preparatrici, rendono il terreno soffice senza apportare sostanze nutritive; ne sono un esempio le piante come pomodoro, mais e patate; • colture miglioratrici, arricchiscono il terreno di azoto aumentando la fertilità grazie alla presenza di batteri che vivono tra le radici in simbiosi con la pianta. Ne sono un esempio le colture foraggere, come l’erba medica e il trifoglio, e le leguminose: fagioli, piselli, soia; • colture sfruttatrici, impoveriscono la fertilità del terreno a causa di una maggiore esigenza nutritiva; ne sono esempi il frumento, l’orzo, l’avena. La regola fondamentale di ogni avvicendamento è alternare colture miglioratrici a colture sfruttatrici. L’alternanza delle piante sulla stessa superficie può essere compiuta senza alcun ordine prestabilito, e in questo caso si parla di avvicendamento aperto; oppure può seguire un ciclo ben determinato per un certo numero di anni, trascorsi i quali il turno si ripete per una o più volte di seguito in quello che si chiama avvicendamento chiuso, o più comunemente rotazione. Per consociazione si intende la coltivazione contemporanea di più specie sullo stesso appezzamento di terreno, al fine di favorirne lo sviluppo. Questo sistema colturale, abitualmente praticato negli orti familiari, sta diventando un metodo non trascurabile nell’ottica di un’agricoltura sostenibile.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

48. Colture erbacee In Italia la semina del grano avviene tra ottobre e novembre, mentre la mietitura viene eseguita tra giugno e luglio. Nei Paesi più freddi si coltiva un tipo di frumento primaverile, seminato in marzo e raccolto dopo circa 3 o 4 mesi.

Le piante erbacee sono caratterizzate da un fusto tenero e non legnoso. Sono quasi tutte piante annuali, cioè il loro ciclo si conclude nell’arco di un anno. Sono fondamentali per l’alimentazione umana e si dividono in vari gruppi.

I cereali I cereali sono le piante più coltivate al mondo, infatti quasi i due terzi della superficie agricola sono occupati da questa produzione. Con il nome di cereali si indicano le diverse specie coltivate per i loro frutti, chiamati cariossidi, farinosi e ricchi di amido, che si prestano a essere impiegati in svariate preparazioni alimentari e costituiscono la fonte energetica principale nella dieta di gran parte dell’umanità. I cereali più diffusi sono il frumento, il riso, il mais, la segale, l’avena e l’orzo, in parte utilizzati per l’alimentazione umana e in parte per la preparazione di mangimi destinati alla zootecnia. Una volta giunti a maturazione, i cereali sono sottoposti all’azione di apposite macchine (mietitrebbiatrici) che separano la cariosside dal resto della pianta.

Il frumento o grano Il frumento, chiamato anche grano, è il cereale più impiegato nella nostra alimentazione. A livello mondiale la sua coltivazione avviene in terreni di varia natura e a diverse altitudini. I principali produttori sono la Cina e l’Unione Europea. La pianta del frumento, alta circa 50-80 cm, è costituita da una spiga che contiene le cariossidi. Ne esistono due qualità: grano tenero, che in Italia viene coltivato prevalentemente nelle regioni settentrionali perché necessita di climi temperati e viene utilizzato per la panificazione, e grano duro, che cresce soprattutto nell’Italia meridionale, dove il clima è caldo e secco, e da cui si ricava la semola impiegata per la preparazione della pasta.

I campi, suddivisi in settori delimitati da bassi argini, vengono allagati e seminati: la risaia appare come uno stagno dalla superficie immobile. Il riso cresce nell’acqua, fino a settembre/ ottobre: quando è maturo la risaia viene prosciugata, il riso mietuto, trebbiato e portato nelle riserie.

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Il riso Il riso è il cereale più diffuso al mondo ed è l’alimento base per numerose popolazioni. In Italia il riso è coltivato prevalentemente nella Pianura Padana. La cariosside del riso appena raccolto, chiamata risone, viene essiccata e sottoposta a diverse lavorazioni, come la sbiancatura e la brillatura, da cui si ottiene il riso raffinato utilizzato in cucina. Esistono diverse varietà di riso, caratterizzate dalla forma e dalla dimensione dei chicchi: comune, semifino, fino e superfino. Il riso viene anche macinato per ricavarne una farina. Il mais o granoturco Il mais, chiamato anche granoturco, è originario dell’America centrale, dove è ancora largamente diffuso come alimento base. Per la sua maturazione richiede un clima caldo e umido e necessita di moltissima acqua; in Italia viene perciò coltivato nelle regioni settentrionali. La semina avviene in primavera e la raccolta in autunno. La pianta di mais, che può raggiungere anche i 3 metri di altezza, produce le pannocchie: ciascuna pannocchia racchiude il tutolo su cui sono fissati i chicchi. Dai chicchi macinati si ottiene una farina con cui si prepara la polenta. Da una delle varietà di mais si ricavano i pop-corn, mentre dal germe dei chicchi si ricava l’olio di mais.

Agricoltura

UNITÀ 1

Dai chicchi maturi del mais si ricava la granella, mentre dalla macinazione della pianta ancora verde si ottiene il trinciato di mais, entrambi usati in ambito industriale come mangimi per l’alimentazione bovina. Dai chicchi di mais si ricava anche un amido utile per la produzione delle bioplastiche (Mater-Bi). Un altro utilizzo, controverso dal punto di vista della sostenibilità, riguarda l’impiego del mais non ancora maturo nella produzione di biogas.

I legumi I legumi comprendono un gran numero di specie di notevole importanza alimentare. Forniscono chicchi simili a granella che si conservano con facilità e contengono sostanze proteiche in misura maggiore rispetto a qualsiasi altro prodotto vegetale. I semi di alcune leguminose sono anche ricchi di grassi e sono utilizzati come materia prima per l’industria degli oli e dei derivati. I legumi più diffusi sono i fagioli, i piselli, i ceci, le fave, le lenticchie, la soia, le arachidi, i lupini.

Le piante industriali

La soia viene coltivata a livello industriale in diverse zone del pianeta, in particolare negli Stati Uniti, in Brasile e in Argentina. Viene impiegata per uso alimentare e come foraggio ed è il prodotto transgenico più coltivato al mondo.

Dai semi delle arachidi, consumate anche sotto forma di noccioline tostate, si estrae un olio vegetale leggero, impiegato in cucina soprattutto per la frittura degli alimenti.

Le piante industriali si distinguono in quattro gruppi. • Piante saccarifere: appartengono a questo gruppo la barbabietola da zucchero, la canna da zucchero, il sorgo zuccherino. Dalla coltivazione di queste piante si ottengono lo zucchero, uno dei tanti carboidrati prodotti dal regno vegetale, e il saccarosio. • Piante oleifere: appartengono a questa categoria il girasole, la colza, il sesamo, l’arachide. Si tratta di piante che accumulano grassi (lipidi) nei semi e/o nei frutti come materiale di riserva altamente energetico; questi grassi sono utilizzati dall’uomo per usi alimentari (olio, margarina) e industriali (saponi, lubrificanti, solventi). Da queste piante è possibile anche ottenere bioetanolo e oli combustibili, entrambi utilizzabili per l’autotrazione. • Piante da fibra: sono le specie che forniscono le fibre tessili, quali il cotone, il lino, la canapa. • Piante aromatiche: appartengono a questo gruppo il tabacco, la menta, il coriandolo, lo zafferano. Queste piante vengono coltivate per ricavare essenze oppure composti aromatici o medicinali.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Transgenico: alterato nella sua struttura mediante l’introduzione di geni artificiali.

Lo zafferano (Crocus sativus) è una spezia ricavata dai pistilli del fiore del croco. Il croco fiorisce in autunno e possiede solo tre stigmi gialli, che devono essere colti manualmente all’alba, prima che il Sole sia troppo alto. Le principali coltivazioni si trovano in Asia minore e in alcuni Paesi dell’area mediterranea, come la Spagna e l’Italia, in particolare in Abruzzo.

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AREA 4 Settore agroalimentare L’erba medica è una pianta foraggera. Fatta seccare, è utilizzata come fieno per l’alimentazione bovina. È considerata una pianta miglioratrice, infatti la sua coltivazione arricchisce il suolo di azoto in modo naturale, dopo l’impoverimento causato da altre coltivazioni precedenti. Presenta uno stelo alto circa 80 cm, foglie trifogliate e fiori azzurro-violacei.

Le colture foraggere Le colture foraggere sono le formazioni vegetali o le colture erbacee che producono i foraggi, cioè quei prodotti vegetali non adatti per l’alimentazione dell’uomo né per usi industriali, ma utilizzati per alimentare il bestiame; gli animali erbivori, infatti, grazie alla particolarità del loro apparato digerente, riescono ad assimilare sostanze molto complesse come la cellulosa. Queste formazioni possono crescere spontaneamente, cioè in modo naturale, oppure possono essere seminate e in questo caso si configurano come vere e proprie colture foraggere, ad esempio l’erba medica o il trifoglio.

Gli ortaggi Le colture ortive sono le piante destinate a produrre gli ortaggi, ossia prodotti vegetali di varia natura (foglie, fiori, radici, tuberi, frutti) da usare freschi, conservati o trasformati in altri prodotti utilizzati nell’alimentazione dell’uomo. Gli ortaggi rivestono una grande importanza nell’alimentazione umana: sono integratori della dieta base in quanto la arricchiscono di importanti componenti essenziali quali vitamine e sali minerali, oltre a fibre e proteine. Per le condizioni climatiche favorevoli, le coltivazioni di ortaggi sono particolarmente diffuse nell’Italia meridionale, dove possono essere coltivate direttamente in pieno campo. CLASSIFICAZIONE DEGLI ORTAGGI. ORTAGGI DA:

Foglia

Insalata

Spinaci

Verza

Cavolo

Cavolfiore

Broccolo

Carciofo

Carota

Rapa

Ravanello

Barbabietola

Patata

Aglio

Cipolla

Topinambur

Pomodoro

Zucchina

Peperone

Melanzana

Sedano

Porro

Finocchio

Fagioli

Piselli

Fave

CITTADINANZA ATTIVA Gli ortaggi a chilometro zero Si tratta di una tendenza che consiste nell’acquistare i prodotti coltivati nelle campagne vicine alla propria città, ovvero a chilometro zero. In questo modo si accorciano i passaggi della filiera tra produttore e consumatore, con il conseguente abbassamento del prezzo dei prodotti. Un altro vantaggio riguarda la sostenibilità ambientale: poiché si riduce la quantità di plastica o cartone generalmente utilizzata per gli imballaggi, diminuiscono le emissioni di inquinanti causate dai processi di confezionamento, oltre a quelle generate dai mezzi di trasporto. Inoltre, gli ortaggi e la frutta sono esclusivamente di stagione e si possono quindi consumare prodotti freschi che non contengono conservanti.

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Fiore

Radice

Tubero

Frutto

Fusto Seme (granella)

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Le colture protette (o forzate) Si definiscono colture protette le piante che vengono coltivate al coperto, all’interno di apposite serre nelle quali è possibile creare particolari condizioni di temperatura, favorevoli alla loro crescita. In questo modo è possibile coltivare le piante a prescindere dai ritmi stagionali: oggi, infatti, il mercato richiede gli stessi prodotti durante tutto l’anno. È il caso, ad esempio, di pomodori, zucchine, peLe serre fredde sono quasi sempre costituite da una copertura peroni e numerosi altri ortaggi. temporanea di materiale plastico, che ha la funzione di evitare La serra è formata da una struttura, che può essere complei rischi stagionali derivanti dalla grandine, dal gelo e dagli tamente fissa o dotata di parti mobili, racchiusa da vetri o acquazzoni e nel contempo trattiene l’eccessiva evaporazione materiale plastico che la isolano dall’esterno, ma lasciano che si avrebbe in pieno campo. passare la luce necessaria alla vita delle piante, oltre a trattenere il calore che scalda l’ambiente. Dal momento che il caldo e l’umidità della serra favoriscono lo sviluppo di parassiti e malattie, la crescita delle piante è monitorata costantemente, così da poter intervenire tempestivamente con gli antiparassitari. Le serre di ultima generazione sono fornite di tecnologie computerizzate e automatizzate che permettono di gestire il controllo dell’irrigazione, delle condizioni microclimatiche, della temperatura, della concimazione e degli interventi fitosanitari. Esistono anche strutture coperte molto più semplici, chiamate serre fredde, che generalmente non prevedono il riscaldamento artificiale.

La floricoltura Le grandi masse d’acqua influenzano il clima di una zona. Per esempio, la floricoltura sulle sponde del Lago Maggiore, nell’Italia settentrionale, ha origini storiche: qui si coltivano prevalentemente azalee, camelie e rododendri.

La floricoltura si occupa della produzione di piante per il mercato dei fiori recisi e di piante ornamentali fiorite, della riproduzione di semi, bulbi, tuberi e rizomi, oltre che di piante e fiori per il verde pubblico. L’industria della floricoltura si è sviluppata grazie alle coltivazioni in serra, che hanno permesso la produzione dei fiori anche in zone con clima o ambiente inadatto, e grazie ai progressi scientifici nel campo degli studi genetici, che hanno sviluppato nuovi incroci e nuove varietà. In Italia la floricoltura è diffusa soprattutto in Liguria e in Toscana.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. D isegna l’Italia su un cartellone e per ogni regione indica una sua coltivazione tipica. 2. V ai nel reparto di frutta e verdura di un supermercato o da un fruttivendolo e osserva quali prodotti sono di importazione. Spiegane il motivo sul tuo quaderno. 3. P erché si coltiva un orto anche se si hanno a disposizione solo pochi metri di terreno?

NUOVE TECNOLOGIE La coltura indoor o idrocoltura L’idrocoltura è una tecnica mirata a far crescere gli ortaggi in acqua senza ricorrere alla terra. La produzione avviene in appositi contenitori al cui interno vengono messi un materiale inerte, ad esempio l’argilla espansa, e una soluzione di acqua e fertilizzanti. La pianta coltivata con l’idrocoltura sfrutta il materiale inerte come sostegno e la soluzione acquosa per assorbire i nutrienti necessari alla propria crescita. Tale soluzione viene rinnovata in modo continuo per garantire alla pianta una corretta ossigenazione e la massima disponibilità di nutrienti. I vantaggi che si ottengono sono la totale inutilità dei diserbanti, un enorme risparmio di fertilizzanti, un minor tempo di crescita e la possibilità di migliorare la resa dei prodotti.

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49. Colture arboree La frutticoltura è la coltivazione di piante con fusto legnoso e arboreo. Si distinguono in piante da frutta secca o da guscio, come il mandorlo, il noce, il nocciolo, e piante che producono frutta da consumarsi fresca, come gli agrumi, la vite, il melo, il pero. A differenza delle coltivazioni erbacee, le piante da frutto sono pluriennali, cioè fruttificano in un periodo che va da alcuni anni a decenni. Taglio

L'impianto di un frutteto L’impianto di un frutteto inizia con la preparazione del terreno, che spesso viene livellato per rendere più agevole il passaggio dei mezzi meccanici.

Nesto

Portainnesto

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Ibridazione: indica l’incrocio

tra due piante della stessa famiglia.

La messa a dimora delle piante avviene in funzione del clima, del terreno e delle richieste del mercato. Oggi le piante da frutto sono ottenute, con la tecnica dell’innesto, dall’unione di due individui: quello inferiore, chiamato portainnesto, fornisce l’apparato radicale, mentre quello superiore, la marza o nesto, diventa la parte visibile della pianta. Il portainnesto viene scelto per conferire particolari caratteristiche al nuovo albero: si prediligono quindi piccole piante, resistenti alla siccità e alle malattie; il nesto viene invece selezionato per ottenere la varietà del frutto. Purtroppo negli ultimi anni le esigenze produttive hanno portato a una standardizzazione delle varietà, con la conseguente scomparsa di alcune qualità a volte poco produttive ma migliori dal punto di vista del gusto. La potatura è un altro elemento distintivo per la maggior parte delle piante da frutto. Nei primi anni serve per dare la forma alla pianta; successivamente, nel periodo di riposo vegetativo, si esegue la potatura di produzione con lo scopo di migliorare e incentivare la produzione dei frutti, in equilibrio con lo sviluppo vegetativo, e che consente, inoltre, il passaggio dei mezzi agricoli.

Gli agrumi sono frutti che si adattano bene all’ibridazione. In commercio esistono diverse varietà di incroci come il mandarancio, ottenuto dall’incrocio tra un’arancia e un mandarino, e il mapo, un ibrido ricavato da un mandarino e un pompelmo. Tra quelle meno note si hanno il lipo, incrocio tra limone e pompelmo, e il lice, limone e cedro.

La concimazione viene fatta generalmente in autunno, con stallatico o fertilizzanti chimici. I nutrienti verranno poi messi in circolo durante la fioritura primaverile. L’irrigazione è indispensabile per ottenere un’elevata produzione. Come tutte le coltivazioni, anche il frutteto è soggetto ad attacchi parassitari, contrastati con trattamenti chimici di tipo preventivo o curativo. Oggi si tende a privilegiare una lotta contro i parassiti in grado di salvaguardare l’ambiente e la salute dell’uomo, anche mediante tecniche biologiche. L’ultima fase è la raccolta, eseguita manualmente o integrata con l’ausilio di mezzi meccanici. Il raccolto viene inviato ai magazzini frigoriferi per rallentare la maturazione e avere così una disponibilità prolungata nel tempo, oppure viene destinato ai centri per la trasformazione in marmellate, succhi di frutta e sciroppi. Alle medie latitudini molte piante da frutto seguono un ciclo stagionale. Hanno un riposo vegetativo invernale, a cui fanno seguito la germinazione, la fioritura, lo sviluppo dei frutti e la maturazione. In autunno avviene la caduta delle foglie e le piante ritornano al riposo vegetativo. I principali alberi da frutto sono gli agrumi, la vite, il melo e il pero. Gli agrumi sono molto sensibili alle basse temperature, per questo prediligono i climi temperati delle zone centro-meridionali.

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Agricoltura

La vite è una pianta rampicante costituita da un fusto contorto su cui si sviluppano i viticci e i rami. Questi, che prendono il nome di tralci, sono nodosi e flessibili e quando raggiungono un anno di età si ricoprono di germogli, che daranno i frutti. Il grappolo d’uva è composto da un graspo sul quale si trovano gli acini, piccole bacche di forma tondeggiante.

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In Italia la produzione di aranci, mandaranci, mandarini, clementine e limoni è concentrata soprattutto in Sicilia e Campania. Sono alberi o arbusti di sviluppo medio o contenuto, con foglie alterne coriacee e producono un frutto di forma tonda e dimensioni variabili. A eccezione dei limoni, che possono essere raccolti ancora acerbi, la raccolta degli agrumi va eseguita quando i frutti sono maturi: per i mandarini e le arance la raccolta va da novembre alla primavera; il limone, invece, può fruttificare tutto l’anno, portando sui rami fiori e frutti contemporaneamente. La vite viene coltivata in tutte le regioni italiane per produrre uva da vino e uva da tavola. L’85% della produzione è destinata alla vinificazione. Le piante possono fruttificare, in funzione della varietà, uva bianca oppure uva nera. La vite ha bisogno di molte cure e di diversi trattamenti contro i parassiti; inoltre, la potatura è necessaria, dal momento che i germogli crescono solo sui rami di un anno. La vendemmia per l’uva da vino è eseguita quando l’uva è completamente matura e avviene con delle macchine, mentre la raccolta di quella da tavola richiede una notevole quantità di manodopera. L’uva da tavola senza semi è definita apirena. Il melo è tra le più antiche piante coltivate dall’uomo. Le mele sono coltivate in tutto il territorio italiano, prevalentemente nelle regioni montane e pedemontane. L’albero del melo necessita di un’irrigazione regolare e un corretto diradamento dei frutti per migliorare la pezzatura dei frutti e la qualità. Il melo è stato oggetto di una lunga opera di selezione, che ha permesso di ottenere piccole piante facilitando la potatura e la raccolta dei frutti, e che ha consentito di migliorare le caratteristiche di qualità, produttività e conservabilità dei frutti. In Italia, la coltivazione del pero è diffusa prevalentemente in Emilia-Romagna e fornisce circa il 60% della produzione nazionale. Le operazioni d’impianto, la potatura e le lavorazioni di cui il pero necessita sono simili a quelle del melo. Non ha bisogno di cure particolari ma soffre la siccità.

Una delle zone più ampie d’Europa per la coltivazione di mele è la regione italiana dell’Alto Adige, dove la produzione è praticata da 8 000 aziende familiari. Le mele iniziano a maturare a fine settembre ma, tenute al freddo in appositi impianti, si mantengono fresche fino a maggio.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa si intende per colture arboree? 2. C ome avviene l’impianto di un frutteto? 3. Q uali sono i principali alberi da frutto?

CITTADINANZA ATTIVA La frutta di stagione Sempre più spesso sui banchi dei supermercati troviamo vari tipi di frutta tutto l’anno, e il più delle volte si tratta di frutta importata da altri Paesi, dove il ciclo stagionale è l’opposto rispetto al nostro: quando da noi è inverno, in Argentina ad esempio è estate. È importante quindi conoscere in quale periodo dell’anno matura la frutta in Italia, in modo da fare il possibile per acquistare frutta di stagione.

Da settembre a maggio

Da luglio ad aprile

Da giugno ad agosto

Da giugno a settembre

Da maggio a luglio

Da aprile a luglio

Luglio e agosto

Da agosto a ottobre

Da novembre ad aprile

Da novembre a maggio

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50. Zootecnia CLASSIFICAZIONE DEGLI ALLEVAMENTI. PRODUZIONE DI:

Carne

Latte

Uova

Bovini

Suini

Polli

Mucche

Ovini

Caprini

Galline

Quaglie

Struzzi

La zootecnia indica un’attività finalizzata all’allevamento del bestiame utile all’uomo. Esistono tre diverse forme di allevamento. • Intensivo: il bestiame è allevato in stalle o gabbie e viene nutrito con mangimi al fine di aumentarne il peso in breve tempo; questo tipo di allevamento viene praticato dalle grandi aziende zootecniConigli che e riguarda prevalentemente i bovini, i polli e i suini. • Semi-intensivo: gli animali trovano ricovero fisso nelle stalle, ma possono anche pascolare all’aperto. I foraggi destinati all’alimentazione del bestiame, come il mais, possono essere coltivati direttamente dall’azienda e il letame prodotto dagli animali viene utilizzato per la concimazione dei campi. • Estensivo: gli animali vivono allo stato brado, liberi di pascolare all’aperto; in Europa questa tipologia di allevamento è praticata nelle zone montane, prevalentemente per gli ovini e in parte anche per i bovini.

Le bovine da latte Le bovine da latte sono animali di razza selezionata, allevati per ottenere la massima produzione di latte. L’allevamento avviene in stalle, dove sia l’aspetto igienico-ambientale sia quello sanitario vengono continuamente monitorati e controllati; anche l’alimentazione, di fondamentale importanza perché influenza la resa e la qualità del latte, è selezionata e sottoposta a controlli. In una stalla che alleva bovine da latte, le mucche vengono munte due volte al giorno tramite un apposito impianto chiamato mungitrice, per circa 10 mesi. La quantità di latte prodotto da una mucca di razza con attitudine alla produzione di latte raggiunge in media i 30 litri giornalieri. Nel frattempo la mucca viene fecondata e, dopo nove mesi, partorisce un vitello. Il ciclo si ripete per 5-6 anni. Se il vitello appena nato è femmina, viene allevato in appositi recinti e alimentato opportunamente per essere svezzato. Se invece il vitello è maschio, generalmente viene venduto ad altre aziende che si occupano dell’allevamento dei bovini da carne.

I bovini da carne

Per l’alimentazione dei bovini si ricorre a foraggi: erba fresca e fieno, trinciato di mais, granella di mais e mangimi costituiti da semi di cereali e legumi, ma anche residui di lavorazioni provenienti da zuccherifici, caseifici e birrifici.

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Negli allevamenti di bovini di razza è indispensabile ottenere lo sviluppo di una notevole massa muscolare. Per raggiungere tale risultato è necessario curare l’allevamento in termini di luce, giusta temperatura, umidità, controlli sanitari e soprattutto bisogna seguire una particolare alimentazione, finalizzata a ottenere la massima resa di carne. I bovini possono essere allevati anche allo stato libero sui pascoli, ma la loro massa muscolare risulta inferiore, nonostante le condizioni di vita siano migliori, come pure lo è la carne. I bovini sono distinti a seconda della loro età: il vitello è l’animale che non ha ancora raggiunto un anno di vita ed è pronto per il macello quando raggiunge un peso di 100-200 kg; il manzo (castrato) e il vitellone (non castrato) hanno da uno a quattro anni e possono essere macellati quando pesano almeno 500 kg. Alcune razze italiane di bovini allevate per la produzione di carne sono la Chianina, la Marchigiana, la Maremmana e la Piemontese.

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I suini

In Italia si allevano 9 milioni di suini; le regioni che contano più allevamenti sono la Lombardia (3,8 milioni di capi) e l’EmiliaRomagna (1,2 milioni). Gli allevamenti sono sparsi in tutta la Pianura Padana.

Negli allevamenti in batteria i polli vivono in gabbie, chiamate stie, dove agli animali vengono somministrati mangimi e acqua per l’accrescimento. Dopo circa 70 giorni, quando hanno raggiunto un peso di circa 1,5 kg, vengono macellati.

In Italia il metodo di allevamento suino più diffuso è quello di tipo intensivo o industriale. Commercialmente esistono due tipologie di allevamenti: • allevamento di maiale magro, finalizzato alla produzione di carne fresca per il consumo diretto; l’animale viene macellato dopo i 5-7 mesi, quando raggiunge un peso di circa 100 kg; • allevamento di maiale pesante, destinato alla preparazione di insaccati e di prosciutti; l’animale viene macellato quando pesa circa 150 kg, a un anno di età. Gli alimenti per i suini sono l’orzo, l’avena, il frumento, la farina di soia, la granella di mais e i mangimi, oltre agli scarti di industrie agroalimentari, come il siero di latte. È necessario che la razione di cibo sia equilibrata, in modo da ottenere il giusto quantitativo di carne e di grasso.

Gli ovini e i caprini L’allevamento degli ovini e dei caprini è diffuso in tutto il mondo e in particolare nelle aree ricche di pascoli. In Italia è tipico delle zone montane, e nel periodo invernale gli animali trovano ricovero fisso nelle stalle. Da questi animali si ottengono il latte per produrre formaggi tipici e la carne da consumarsi allo stato fresco; inoltre, dal vello si ricava la lana. Fino a un anno di età gli ovini sono chiamati agnelli, distinti in agnellino da latte o abbacchio se pesano meno di 8 kg, agnello leggero tra gli 8 e i 13 kg e agnellone se il peso è superiore ai 13 kg; poi diventano pecore o montoni a seconda del sesso.

I polli L’avicoltura è un’attività legata a due diversi tipi di allevamento intensivo: uno riguarda i polli destinati alla produzione di carne, l’altro le galline ovaiole per la produzione di uova. Il nutrimento degli animali si basa essenzialmente sul consumo di granella di mais o di mangimi specifici. A livello europeo, gli allevamenti in cui si producono le uova sono classificati a seconda della modalità in cui gli animali vengono cresciuti e nutriti. • Allevamento all’aperto: le galline possono razzolare in un ambiente esterno e depongono le uova sul terreno. Ciascun animale dispone di 2,5 m2 (se si tratta di un allevamento biologico, ogni gallina ha a disposizione 10 m2). • Allevamento a terra: le galline sono allevate in capannoni dove possono muoversi e depongono le uova sul terreno. In 1 m2 convivono 7 animali. • Allevamento in batteria: le galline sono allevate in gabbie e depongono le uova in macchinari appositi. In 1 m2 sono concentrati 25 animali.

I conigli PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è la zootecnia? 2. Q uali forme di allevamento avvengono all’aperto? 3. Come avviene l’allevamento dei bovini?

I conigli sono animali vegetariani, allevati per la loro carne bianca, povera di grassi. A livello industriale la produzione avviene in allevamenti intensivi, dove i conigli sono tenuti in gabbie fin dallo svezzamento, poi alimentati con mangimi vegetali dall’elevato apporto energetico. Dopo un paio di mesi, quando raggiungono un peso di circa 2,5 kg, vengono destinati alla macellazione. In Italia l’allevamento è molto diffuso.

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51. Pesca e acquicoltura

Tutte le barche sono ormai dotate di strumenti per la sicurezza in mare e di un sonar per individuare i banchi di pesci.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Stock ittico: rappresenta la frazione sfruttabile della popolazione di pesci con la pesca.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali tecniche sono impiegate nella pesca? 2. C he cosa significa acquicoltura? 3. C ome avviene l’allevamento dei pesci?

Da millenni la pesca rappresenta un’attività importante per la sopravvivenza dell’uomo. Tale attività, se avviene entro 20 miglia dalla costa, può essere effettuata con piccole imbarcazioni attrezzate per rimanere in mare qualche giorno (in Italia se ne contano circa 9 000); oppure, oltre le 20 miglia, viene praticata a livello industriale con imbarcazioni per la pesca d’altura in grado di rimanere in mare o nell’oceano per alcune settimane e attrezzate per la refrigerazione; viene anche effettuata con navi oceaniche di notevole stazza, dove può avvenire la surgelazione del pescato. Le attrezzature per la pesca sono costituite principalmente dalle reti, che si diversificano in funzione della tecnica di cattura. • Reti da traino: sono enormi sacchi a forma di imbuto che possono essere trascinati in superficie oppure sul fondo. In quest’ultimo caso si parla di pesca a strascico, e viene effettuata nei pressi della costa. In questo modo le reti arano il fondale prelevando tutto ciò che incontrano (alghe, pesci, tartarughe, delfini, spugne, coralli) provocando col tempo la desertificazione delle aree marine. • Reti da posta: vengono posizionate lungo un possibile passaggio del pesce. Possono essere fisse, quindi ancorate sul fondo marino, oppure derivanti, cioè dotate di galleggianti nella parte superiore e lasciate libere di muoversi in quella inferiore. • Reti da circuizione: sono reti lunghe anche 800 metri e alte 120 metri, utilizzate per racchiudere in modo circolare la porzione di mare dove è concentrato un banco di pesci; a volte sono ancorate stabilmente sul fondo. In genere vengono impiegate per catturare sardine, acciughe, sgombri oppure tonni. • Nasse: sono attrezzature per l’intrappolamento di pesci, crostacei e molluschi, attirati da un’esca posta al loro interno. Una volta entrati, non possono più uscire. • Palangari o palamiti: sono lunghi cavi dotati di ami utilizzati per catturare naselli, cernie, saraghi, palombi e molte altre specie.

L'acquicoltura A causa dell’impoverimento ittico dei mari, dovuto alla pesca eccessiva e all’inquinamento e in seguito alla crescente richiesta di pescato per il settore alimentare, si è diffusa l’acquicoltura, ossia l’allevamento di pesci, molluschi e crostacei a fini commerciali. L’allevamento può interessare l’intero ciclo di vita del pesce, oppure essere finalizzato al solo accrescimento in termini di peso o alla riproduzione per il ripopolamento della specie. La prima fase di allevamento riguarda la fecondazione delle uova, da cui in breve tempo nasceranno migliaia di giovani pesci. Questi vengono inizialmente allevati in vasche e

La pesca a strascico è proibita nel Mar Mediterraneo; ha un notevole impatto sui mari perché distrugge tutto ciò che incontra sul fondo.

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Il metodo di pesca con le reti da posta ha gravi conseguenze ambientali perché si catturano indistintamente tutti i pesci, ma anche mammiferi come delfini e balene, diventando trappole mortali. Nel Mediterraneo è vietato l’utilizzo di alcune di queste reti.

Le reti di circuizione vengono posizionate attorno ai banchi di pesci e poi lentamente strette su loro stesse fino a formare un’enorme sacca.

Agricoltura

Uno dei comparti più importanti dell’acquicoltura italiana comprende l’allevamento dei molluschi, in particolare dei mitili come le cozze. Questi allevamenti sono considerati di tipo estensivo.

A differenza degli allevamenti in mare aperto, che si trovano al largo e che, grazie alle correnti marine, non presentano eccessivi problemi legati all’inquinamento dei fondali, gli impianti in prossimità della costa sono motivo di preoccupazione perché possono provocare effetti negativi sull’ecosistema marino.

UNITÀ 1

successivamente posti in gabbie di allevamento. Durante tutta la crescita sono nutriti con un apposito mangime che favorisce il raggiungimento del peso per la commercializzazione. In genere dalla nascita alla vendita sono necessari tra i 12 e i 24 mesi, durante i quali un veterinario controlla periodicamente l’aspetto sanitario per garantire l’igiene alimentare. L’Italia, insieme a Spagna, Francia e Grecia, è uno dei principali produttori europei di prodotti derivati da acquicoltura, costituiti per il 30% da pesce e per il 70% da molluschi. Si possono definire tre tipologie di acquicoltura: • quella intensiva, che avviene con alimentazione interamente di mangimi; • quella semi-intensiva, dove l’allevamento prevede l’integrazione del cibo disponibile in natura con mangimi; • quella estensiva, in cui il cibo per i pesci è tratto esclusivamente dall’ambiente e non si hanno apporti alimentari da parte dell’uomo.

L'acquicoltura in acqua marina Negli ultimi anni la diffusione degli allevamenti di pesci in acqua marina è notevolmente aumentata. Le principali specie ittiche allevate in mare sono l’orata, la spigola o branzino, il sarago (Francia, Italia, Spagna e Grecia) e il salmone (Norvegia, Scozia, Canada). Questa attività può avvenire in vasche a terra oppure in gabbie galleggianti situate lungo le coste o in mare aperto. In quest’ultimo caso vi sono moduli ancorati sul fondale, formati da una struttura galleggiante alla quale è collegata una rete che costituisce la gabbia. L'acquicoltura in acqua dolce I salmonidi, come la trota iridea e la trota fario, sono pesci di acqua dolce che si prestano bene per l’allevamento intensivo; queste specie necessitano di grandi quantità di acqua pulita con adeguati sistemi di ossigenazione per non compromettere la loro sopravvivenza o l’insorgere di malattie. A livello mondiale tra le specie di acqua dolce più allevate vi sono la carpa e il pangasio.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Né la pesca né gli allevamenti sono privi di problematiche.

La pesca in mare • La pesca in mare non ha mai sfruttato il progresso tecnologico per promuovere una pesca selettiva, ma ha sempre catturato di tutto per poi fare una cernita e gettare nuovamente in mare i pesci che non si mangiano o che hanno poco mercato. Finisce in questo modo circa un quarto del totale del pescato, che per la quasi totalità, essendo stato trascinato per ore all’interno delle reti, viene rigettato in acqua ormai morto. • Spesso durante la pesca balene e delfini muoiono intrappolati nelle reti. • Poiché i ritmi di pesca sono più intensi di quelli naturali di riproduzione delle specie, ne deriva un impoverimento degli stock ittici. • Per immettere sul mercato prodotti con prezzi sempre più bassi, l’attività dei pescherecci si è spostata sulle coste africane e nell’Oceano Pacifico, talvolta in modo illegale. L’Unione Europea ha emanato diverse norme per porre rimedio a queste problematiche fissando regole più severe circa la dimensione delle maglie e delle reti, il periodo di pesca e il quantitativo del pescato; inoltre, ha bloccato la pratica illogica di gettare in mare il pescato ed è intervenuta sui piani di gestione degli stock ittici, per far sì che la pesca diventi più sostenibile.

La piscicoltura L’allevamento di pesci in gabbie poste in mare vicino alla costa causa una forte concentrazione di deiezioni animali e avanzi di mangime, producendo effetti negativi sul suolo marino. Per evitare che, a causa dell’affollamento nelle gabbie, malattie e parassiti si diffondano facilmente si utilizzano antibiotici, antiparassitari e altre sostanze chimiche che, inevitabilmente, finiscono nell’ambiente contaminando l’ecosistema. Con la fuga di pesci da allevamento vi è, inoltre, il rischio di un inquinamento genetico dei pesci selvatici e di una trasmissione delle malattie.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

52. Agricoltura biologica e miglioramento genetico Le tecniche agricole industrializzate basate su metodi produttivi che prevedono un intenso utilizzo di acqua, fertilizzanti chimici, pesticidi per aumentare la produzione e soddisfare le richieste dei mercati, hanno un forte impatto ambientale. Oggi si tende, quindi, a incentivare nuove forme di coltivazioni meno inquinanti per l’ambiente e più salutari per l’uomo.

L'agricoltura sostenibile La sostenibilità agraria consiste in un insieme di tecniche agronomiche finalizzate a non alterare le caratteristiche ambientali della zona di coltivazione. Per attuare la sostenibilità è necessario mettere a dimora le piante più compatibili con il terreno da coltivare, evitare grosse trasformazioni del suolo per ospitare l’impianto agricolo e limitare al minimo l’uso di concimi chimici e di fitofarmaci che inevitabilmente hanno un impatto sull’ecosistema: basti pensare alla contaminazione delle falde acquifere. L’agricoltura sostenibile si pone come obiettivo il rispetto di tutto l’ambiente della filiera dell’agricoltura, di quella agroalimentare e della salute di chi lavora in questo comparto. Tutto ciò deve garantire anche una capacità produttiva tale da far fronte alla continua richiesta alimentare sia dei Paesi industrializzati sia di quelli in via di sviluppo. L’agricoltura biologica non è un sistema innovativo: prima dell’utilizzo di pesticidi e fertilizzanti chimici era l’unica tipologia di coltivazione. Oggi molti coltivatori dei Paesi in via di sviluppo dovrebbero cambiare ben poco dei loro sistemi di produzione se decidessero di ottenere la certificazione di «coltivazione biologica».

L'agricoltura biologica e integrata Esistono vari metodi per coltivare in modo sostenibile, e l’agricoltura biologica è uno di questi. L’obiettivo dell’agricoltura biologica è la salvaguardia degli ecosistemi naturali, degli uomini e dei prodotti alimentari. • Si cerca di rendere fertile il terreno utilizzando concimi organici (letame e sovescio). • Si sfruttano le rotazioni colturali e si interviene nella lotta ai parassiti con preparati vegetali e minerali e con insetti predatori. • Spesso, però, la lotta ai parassiti con i soli metodi biologici non è sufficiente, per cui solo quando è strettamente necessario si integra con sostanze chimiche. • Anche l’impiego dei diserbanti, noti per l’inquinamento delle falde acquifere, è limitato e integrato da fresature del terreno per eliminare meccanicamente le erbe infestanti. L’interazione di mezzi biologici e mezzi chimici nelle diverse fasi della coltivazione viene definita lotta integrata.

CITTADINANZA ATTIVA La biodiversità Le grandi industrie agricole tendono a privilegiare la coltivazione monocolturale, facendo uso di grandi quantità di fertilizzanti e diserbanti per ottenere una maggiore produttività: in questo modo riescono a immettere sul mercato prodotti a bassi prezzi. Purtroppo, il più delle volte questo tipo di agricoltura sancisce la morte della biodiversità. Biodiversità significa l’insieme di tutte le varietà di forme viventi in un determinato ambiente. Coltivare salvaguardando la biodiversità permette di ottenere vantaggi non solo per l’ambiente, ma anche nelle produzioni agricole. Ad esempio, la diversità genetica dell’uva determina differenze fra vitigni, che rendono possibile la produzione di vari tipi di vini, con varietà dolci e succose, a volte meno produttive di altre ma con sapori decisamente migliori. Nei lieviti si possono ottenere diversi sapori per gli alimenti fermentati, per produrre differenti tipi di formaggio, yogurt, pane, pizza o birra.

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Agricoltura

UNITÀ 1

Il miglioramento genetico Il miglioramento genetico è un processo che avviene in natura in tutte le piante e, fin da quando è diventato agricoltore, l’uomo ha sempre usato l’ibridazione per tentativi, ovvero ha incrociato specie o varietà diverse con lo scopo di ottenere nuove varietà, più resistenti e più produttive.

La coltivazione e l’utilizzo di OGM è in Europa oggetto di ampi dibattiti. A differenza di altri Stati membri, in Italia la coltivazione di OGM non è permessa. Va notato, comunque, che la gran parte dei mangimi utilizzati negli allevamenti italiani è prodotta a partire da soia e mais geneticamente modificati importati da altri Paesi.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa si intende per agricoltura sostenibile? 2. C ome si attua l’agricoltura biologica? 3. C he cosa sono gli OGM?

La ricerca oggi ha trovato una nuova strada: la sigla MAS (Marker Assisted Selection) indica una nuova tecnologia avanzata che consente, attraverso la selezione assistita, di individuare le caratteristiche desiderate (resistenza ai parassiti, miglioramento delle qualità nutritive, alta produttività, resistenza alla siccità) in piante selvatiche, oppure in altre varietà rispetto alla pianta coltivata, per poi ibridarle con quelle dello stesso tipo in commercio e così migliorarle. Si tratta di complesse tecniche di analisi genetica per migliorare la selezione di piante ottenuta tramite incroci genetici.

Gli organismi geneticamente modificati La sigla OGM indica gli Organismi Geneticamente Modificati. Nati alla fine degli anni Novanta grazie alle tecnologie dell’ingegneria genetica, gli OGM vengono creati inserendo nel patrimonio genetico dell’organismo «ospite» frammenti del DNA di organismi diversi. Il loro scopo è quello di migliorare le caratteristiche delle colture e aumentarne così la produttività, con particolare riguardo verso la resistenza agli erbicidi, la resistenza agli insetti e l’inibizione della marcescenza; hanno quindi l’obiettivo di creare piante che possano crescere e fruttificare senza dover subire eccessivi trattamenti fitosanitari. Queste tecniche sono però molto controverse: spesso gli OGM sono semi brevettati e dunque di proprietà privata di un’azienda.

Grazie a telecamere, la guida del trattore è automatica. Solo al termine di una fila del campo su cui si sta lavorando un segnale acustico richiama l’attenzione del conducente.

NUOVE TECNOLOGIE L’agricoltura e le nuove tecnologie Il lavoro manuale dell’agricoltura per secoli è stato sinonimo di fatica e sudore, ma oggi sta lasciando il posto all’innovazione tecnologica. Oggi l’agricoltore deve saper usare macchine agricole computerizzate e avere conoscenze di chimica, elettronica, informatica e di biotecnologie. • L’agronica è l’applicazione delle tecnologie elettroniche alle macchine operatrici. Controlla in modo automatico tutte le fasi di lavorazione e interviene correggendo o bloccando l’esecuzione del lavoro quando i parametri differiscono dai valori prefissati. Ad esempio, le macchine irroratrici di antiparassitari sono capaci di regolare l’erogazione in funzione della velocità del trattore, dell’altezza delle piante e della densità delle foglie. • L’informatica svolge una funzione di controllo senza intervenire direttamente sul ciclo produttivo. Dopo l’introduzione o l’acquisizione dei dati, può fornire parametri riguardanti tutti i fenomeni agronomici, ad esempio la quantità di acqua, di fitosanitari e di concime da somministrare. • L’agrometeorologia è la previsione, anche per via informatica, dei fenomeni meteorologici di una determinata zona. La conoscenza di questi dati è necessaria per migliorare l’efficacia dei trattamenti ed evitare di vanificare l’azione antiparassitaria se l’irrorazione venisse eseguita poco prima della pioggia. • La diagnostica fogliare è un metodo che consente di analizzare le foglie per stabilire quali siano le reali esigenze nutritive della pianta e per individuare eventuali patologie, in modo da poterle contrastare utilizzando una minore quantità di sostanze antiparassitarie.

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IN BREVE LEZIONE 46

Ambiente, terreno, clima L’agricoltura è l’insieme delle attività che rendono il terreno idoneo alla vita delle piante destinate all’alimentazione umana o degli animali. Per incrementare la produttività si può intervenire sul suolo, cioè lo strato superficiale dove si sviluppano le radici della pianta. Per essere fertile, il suolo deve essere ricco di sostanze minerali e organiche, organismi viventi, aria e acqua. Un altro fattore importante è il clima, cioè l’insieme dei fenomeni meteorologici che interessano una regione. Gli elementi principali che intervengono sulla crescita delle piante sono la radiazione solare per la fotosintesi, la temperatura, la quantità di precipitazioni, l’umidità dell’aria e i venti, che contribuiscono all’impollinazione.

LEZIONI 47, 48 E 49

Lavorazioni agricole L’aratura, effettuata con il trattore e l’aratro, serve per rivoltare gli strati superiori del terreno. Con l’erpice o la fresa si sminuzzano le zolle e si rende il terreno più uniforme. Seguono la semina mediante la seminatrice e i lavori di coltivazione (sarchiatura, rincalzatura) durante lo sviluppo della pianta. Per migliorare la fertilità del terreno si ricorre alla fertilizzazione introducendo sostanze minerali, in particolare azoto, fosforo e potassio, attraverso concimi organici o chimici. Per apportare acqua al terreno si ricorre all’irrigazione. Per difendere le piante dagli attacchi di parassiti, insetti, funghi o erbe infestanti si utilizzano prodotti chimici, responsabili dell’inquinamento del suolo, o si ricorre alla lotta biologica.

Colture erbacee I cereali (frumento, riso, mais...) sono le piante più coltivate al mondo, utilizzate per l’alimentazione umana e nei mangimi per gli animali. I legumi (fagioli, piselli, ceci...) sono molto proteici. Dalle piante industriali si ottengono lo zucchero, gli oli, le fibre tessili. Le colture foraggere sono coltivate per l’alimentazione degli animali erbivori. Gli ortaggi (pomodori, zucchine, peperoni...) sono spesso coltivati in serre.

Colture arboree Sono piante pluriennali con fusto legnoso che producono frutta per l’alimentazione umana. Generalmente si coltivano piante innestate. Oltre alle operazioni di irrigazione e fertilizzazione, molti alberi richiedono interventi di potatura annuale e di irrorazioni antiparassitarie periodiche. LEZIONE 50

Zootecnia È l’attività finalizzata all’allevamento del bestiame. In Europa la forma di allevamento estensivo (animali liberi di pascolare su vaste aree) è molto ridotta e gli allevamenti più diffusi sono di tipo intensivo. I bovini, da cui si ricavano latte e carne, vengono allevati in stalle generalmente aperte. L’allevamento del maiale magro, per la produzione di carne fresca, e del maiale pesante, per la preparazione di insaccati, avviene in stalle chiuse. L’allevamento di ovini e caprini, da cui si ricavano latticini e carne, avviene in ricoveri. L’allevamento dei polli per la produzione di uova e di carne può avvenire all’aperto, a terra o in batteria, mentre quello dei conigli, per la carne bianca, avviene in gabbie.

L E Z I O N E 51

Pesca e acquicoltura La pesca in mare o nell’oceano avviene con speciali navi e reti da traino, da posta o da circuizione. L’acquicoltura è l’allevamento di pesci, molluschi e crostacei affinché raggiungano un determinato peso per essere messi sul mercato. L’allevamento intensivo può avvenire in vasche a terra, in gabbie galleggianti in mare aperto o lungo le coste, oppure in fiumi e laghi. I pesci vengono nutriti con mangimi. L’allevamento dei mitili è invece di tipo estensivo perché i mitili trattengono il loro nutrimento filtrando direttamente l’acqua di mare.

LEZIONE 52

Agricoltura biologica e miglioramento genetico L’agricoltura biologica è una tecnica agricola meno inquinante rispetto a quella tradizionale. Limitando l’utilizzo di concimi chimici e diserbanti e prediligendo l’impiego di fertilizzanti organici, concorre a salvaguardare l’ambiente e favorisce la biodiversità. Per rendere le coltivazioni più resistenti ai parassiti, alla siccità o per ottenere piante più produttive, si ricorre spesso al miglioramento genetico, che consiste nell’ibridare una pianta con un’altra, oppure alla manipolazione del DNA per ottenere Organismi Geneticamente Modificati (OGM).

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Agricoltura

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 1

6. Scegli l’alternativa corretta.

1. Aggiungi il termine mancante.

1. L’innesto è una tecnica attuata sulle piante a  pluriennali b  annuali

1. I principali componenti del terreno sono a. argilla b. sabbia c. ................................

2. L’incrocio tra due piante della stessa famiglia è definito a  potatura b  ibridazione

2. Sullo sviluppo delle piante influiscono a. umidità b. acqua c. luce d. vento e. .........................................

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. alimentari – terreno – fertilità – attività – superficiale L’agricoltura è l’insieme delle

..............................................

rivolte alla lavo-

razione del .........................................................., per produrre soprattutto beni ............................................

. La condizione indispensabile per la crescita e

la fruttificazione delle piante è la .............................................. del suolo. La parte fertile è lo strato

..............................................

della crosta terrestre.

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Minimum tillage indica una lavorazione minima del terreno.

2. Il termine aridocoltura indica l’impossibilità di coltivare un terreno.

3. Il trattore serve solo per arare.

4. Inserisci i termini mancanti. 1. La funzione ricoperta da nematocidi, anticrittogamici ed erbicidi è la

..............................................

delle colture.

2. L’.............................................. è una pratica agricola che permette di apportare acqua al terreno. 5. Individua l’intruso. 1. Quale tra le seguenti piante erbacee non è un cereale? a  frumento b  riso c  soia 2. Quale tra le seguenti colture non è una pianta oleifera? a  girasole b  zafferano c  arachidi

1. La zootecnia indica l’allevamento del bestiame.

2. Il maiale pesante è destinato alla produzione di carne fresca.

3. Gli allevamenti di bovine sono generalmente finalizzati alla produzione di latte.

8. Scegli l’alternativa corretta. 1. I palangari sono a  pesci

cavi con ami

2. Nel Mediterraneo è vietata la pesca a  a strascico b  con reti da circuizione 9. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’acquicoltura si effettua solo in mare.

2. L’allevamento dei molluschi è di tipo intensivo.

3. La piscicoltura può provocare effetti negativi sul suolo marino.

10. Inserisci i termini mancanti. 1. Nell’agricoltura

..............................................

i concimi usati sono sola-

mente quelli organici. 2. L’insieme di tutte le forme viventi in un determinato ambiente costituisce la

..............................................

11. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’agrometeorologia studia la crescita degli agrumi.

2. I diserbanti inquinano le falde acquifere.

3. Gli OGM sono dei concimi.

Verso le Competenze Prevedere, immaginare e progettare 1. Supponete di dover impiantare una coltura erbacea o arborea: quali valutazioni fareste per una scelta consapevole e appropriata? Discutetene insieme e stabilite la soluzione migliore.

3. L’agricoltura moderna si basa sempre più sulle nuove tecnologie: quali cambiamenti hanno apportato nella lavorazione dei campi e quali conseguenze si sono avute nella produzione agricola?

2. Che cosa accadrebbe se le lavorazioni nei campi non venissero più svolte dalle macchine messe a punto dalla tecnologia?

4. Quali sono le tue considerazioni personali sull’agricoltura biologica e sul miglioramento genetico delle piante?

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UNITÀ

AREA 4 Settore Settore agroalimentare agroalimentare

2 Trasformazione degli alimenti LEZIONE

53. Dai cereali agli alimenti PAROLE DELLA TECNOLOGIA Semola: è il prodotto della

macinazione del grano duro.

La trasformazione degli alimenti consiste in una sequenza di operazioni che modificano le caratteristiche biologiche, strutturali e fisico-chimiche delle materie prime e dei semilavorati forniti dall’agricoltura o dall’allevamento al fine di ottenere prodotti finiti (o ingredienti alimentari), i quali devono possedere adeguate proprietà nutrizionali, di lavorabilità e conservabilità. In base al tipo di ingrediente o di prodotto alimentare che si vuole ottenere si utilizzano diversi macchinari e differenti tecniche di lavorazione. GRANO

LINK ➜ STORIA L’uomo primitivo si nutriva con ciò che la natura offriva spontaneamente. Imparò poi a cacciare gli animali selvatici con trappole e semplici armi. Nell’epoca neolitica diventò «agricoltore»: coltivava grano, orzo, patate, riso e leguminose. L’allevamento degli animali mise a sua disposizione latte, uova e i primi prodotti derivati. Con il passare dei secoli scoprì nuove coltivazioni e utilizzò i progressi della tecnica per ottenere prodotti di migliore qualità. Le persone mangiavano però solo ciò che si produceva intorno a loro. La Rivoluzione industriale portò un vero e proprio cambiamento introducendo innovativi sistemi di trasformazione e conservazione che permisero di rendere disponibile il cibo anche lontano dal luogo di produzione.

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Grano tenero

Farina Pane, fette biscottate, dolci e biscotti

Grano duro

Semola Pasta, pane, dolci

Crusca Prodotti da forno e dietetici

Semolati Cuscus

Le farine Dal grano si ricava la farina usata più comunemente nell’industria alimentare. Dopo essere stato pulito dalle sostanze esterne, il cereale viene sottoposto alla macinazione, o molitura, effettuata con mulini a cilindri. Segue la fase di setacciatura, o abburattamento, che avviene in diversi passaggi. Dalla setacciatura del grano tenero si ottiene la farina, usata per produrre pane, fette biscottate, dolci e biscotti. La farina viene classificata in farina integrale (contiene la crusca), farina tipo 2, farina tipo 1, farina tipo 0 e farina tipo 00 (la più setacciata e più bianca). Dal grano duro si ricavano la semola, la crusca e i semolati. La semola, o farina di grano duro, viene utilizzata principalmente per produrre la pasta.

Trasformazione degli alimenti Il cuscus è un alimento a base di semola di grano duro, tipico dell’area mediterranea. Viene cotto a vapore e servito con verdure, legumi e con carne o pesce. Per il suo valore simbolico il cuscus è considerato la «semola della pace», capace di testimoniare culture e tradizioni senza annullare le diversità dei popoli.

UNITÀ 2

Il pane La produzione di pane su larga scala avviene in aziende in cui tutte le fasi di lavorazione sono effettuate da moderne macchine in modo automatizzato. La panificazione artigianale, ancora molto diffusa anche se con l’aiuto di macchine, consiste nei seguenti processi: • impasto, in cui si mescolano farina, acqua, lievito e sale fino a ottenere una massa omogenea ed elastica; • foggiatura, in cui la massa ben compatta e amalgamata viene suddivisa in porzioni a cui si dà una caratteristica forma; • lievitazione, mediante la quale il pane fermenta grazie a lieviti aggiunti, che conferiscono al pane una consistenza soffice e spugnosa; • cottura, che avviene nei forni a circa 200 °C; serve per far perdere l’umidità e rende il pane più gustoso e digeribile. La pasta La pasta è un alimento che si ottiene impastando la semola di grano duro con acqua e con l’aggiunta di sale in quantità non superiore al 4%. Pur essendo il prodotto più tipico della cucina italiana, la sua origine viene attribuita da alcuni ai Cinesi e da altri agli Arabi. Di certo è che in Italia fece la sua comparsa nel ’700 nel napoletano, dove erano concentrate molte coltivazioni di grano duro. Oggi le operazioni di produzione, che per molto tempo sono state di tipo artigianale, avvengono in modo automatizzato con macchine a ciclo continuo.

› La produzione della pasta  Il procedimento inizia mettendo nell’impastatrice la semola di farina, generalmente di grano duro, e una quantità d’acqua pari al 20-30%. 1

3  Trafilatura L’impasto viene fatto passare attraverso trafile in metallo con forme differenti, ottenendo vari formati di pasta.

PUNTI DI DOMANDA 1. D a che cosa si ricava la farina? 2. C ome si ottiene il pane? 3. Q ual è il processo di produzione della pasta? 4. Q uanti tipi di pasta vengono prodotti?

2  L’impasto ottenuto viene sottoposto alla gramolatura per ottenere una consistenza omogenea ed elastica.

4  Essiccazione La pasta viene essiccata a una temperatura di circa 130 °C per un tempo relativamente breve, dopodiché viene confezionata e messa in commercio.

La pasta viene divisa in: • pasta secca. Essiccata senza l’aggiunta di particolari ingredienti, contiene una percentuale di umidità massima del 12,5%, ha una lunga durata nel tempo e una discreta tenuta durante la cottura; • pasta fresca. Subisce la stessa lavorazione della pasta secca, ma a causa dell’alto contenuto di umidità è sottoposta a trattamenti con conservanti e antiossidanti. La conservazione è limitata nel tempo; • pasta all’uovo. È ottenuta aggiungendo all’impasto le uova; se essiccata si conserva a lungo; • pasta speciale. All’impasto vengono aggiunti altri ingredienti e, di conseguenza, anche dei conservanti. Dal punto di vista nutrizionale la pasta è ricca di carboidrati, ma carente di grassi e proteine. In associazione con altri ingredienti, ad esempio pomodoro e formaggio, può rappresentare un piatto equilibrato.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

54. Latte e suoi derivati Il latte Il latte è un alimento ad alto valore nutrizionale di fondamentale importanza nella vita di bambini e adulti, ottenuto dalla mungitura di alcuni animali, in particolare le mucche.

Il termine latte si riferisce solo a quello che deriva dalla mungitura delle mucche. Il latte proveniente da animali di specie diverse è indicato con il nome dell’animale che lo fornisce: si parla quindi di latte di pecora, di capra, di bufala.

La produzione ha inizio con la mungitura, ormai meccanizzata, nella stalla. Il latte viene subito refrigerato a una temperatura di circa 4 °C. Questa fase è molto delicata perché, se non viene eseguita rispettando le norme di igiene e di conservabilità, si può incorrere in contaminazioni batteriche che in breve tempo rendono il prodotto non commestibile. Giornalmente un’autobotte passa nelle diverse stalle, preleva il latte e lo trasporta alle centrali del latte o ai caseifici. Giunto nella centrale, il latte viene sottoposto ad analisi di laboratorio per escludere la presenza di forme batteriche pericolose per l’uomo. Superati i controlli, si procede con la lavorazione: il latte viene filtrato per eliminare eventuali corpi solidi che accidentalmente possono finire nei contenitori durante la mungitura. È quindi sottoposto a un processo di centrifugazione per una parziale eliminazione del grasso o scrematura. Subisce poi l’omogeneizzazione, che consiste nel far passare il latte, sotto forte pressione, attraverso le maglie di un filtro che hanno la funzione di frantumare i globuli di grasso rimasti. Ciò evita l’affioramento della panna nel contenitore o nel bicchiere e nel contempo rende il prodotto più digeribile. Per poter conservare il latte si attua il risanamento, una tecnica mirata alla riduzione o eliminazione della flora batterica che normalmente è presente nell’alimento.

› La lavorazione del latte 1 Il latte raccolto dalle varie fattorie viene messo in recipienti refrigerati.

3 Centrifugazione Con una centrifuga il grasso viene separato parzialmente.

4 Omogeneizzazione I globuli di grassi rimasti nel latte vengono frantumati. 7 Sterilizzazione Il latte viene portato a 120 °C per 20-30 minuti e poi riportato a temperatura ambiente.

2 Filtraggio Il latte viene filtrato per eliminare eventuali corpi estranei.

5 Pastorizzazione Il latte viene portato a una temperatura tra 70 e 75 °C per 10-15 secondi e poi raffreddato a 4 °C. 6 UHT Il latte viene portato a 135 °C per 2-5 secondi e poi riportato a temperatura ambiente.

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8 Infine, il latte viene confezionato ed è pronto per la distribuzione.

Trasformazione degli alimenti

Il latte è commercializzato in diversi modi. I principali sono: • latte intero, contiene il 3,2% di grassi e conserva tutti i principi nutritivi; • latte parzialmente scremato, viene privato parzialmente del grasso (ne contiene l’1,8%); • latte scremato o magro, viene privato del grasso ed è adatto per le diete a basso contenuto di calorie (il contenuto di grasso è dello 0,5%).

UNITÀ 2

Il risanamento può avvenire secondo diversi trattamenti. • Pastorizzazione: con tale processo si porta il latte a una temperatura tra 70 e 75 °C per 10-15 secondi e, in seguito, a un rapido raffreddamento a 4 °C. Il latte ottenuto prende il nome di latte pastorizzato o latte fresco. Ha una conservabilità in frigorifero di 5 giorni, dopodiché inizia il processo di acidificazione. • Microfiltrato: è il processo che ha lo scopo di eliminare batteri o altri microrganismi; permette una più lunga conservazione del latte, che può durare anche una decina di giorni. • UHT (Ultra High Temperature): il latte viene portato a una temperatura di 135 °C per 2-5 secondi e poi riportato a temperatura ambiente; tutti i microrganismi vengono eliminati e la sua conservabilità ha una durata di 3 mesi, anche a temperatura ambiente, in una confezione integra. • Sterilizzazione: è il trattamento termico più energico, in cui il latte viene sottoposto a riscaldamento con vapore acqueo a 120 °C per 20-30 minuti. Tutti i batteri vengono distrutti, ma le caratteristiche nutrizionali del latte si modificano. La sua conservabilità è di 4-6 mesi in una confezione integra. Il latte ottenuto prende il nome di latte a lunga conservazione. Il confezionamento e la distribuzione concludono tutto il processo di lavorazione.

Il burro Il burro è il prodotto della lavorazione del grasso contenuto nel latte di mucca. Il procedimento per la sua produzione ha inizio separando la parte grassa del latte (panna) per affioramento oppure per centrifugazione. Con la tecnica dell’affioramento il latte viene lasciato riposare in un ampio recipiente e, dopo 12-15 ore, i globuli di grasso appaiono da soli in superficie. Con la centrifugazione il latte viene fatto ruotare velocemente all’interno di una centrifuga e il grasso, che è più pesante, viene separato dal latte, concentrandosi al centro.

› La produzione del burro 1

La zangola, a stantuffo o nella versione più evoluta a manovella, era usata dai pastori per sbattere la panna e trasformarla in burro. Era diffusa anche nelle cascine e nelle case degli italiani fino alla metà del Novecento; fu poi soppiantata dalla produzione industriale del burro.

Latte

2 Affioramento Dopo aver lasciato riposare il latte per 12-15 ore, la parte grassa (panna) appare in superficie.

La panna viene posta nella zangola e viene agitata meccanicamente. Il grasso si aggrega e si forma il burro. Ciò che rimane viene chiamato latticello.

3 Centrifugazione All’interno di una centrifuga la parte grassa (panna) presente nel latte si separa e si sposta al centro della centrifuga.

5 Il burro viene lavato con acqua, poi viene formato in pani e confezionato.

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AREA 4 Settore agroalimentare PAROLE DELLA TECNOLOGIA Latticello: è il residuo del latte durante la lavorazione per ottenere il burro. Caglio: è l’insieme di enzimi estratti dallo stomaco del vitello lattante che rompono le proteine del latte, rendendolo acido. Fermenti lattici: sono microrganismi che facilitano la trasformazione degli zuccheri in acido lattico.

La panna ottenuta viene messa in un contenitore detto zangola, dove subisce un processo di agitazione meccanica che serve a far aggregare i globuli di grasso e far uscire il latticello in essi contenuto. Alla fine di questa fase la panna si è trasformata in burro. Prima della formatura e del confezionamento, il burro viene lavato con abbondante acqua per eliminare i residui del latticello.

Il formaggio Il formaggio è un prodotto che si ottiene dalla coagulazione del latte intero o parzialmente scremato a opera del caglio ed è un alimento ricco di proteine e di grassi.

In commercio esistono moltissimi tipi di formaggio (teneri, freschi, duri, stagionati), ma il principio su cui si basa la lavorazione è simile per tutti: la cagliatura del latte.

Per prima cosa il latte destinato alla produzione del formaggio viene riscaldato, quindi si aggiungono eventuali fermenti lattici e soprattutto il caglio, o un altro acidificante, che favorisce la coagulazione. Il caglio viene estratto dallo stomaco dei vitelli. Grazie ai batteri contenuti al suo interno, il lattosio diventa acido lattico favorendo la cagliatura. L’aggregazione della parte solida, che ha una consistenza molle, prende il nome di cagliata; la parte rimasta liquida è, invece, il siero, con cui si produce la ricotta e che viene utilizzato nell’alimentazione dei suini. Durante la formazione della cagliata, il latte viene continuamente mescolato per favorire sia l’assorbimento di tutti i principi nutritivi sia l’uniformità della massa granulosa.

› La produzione del formaggio 1 Il latte raccolto dalle fattorie viene messo in recipienti refrigerati.

3 Viene aggiunto il caglio ed eventualmente fermenti lattici. Le proteine disperse nel latte (caseine) si aggregano formando una massa gelatinosa che si deposita sul fondo: è la cagliata. La cagliata viene rotta in pezzi, più o meno piccoli.

4 Poi la cagliata viene estratta dalla caldaia.

5 Il liquido giallastro che rimane si chiama siero.

6 La cagliata viene messa in stampi creando le forme di formaggio.

Trasferito in una caldaia, il latte viene riscaldato: a circa 38 °C per i formaggi a pasta cruda, e a 48 °C per i formaggi a pasta cotta. 2

7 Le forme vengono salate per immersione.

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8 A seconda del tipo di formaggio, le forme vengono lasciate maturare o stagionare per un periodo che va da alcune ore ad alcuni anni, come per il Parmigiano. La stagionatura può anche avvenire in impianti esterni al caseificio o presso il distributore.

Trasformazione degli alimenti

UNITÀ 2

Questa viene estratta e modellata in apposite forme con tecniche diverse a seconda del tipo di formaggio che si vuole ottenere. Tutte le forme di formaggio vengono salate e disposte in appositi locali per la maturazione. Il controllo giornaliero o periodico si rende necessario per garantire che il processo avvenga secondo particolari condizioni che favoriscano le caratteristiche e la qualità finale del prodotto.

Il Parmigiano è un formaggio a pasta dura. Per produrre una forma servono circa 550 litri di latte. Le forme hanno un peso compreso tra 24 e 40 kg. La stagionatura non deve essere inferiore ai 24 mesi, può arrivare a 36-40 mesi e raggiungere i 90 mesi.

La differenza tra i vari formaggi dipende da diversi fattori. • Dalla consistenza della pasta: se la temperatura di cottura è maggiore di quella necessaria alla cagliata, si parla di formaggi a pasta cotta o semicotta, come il Parmigiano Reggiano, il Grana Padano, il pecorino sardo, la fontina, il bitto; mentre se il caglio non è sottoposto a cottura o riscaldamento, si parla di formaggi a pasta cruda, come la robiola, il taleggio, lo squacquerone, il gorgonzola. • Dal tipo di latte usato: può essere vaccino, pecorino, caprino, bufalino come nella mozzarella di bufala, o misto. • Dalla maturazione, ossia la stagionatura: può essere più o meno lunga; si hanno quindi formaggi freschi come il caprino, lo stracchino e il mascarpone, e formaggi stagionati come la scamorza e il Parmigiano. • Dalla percentuale di grasso presente nel latte di partenza: è superiore al 42% nei formaggi grassi come il gorgonzola e il taleggio; compresa tra il 20 e il 42% nei formaggi semigrassi come l’asiago; inferiore al 20% nei formaggi magri come il primosale. Per i formaggi a pasta filata, come la mozzarella, la cagliata viene lasciata riposare nel siero di latte a una temperatura di 80-90 °C e poi lavorata a mano senza essere posta in stampi.

Lo yogurt Lo yogurt è un prodotto ottenuto dalla fermentazione del latte a opera di batteri selezionati. È un alimento di alto valore nutritivo e terapeutico per la presenza dei fermenti lattici vivi che favoriscono la digestione e prevengono le infezioni intestinali. In commercio, lo yogurt si può trovare unito alla frutta e ai cereali, che servono principalmente per attenuare il suo normale sapore acido.

La ricotta è un prodotto caseario impropriamente definito formaggio. Dopo la produzione del formaggio rimane un liquido chiamato siero. Il siero viene portato a una temperatura di 80-90 °C e quindi ricotto: le proteine rimaste coagulano e si addensano ottenendo in tal modo la ricotta.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali trattamenti termici subisce il latte? 2. Come si ottengono il burro e il formaggio? 3. A che cosa servono i fermenti lattici?

Lo yogurt, di consistenza cremosa e di sapore acidulo grazie alla contaminazione di fermenti lattici specifici, subisce un processo di fermentazione durante il quale il lattosio è trasformato in acido lattico. Le fasi della lavorazione comprendono la selezione degli ingredienti, la miscelazione, l’omogeneizzazione, il trattamento termico, l’inoculazione della coltura, la fermentazione e il confezionamento.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Il formaggio di malga Nelle zone montane alcune aziende zootecniche, nel periodo che va dalla fine di maggio a settembre, trasferiscono il bestiame all’alpeggio, a un’altitudine compresa tra 600 e 2 700 m. Qui gli animali vengono lasciati pascolare allo stato brado, nutrendosi delle erbe dei prati. Il latte che proviene dalla mungitura giornaliera viene lavorato sul posto nelle malghe per la produzione di burro, formaggio magro, formaggio grasso e ricotta. Fare il formaggio in malga era, e rimane, il miglior modo di conservare il latte prodotto sugli alpeggi. Il formaggio di malga ha una pasta dal colore giallo, con profumi e sapori determinati dalla composizione botanica dei pascoli e dalla flora locale. È un prodotto artigianale con caratteristiche che si differenziano a seconda del luogo e della mano del casaro. Le malghe e gli alpeggi contribuiscono al mantenimento del paesaggio di alta montagna, un sistema che merita grande attenzione.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE 2

Frollatura 3

Macellazione

Porzionamento e confezionamento

55. Carne, pesce, uova La carne

La carne bovina è quella maggiormente consumata. La macellazione si effettua presso particolari strutture, i mattatoi, solo dopo il controllo sanitario da parte dei veterinari. In seguito alla macellazione, le carni rosse richiedono un tempo di maturazione, detto frollatura, prima che possano essere consumate.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Frollatura: indica la stagionatura delle carni macellate per renderle più tenere e saporite.

Culatello

La carne è intesa come il tessuto muscolare degli animali da macello, da cortile e della selvaggina. Le carni si dividono in: • carni bianche, se provengono da animali giovani e contengono pochi grassi come vitelli, agnelli, capretti, polli, tacchini e conigli; • carni rosse, se si ottengono da animali adulti come tori, buoi, vacche, vitelloni e cavalli; • carni nere, se provengono da animali selvatici, chiamati selvaggina. Il valore commerciale della carne dipende dal tipo di taglio, dalla razza, dall’età dell’animale e dal modo in cui è stato nutrito; sotto il profilo nutrizionale, però, tutta la carne contiene lo stesso valore proteico. Altri nutrienti presenti nelle carni sono i minerali, come il ferro, e le vitamine del gruppo B.

I salumi La produzione dei salumi consiste nella lavorazione delle carni suine, talvolta miste ad altre carni, con l’aggiunta di ingredienti necessari alla conservazione o all’esaltazione di un particolare sapore. I prodotti che si trovano in commercio, in funzione del tipo di carne e della lavorazione, sono suddivisi in due categorie: insaccati e non insaccati. Salumi insaccati: si ottengono unendo alla carne, tritata più o meno finemente, sale come conservante e insaporitore, zuccheri per favorire la conservabilità, aromi e spezie per esaltare un particolare gusto, polvere di latte magro per migliorare la compattezza e l’omogeneità dell’impasto, nitriti e nitrati per esaltare la colorazione rossa e la conservabilità. Il tutto viene impastato con l’ausilio di apposite macchine e messo in un budello di origine naturale o artificiale. La carne così insaccata viene avviata alla stagionatura, che dura dai tre ai sei mesi all’interno di locali in cui si mantiene una temperatura di 11-15 °C con un’umidità dell’85%. Salumi non insaccati: vengono considerati tali le parti intere dell’animale sottoposte a vari metodi di conservazione e stagionate per lunghi periodi. I più diffusi sono: • prosciutto cotto, viene trattato con una salamoia e aromi vari e poi sottoposto a cottura per almeno 12 ore a 75 °C; • prosciutto crudo e pancetta, ottenuti con la salagione esterna seguita da un periodo di stagionatura di circa un anno; • speck, viene salato esternamente, sottoposto ad affumicatura per 20 giorni e stagionato per almeno 5 mesi; • coppa e culatello, vengono salati e successivamente insaccati in un budello naturale prima di passare alla fase della stagionatura.

Coppa Speck

Prosciutto crudo

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Bresaola

Prosciutto cotto

I salumi non insaccati sono prodotti sottoponendo parti intere dell’animale a un processo di salagione e stagionatura, o cottura. Fra i salumi non insaccati ricordiamo il prosciutto crudo e cotto, la pancetta, lo speck, la coppa e la bresaola, che è il meno grasso fra i salumi, ottenuta da carne di manzo salata e stagionata.

Trasformazione degli alimenti

UNITÀ 2

I prodotti ittici

Si definiscono pesci azzurri quei pesci dalla colorazione blu scuro sul dorso e argentea sul ventre. Generalmente sono di piccole dimensioni e abbondano nei nostri mari. I più diffusi sono la sardina, l’acciuga o alice e lo sgombro, altri meno conosciuti sono l’aguglia, il cicerello, la costardella e il sugo o sugarello. Sono molto apprezzati per le qualità nutrizionali delle carni e sono economici rispetto ad altre specie ritenute più pregiate.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Tracciabilità: è il sistema

che permette di identificare le origini e tutte le fasi della filiera produttiva e distributiva di un alimento.

Tipologia di allevamento Biologico 0: le galline razzolano all’aperto per alcune ore al giorno. 1 gallina per 10 m2. All’aperto 1: le galline per alcune ore al giorno possono razzolare in un ambiente esterno. 1 gallina per 2,5 m2.

Sono classificati come prodotti ittici tutti i pesci, i crostacei (gamberi, aragoste, astici) e i molluschi (vongole, cozze) destinati all’alimentazione. La carne del pesce è ricca di proteine, sali minerali e vitamine. I prodotti ittici che si trovano in commercio possono provenire dalla pesca nel mare, da acqua dolce di fiume o di lago o da allevamenti. La conservazione per brevi periodi avviene con la refrigerazione, mentre per periodi più lunghi si pratica la surgelazione, che può anche essere effettuata direttamente sulle imbarcazioni al momento della pesca. Il pesce si presta anche a essere conservato mediante l’essiccazione e la salagione, oppure può essere lessato e messo sott’olio. Il pesce fresco che viene acquistato può essere conservato in frigorifero a 0 °C per pochi giorni, mentre quello surgelato può essere conservato nel freezer fino a 10 mesi.

Le uova

Le uova deposte dalle galline ovaiole costituiscono un alimento di largo uso. Forniscono una grande quantità di proteine, sali minerali e vitamine. Sono formate dal guscio, dall’albume e dal tuorlo. Oggi le uova in commercio, per garantire la tracciabilità del prodotto, devono riportare un codice alfanumerico tipico per ogni azienda produttrice. La commercializzazione delle uova prevede una suddivisione per categorie in base alla freschezza. • Categoria di qualità extra: le uova non devono avere più 7 giorni dalla data di Stato di Codice del comune produzione di produzione imballaggio. • Categoria A: sono uova fresche destinaProvincia di te al consumo umano. produzione • Categoria B: sono destinate alle indu1 IT 573 FC 001 strie alimentari e non alimentari. ENTRO 29/09

A terra 2: le galline si muovono solitamente all’interno di un capannone. 7 galline per 1 m2. In gabbia (o batteria) 3: le galline si trovano in gabbia, dove depositano le uova su un nastro trasportatore che le porta direttamente al confezionamento. 25 galline per 1 m2.

Allevamento in cui la gallina ha deposto l’uovo

Consumare entro il giorno/mese

Le uova possono essere classificate anche in base al peso: 65-70 g; 60-65 g; 55-50 g. Oltre e essere consumate fresche, le uova vengono disidratate e impiegate nell’industria alimentare per la preparazione di prodotti dolciari, maionese, pasta all’uovo.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la differenza tra salumi insaccati e non insaccati? 2. C ome si ottengono gli insaccati? 3. Q uali sono i prodotti ittici? 4. C he cosa si intende per tracciabilità delle uova?

L’uovo: non solo alimento Quando pensiamo all’uovo immaginiamo un prodotto esclusivamente destinato all’alimentazione. Ma non è sempre così: l’uovo, infatti, è utilizzato come ingrediente per ottenere molte altre cose. Essiccato è utilissimo nella cosmesi, come emolliente e ammorbidente negli shampoo e nelle maschere di bellezza; in particolar modo l’albume essiccato ha proprietà schiarenti e leviganti (serve ancora nella lavorazione di carta, pelli, fibre tessili). I grandi pittori devono molto all’uovo in quanto, fino al XVIII secolo, il tuorlo fu usato come emulsionante e legante per preparare i colori con i pigmenti che difficilmente si univano. Rimanendo in tema artistico non si può non citare il grande Leonardo che, per dipingere l’Ultima Cena, unì ai colori a olio anche l’uovo.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

56. Oli PAROLE DELLA TECNOLOGIA Drupe: sono frutti con la

parte esterna sottile, la parte centrale carnosa e la parte interna legnosa (nocciolo).

Gli oli sono sostanze grasse di origine vegetale: possono derivare dai semi (soia, arachidi, nocciola, cacao), dal germe (mais) o dai frutti (oliva, palma da olio). Gli oli e i grassi alimentari in genere sono parte integrante del fabbisogno nutritivo umano: svolgono la funzione energetica, sono ricchi di vitamine, offrono una sensazione di sazietà, rendono i cibi più strutturati e appetibili.

L'olio dalle olive

Tra ottobre e dicembre, dopo aver steso delle reti sotto le piante degli olivi, viene effettuata la raccolta. Questa può avvenire mediante brucatura, cioè a mano, oppure con la bacchiatura, scuotendo i rami con lunghi bastoni o con apposite macchine che provocano il distacco delle drupe.

Le olive vengono pulite e lavate e vengono tolte le foglie rimaste dalla raccolta.

L’olio d’oliva è un prodotto che si ottiene con la spremitura delle olive. Il suo uso era conosciuto dagli Egizi già nel 2500 a.C. La coltivazione di ulivi per la produzione di olio d’oliva è diffusa principalmente nei Paesi dell’area mediterranea come Spagna, Italia, Grecia e, tra i Paesi non europei, in Siria, Tunisia, Turchia e Marocco. La produzione ha inizio con la raccolta delle drupe. Con questa operazione, assieme alle olive cadono molte foglie, per cui è necessario eseguire una defogliazione prima del passaggio al frantoio. Dopo un lavaggio per eliminare ogni tipo di residuo, le olive subiscono la frangitura, o molitura, che le trasforma in una pasta di colore scuro. La frangitura deve avvenire a breve distanza dalla raccolta, al massimo entro tre giorni; diversamente, la qualità dell’olio diventa scadente. Fa seguito la gramolatura, che consiste nel mescolare la pasta rendendola più omogenea. Segue la fase di spremitura, effettuata a freddo, a temperatura ambiente; in questo caso si ottiene un olio di altissima qualità che mantiene inalterate tutte le proprietà organolettiche tipiche del prodotto. Segue la centrifugazione per eliminare l’acqua presente, infine l’olio viene filtrato e confezionato.

› La produzione dell’olio d’oliva 2  Frangitura In questa fase le olive, compresi i noccioli, vengono frantumate con le tradizionali macine in pietra o con frangitoi a martelli. Si ottiene una pasta.

3  Gramolatura La pasta di olive viene rimescolata continuamente con lo scopo di favorire l’unione delle goccioline d’olio. 4  Spremitura La pasta di olive viene posta su dischi in metallo, i quali vengono impilati uno sull’altro e posti in una pressa meccanica per la spremitura; in questo modo si ottiene il mosto.

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Centrifugazione Il mosto viene centrifugato per separare l’olio dall’acqua di vegetazione. 5

6  L’olio viene filtrato. Quello che si ottiene è l’olio extravergine d’oliva. Viene quindi imbottigliato in bottiglie scure o in taniche di latta per proteggerlo dalla luce.

Trasformazione degli alimenti PUNTI DI DOMANDA 1. C ome avviene la produzione dell’olio d’oliva? 2. D a quali piante si ricava l’olio di semi?

L’olio di girasole si ricava dalla spremitura dei semi di una pianta molto diffusa a livello mondiale, tanto che è al secondo posto, dopo la soia, tra le piante produttrici di oli.

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Gli oli sono classificati in funzione del tipo di spremitura e, soprattutto, in base all’acidità. Sono suddivisi in olio extravergine d’oliva, di categoria superiore, in cui l’acidità in acido oleico (che caratterizza il gusto) non può essere superiore allo 0,8%; olio vergine d’oliva, in cui l’acidità ammessa è fino al 2%. Gli oli extravergini e vergini, in cui non si altera la composizione naturale del frutto, sono estratti dalla polpa delle olive senza l’uso di solventi o altri trattamenti e non sono miscelati con altri oli. Vi sono poi l’olio d’oliva, che è una miscela di olio raffinato e oli vergini (o extravergini) in piccole quantità e la cui acidità massima è dell’1%; l’olio vergine d’oliva lampante (raffinato), che non è impiegato per usi alimentari, ha un’acidità superiore al 2% e un aroma sgradevole. Altri oli d’oliva si ottengono con procedimenti chimici a partire dalla sansa, ossia ciò che rimane delle olive dopo avere estratto l’olio (parte di polpa, nocciolo e minima percentuale di olio). L’olio di sansa grezzo, estratto con un solvente dalla sansa, non è commestibile e deve essere sottoposto a raffinazione; l’olio di sansa raffinato è destinato solo a usi industriali e non può essere venduto al consumatore; l’olio di sansa d’oliva è una miscela di olio di sansa raffinato e piccole quantità di olio vergine, la cui acidità massima è dell’1%.

L'olio di semi Oltre che dalle olive, l’olio può essere estratto dai semi di alcune piante oleifere, come il girasole, il mais, l’arachide, la soia. Per quanto riguarda gli oli di semi, in Italia vengono commercializzati con la dicitura «Olio di semi di…» se sono estratti da un’unica tipologia di seme, oppure «Olio di semi vari» se si tratta di una miscela.

L'olio di girasole Dai semi del girasole si può estrarre un olio chiaro, grasso e dall’elevato potere energetico, ricco di acido oleico. Per le sue caratteristiche viene comunemente impiegato per la frittura degli alimenti. L'olio di palma L’olio di palma si ricava dai frutti e dai semi dell’omonima pianta, coltivata nelle zone tropicali del continente americano e soprattutto in Malesia e Indonesia. Per il suo basso costo viene ampiamente utilizzato nell’industria alimentare, in quella dolciaria e nella cosmetica. La margarina La margarina è un’emulsione di grassi e acqua. I grassi utilizzati sono di origine vegetale e si utilizza prevalentemente olio di mais, di girasole, di soia, di arachide, di cocco e di palma. Gli oli miscelati vengono emulsionati con acqua, sale e altri additivi alimentari per la conservazione e per raggiungere la consistenza desiderata. Si procede poi con la pastorizzazione per garantire che il prodotto si mantenga in buone condizioni igieniche. Viene infine confezionato in panetti. La margarina è usata in cucina come sostituto economico del burro.

L'olio di arachidi L’olio che si ricava dai semi di arachide lasciati a macerare è impiegato in cucina per la frittura degli alimenti. Tra gli oli di semi è il più pregiato e ha qualità simili a quelle dell’olio d’oliva. A livello industriale è utilizzato per la produzione di maionese e margarina. L'olio di mais L’olio di mais viene estratto dal germe racchiuso nelle cariossidi, cioè i chicchi, della pianta del mais. Nonostante dai suoi semi si ottengano basse percentuali di olio, data la grande diffusione di questo cereale largamente coltivato, risulta conveniente recuperare il germe da cui estrarre l’olio. L’olio di mais possiede caratteristiche che lo rendono indicato per l’alimentazione umana e migliora le sue proprietà in seguito a un processo di raffinazione, grazie al quale acquisisce limpidezza, chiarezza, sapore neutro e resistenza all’ossidazione. Meno adatto per la frittura rispetto all’olio di oliva, di girasole o di arachide, l’olio di mais può essere impiegato come condimento da tavola. Viene anche utilizzato per la produzione di margarine.

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AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

57. Bevande Le acque minerali La definizione di acque minerali è riservata a tutte le acque che, quando vengono prelevate da una sorgente, sono già potabili e non devono essere sottoposte ad alcun trattamento chimico per modificare la composizione organolettica. Possono essere naturali o gassate.

Non tutti gli acquedotti comunali forniscono acqua di buona qualità, ma in molte città italiane l’acqua del rubinetto è buona e sicura quanto quella venduta in bottiglia.

Le acque minerali naturali sono distinte in: • acque oligominerali, contengono un basso contenuto di sali minerali disciolti, in quantità non superiori a 500 milligrammi per litro. Svolgono una funzione diuretica e sono povere di sodio, quindi adatte a chi ha la pressione arteriosa alta; • acque mediominerali, contengono una buona percentuale di sali minerali come calcio, ferro, sodio, cloro e altri elementi; i sali disciolti sono compresi tra 500 e 1 500 milligrammi per litro. Sono indicate per le persone che hanno carenza di sali minerali; • acque minerali, hanno un valore di sali superiore a 1 500 milligrammi per litro. Data l’alta percentuale di uno o più elementi minerali, devono essere bevute dietro consiglio medico perché svolgono una funzione curativa. Le acque minerali gassate sono effervescenti naturali, ovvero leggermente frizzanti alla sorgente oppure gassate artificialmente dalle industrie, con l’aggiunta di biossido di carbonio, comunemente conosciuto come anidride carbonica o CO2. Le bollicine conferiscono un sapore gradevole all’acqua e, in alcuni casi, svolgono una funzione digestiva. Le acqua minerali si differenziano dall’acqua potabile perché questa può essere prelevata dai laghi, dai fiumi o dalle falde superficiali e spesso viene sottoposta a trattamenti chimico-fisici per garantirne la potabilità.

Le bibite gassate Le bibite gassate devono la loro caratteristica effervescenza alla presenza del biossido di carbonio e possono essere catalogate come: • gazzosa e spuma, sono bibite molto aromatizzate; • bevande gassate, hanno sapore di frutta; le più diffuse sono le limonate, le aranciate e i chinotti; • acqua tonica, dal gusto di limone; • cola, aromatizzata al caramello; è una bevanda a base di caffeina, pertanto ha un effetto stimolante sul sistema nervoso. PAROLE DELLA TECNOLOGIA Raspi: si tratta di ciò che resta del grappolo una volta tolti gli acini. Vinacce: sono il residuo della spremitura dell’uva utilizzato per ottenere un distillato chiamato grappa o acquavite. Macerazione carbonica: è un processo di fermentazione di grappoli interi, lasciati per più giorni in tini ricchi di anidride carbonica, fino a ottenere la trasformazione degli zuccheri in alcol.

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Tutte queste bibite contengono coloranti e molto zucchero. Prima dell’imbottigliamento subiscono particolari processi chimici che eliminano batteri e lieviti per facilitarne la conservazione. Le bibite devono essere tenute lontane da fonti di calore perché potrebbero verificarsi alterazioni nel sapore e nel colore.

I succhi di frutta I succhi di frutta sono il risultato della spremitura, con metodi industriali, di uno o più frutti. Dopo la raccolta, la frutta viene lavata, pressata e macinata fino a diventare una purea; viene poi centrifugata per eliminare i frammenti più grossolani e dopo l’aggiunta di un antiossidante viene pastorizzata. I succhi di frutta presenti sul mercato possono essere: • succo al 100%, non contiene zuccheri se non il fruttosio già presente nel frutto; riguarda frutti che contengono molta acqua per natura (arance, pompelmo, ananas);

Trasformazione degli alimenti Le bevande alcoliche contengono alcol etilico, una sostanza nociva per il corpo umano e che risulta tossica per i giovani al di sotto dei 18 anni, nei quali l’organismo non presenta ancora gli enzimi destinati alla metabolizzazione. In Italia la legge impedisce la vendita di alcolici ai minorenni.

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• succo da concentrato, ottenuto sottraendo l’acqua dalla frutta: il concentrato può essere così facilmente trasportato. Successivamente, negli impianti di trasformazione viene aggiunta la stessa quantità d’acqua tolta e il succo viene confezionato. I succhi a base di nettare di frutta contengono il 30-50% di succo o purea, a cui si aggiungono acqua ed eventualmente zucchero; questi succhi devono riportare una dicitura che espliciti la percentuale di frutta presente. Generalmente riguardano frutti come mele, pere, albicocche.

Il vino Il vino è il prodotto della fermentazione alcolica del mosto dell’uva. A maturazione avvenuta, tra luglio e ottobre l’uva viene vendemmiata meccanicamente o manualmente, e viene quindi portata in cantine dove inizia il processo di vinificazione, che dura fino a primavera.

› La produzione del vino 2 Fermentazione tumultuosa Il mosto viene posto in grossi tini e lasciato macerare con le bucce e i vinaccioli da 3 a 15 giorni. Il processo fermentativo trasforma gli zuccheri in alcol a opera di lieviti: funghi microscopici presenti sulle bucce dell’uva.

Pigiatura Con una macchina chiamata pigiatrice, gli acini d’uva vengono schiacciati e i raspi eliminati. Si ottiene il mosto, costituito dalla polpa, dalla parte liquida e dalle vinacce.

3 Nella produzione dei vini bianchi, le vinacce vengono eliminate subito dopo la pigiatura.

5 Fermentazione lenta Nei nuovi tini, il vino continua lentamente la fermentazione, poi entra in un periodo di riposo, fino a primavera, quando il liquido riprenderà a «vivere», completando la sua maturazione; contemporaneamente avviene la maturazione del vino che ne migliora il sapore, l’odore e il colore.

6 Alcuni vini possono essere posti in botti o barrique di rovere da alcuni mesi a più anni per l’invecchiamento.

Il vino novello è un tipo di vino ottenuto tramite la macerazione carbonica delle uve. Il vino novello viene messo in commercio a partire dal 6 novembre, quindi pochi mesi dopo la vendemmia.

7 Nella primavera dell’anno successivo il vino è pronto per il consumo e viene quindi imbottigliato. 4 Svinatura Terminata la fermentazione tumultuosa, si effettua la svinatura. Il mosto-vino viene separato dalle vinacce, filtrato e travasato in altri tini.

I vini sono generalmente classificati come: • rossi, ottenuti da uve rosse; • bianchi, ottenuti da uva bianca oppure da uva rossa eliminando subito le vinacce al momento della pigiatura; • rosati, ottenuti da uva rossa con una limitata macerazione in presenza delle vinacce. I vini sono distinti in vini da tavola, vini a denominazione di origine controllata (DOC), vini a denominazione di origine controllata e garantita (DOCG) e vini d’indicazione geografica tipica (IGT).

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AREA 4 Settore agroalimentare

La birra La birra è una bevanda alcolica prodotta mediante la cottura e la fermentazione di acqua e malto d’orzo, aromatizzati con il luppolo. In combinazione con l’orzo vengono a volte impiegati anche frumento, mais, riso e in alcuni Paesi anche avena, miglio, sorgo, patate. È una bevanda ricca di proteine, carboidrati e vitamine, pertanto viene considerata un alimento. Il grado alcolico che normalmente raggiunge è del 5%, ma vengono prodotte anche birre a bassa gradazione alcolica, che non superano l’1%. I chicchi d’orzo germogliati, seccati e tostati vengono macinati ottenendo il malto d’orzo. Dopo questa preparazione, che può avvenire anche in aziende esterne al birrificio, inizia il vero ciclo produttivo della birra. Le birre vengono suddivise in Ale, fermentate ad alta temperatura, e Lager, fermentate a bassa temperatura. Altre classificazioni riguardano il colore: chiare, rosse, scure; oppure la gradazione alcolica: doppio malto, light, analcoliche. Le Weisse, dall’aspetto chiaro e opaco, sono prodotte dalla fermentazione del frumento.

› La produzione della birra Al mosto viene aggiunto il fiore del luppolo, che conferisce il caratteristico sapore amarognolo. Il luppolo è un rampicante. A settembre si carica di infiorescenze verdi, che vengono poi utilizzate per aromatizzare la birra. Segue la bollitura in caldaie. 6

Nelle caldaie il malto viene miscelato con acqua e portato a circa 65 °C: si ottiene il mosto. 5

7 Il liquido viene raffreddato tra i 5 °C (bassa temperatura) e i 20 °C (alta temperatura) e successivamente viene filtrato.

Inizialmente i chicchi d’orzo vengono messi in un recipiente con acqua per alcuni giorni.

10 La birra viene quindi filtrata e confezionata in fusti, bottiglie e lattine.

L’orzo viene trasferito in un secondo recipiente per circa una settimana, fin quando non inizia a germogliare, emettendo una radichetta e una fogliolina.

9 Dopo una breve stagionatura di 4-5 settimane la birra è pronta.

3 Per arrestare la germinazione, l’orzo viene essiccato.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. P rova ad analizzare pregi e difetti dell’acqua del rubinetto e di quelle in bottiglia. Assaggia diversi tipi di acqua e compila una tabella con le tue osservazioni. 2. P repara degli schemi che riassumano i processi di produzione di vino e birra.

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Dopo averlo leggermente tostato e macinato si ottiene il malto d’orzo. 4

8 Posto in altri recipienti, al liquido vengono aggiunti i lieviti, come il Saccaromyces cerevisiae, che in qualche giorno trasformano gli zuccheri in alcol.

Il tè La pianta del tè, seppur coltivata in moltissime parti del mondo, ha mantenuto la maggiore produzione nei suoi luoghi di origine, come India, Cina e Sri Lanka, che godono di climi tropicali. Il tè si ottiene esclusivamente dalle foglie giovani (germogli), che mediamente vengono raccolte 3 o 4 volte all’anno, secondo diverse tecniche: a mano germoglio per germoglio, per ottenere la qualità migliore, oppure con delle macchine.

Trasformazione degli alimenti

UNITÀ 2

Nel processo di lavorazione del tè le foglie appena raccolte vengono appassite per eliminare l’umidità, accartocciate e poi lasciate fermentare, così da sviluppare l’aroma e assumere una colorazione bruna. Segue l’essiccamento per ottenere il tè nero. Per ottenere il tè verde si seguono le stesse fasi, a esclusione della fermentazione. Alcuni tipi di tè contengono i fiori odorosi di alcune piante, che conferiscono specifici aromi.

Il tè si ottiene dalla pianta di Camellia sinensis, una pianta sempreverde. Pur appartenendo alla stessa famiglia delle camelie, i suoi fiori non sono così attraenti come quelli che adornano i nostri giardini in primavera.

Dai chicchi di caffè macinati si ottiene la nota bevanda che, grazie alla caffeina, ha un’azione stimolante sul sistema nervoso. Con un procedimento industriale che sfrutta il vapore e solventi organici, dai chicchi può essere tolta la caffeina ottenendo il caffè decaffeinato.

La cioccolata è una bevanda calda a base di polvere di cacao, ottenuta dalla frantumazione dei semi della pianta del cacao, a cui si aggiungono zucchero e latte o acqua. Oltre che nella versione classica, viene preparata anche in diverse miscele aromatizzate, ad esempio alla cannella, allo zenzero, al peperoncino.

Il caffè Commercialmente la denominazione di caffè è riferita ai semi di un arbusto originario dell’Etiopia. Le maggiori piantagioni si trovano nelle regioni tropicali, principalmente in Africa centrale, America centro-meridionale e Indonesia. L’altezza naturale della pianta può raggiungere gli 8 metri, ma per facilitare la raccolta meccanica dei frutti viene mantenuta dagli agricoltori a 3 metri. Ogni drupa contiene due semi di caffè. Dopo la raccolta, per favorire la separazione dell’involucro esterno, le drupe, di colore verdastro, vengono lasciate seccare oppure, dopo 24 ore a bagno nell’acqua, si procede all’eliminazione con cilindri dentati. Si ottengono così i chicchi di caffè. I semi, confezionati in sacchi generalmente di juta, vengono esportati e venduti in tutto il mondo. Le industrie di torrefazione acquistano il caffè in grani. I grani vengono sottoposti a una temperatura di circa 250 °C che li disidrata, fino ad arrostirli (tostatura o torrefazione). Il caffè viene quindi confezionato in grani oppure macinato e messo sul mercato. Le qualità di caffè più vendute sono l’Arabica e la Robusta. La qualità Arabica, originaria dell’Etiopia, è aromatica e dal sapore delicato; la qualità Robusta, prevalentemente coltivata in Asia e Africa, è più amara, ha un sapore più robusto e contiene più caffeina. Il caffè in commercio è generalmente una miscela di chicchi di diversa provenienza.

Il cacao Il cacao è una pianta originaria dell’America centrale, oggi coltivata anche in America meridionale e in Africa. Dai frutti della pianta si estraggono i semi, che vengono fatti fermentare e seccare. Seguono la tostatura e la frantumazione, da cui si ottiene la polvere di cacao utilizzata per il cioccolato. Con la pressatura si ricava il burro di cacao, usato come ingrediente per il cioccolato e nella cosmesi.

CITTADINANZA ATTIVA Il commercio equo e solidale La coltivazione di tè e caffè avviene in piantagioni monocolturali spesso gestite da multinazionali che, per ottenere il massimo profitto, provocano gravi danni all’ambiente: intere aree di foresta, situate prevalentemente nei Paesi in via di sviluppo, vengono distrutte per far posto alle piantagioni, dove si utilizzano spesso pesticidi pericolosi. Il commercio equo (fair trade) è una forma di attività commerciale, nella quale l’obiettivo primario non è la massimizzazione del profitto ma la lotta allo sfruttamento. Quindi privilegia l’acquisto direttamente presso produttori che praticano coltivazioni sostenibili offrendo trattamenti economici e sociali equi e rispettosi.

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IN BREVE LEZIONE 53

LEZIONE 54

LEZIONE 55

LEZIONE 56

Oli Gli oli sono sostanze grasse di origine vegetale. L’olio di oliva si ottiene dalla spremitura delle olive. In base all’acidità, prende il nome di olio extravergine d’oliva, olio vergine d’oliva, olio d’oliva. Oltre alle olive, l’olio può essere estratto dai semi di altre piante: girasole, palma, arachidi, mais. La margarina è un’emulsione di grassi vegetali con acqua, sale e additivi alimentari.

LEZIONE 57

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Trasformazione degli alimenti

ESERCIZI Conoscenze

6. Inserisci i termini mancanti.

1. Completa lo schema relativo alle fasi della panificazione. 2. .............................................. 4. ..............................................

1. impasto 3. ..............................................

1. Il codice alfanumerico sulle uova ne garantisce la 2. La macellazione degli animali avviene nei

2. Inserisci i termini mancanti.

2. La pasta

di grano duro.

..............................................

..........................................

..............................................

4. La carne è intesa come il .............................................. degli animali da

1. La pasta è un alimento che si ottiene mescolando con ac..............................................

......................

3. Il tempo di maturazione della carne rossa, dopo la macellazione, prende il nome di

qua la

UNITÀ 2

macello, da cortile e della selvaggina. 5. Per prodotti

contiene una percentuale mas-

sima di umidità del 12,5%.

..............................................

si intendono tutti i pesci, i

crostacei e i molluschi destinati all’alimentazione. 7. Metti in ordine, partendo dalla categoria superiore, gli oli elencati.

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

a. olio d’oliva c. olio di sansa d’oliva 1. .............................................. 3. ..............................................

b. olio vergine d’oliva d. olio extravergine d’oliva 2. .............................................. 4. ..............................................

1. Il burro si ottiene dal siero del latte.

2. Il termine latte si riferisce solo a quello fornito dalle mucche.

3. Il caglio è un formaggio fermentato.

4. Il latte può essere sottoposto a sterilizzazione.

8. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

5. Il burro si ricava dal grasso del maiale.

energetica – alimenti – semi – grassi – cucina – oli

6. Per ottenere il formaggio è necessario il caglio.

Gli ............................................ sono sostanze di origine vegetale: possono derivare da semi, da germe o da frutti; come tutti i

4. Scegli l’alternativa corretta.

svolgono una funzione

1. Dalla centrifugazione del latte si ottiene a  la panna b  il siero

Gli oli ottenuti dai

2. Durante la produzione del formaggio, all’impasto possono essere aggiunti a  fermenti lattici b  frutta fresca

..............................................

nell’organismo.

di alcune piante oleifere

..............................................

come arachidi e girasole sono molto utilizzati in per la frittura degli

..............................................

...............................

.......................................

9. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

5. Scegli l’alternativa corretta.

1. L’acqua gassata prevede l’aggiunta di CO2.

1. Tra le carni rosse vi è anche quella dei a  vitelloni b  capretti

2. L’acqua oligominerale contiene molti sali minerali.

3. Una delle fasi di produzione della birra è la fermentazione tumultuosa.

4. Il caffè è originario dell’Etiopia.

5. L’orzo è un ingrediente della birra.

6. La birra è considerata un alimento.

2. Il pesce azzurro prende il suo nome dal colore a  del dorso b  degli occhi 3. Alla categoria B appartengono le uova destinate a  all’industria b  al consumo domestico

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UNITÀ

AREA 4 Settore Settore agroalimentare agroalimentare

3 Conservazione degli alimenti

LINK ➜ STORIA Dal momento in cui l’uomo imparò a coltivare la terra, si rese necessario conservarne i prodotti per sopravvivere nei periodi invernali o di carestia. Così, nel corso del tempo, ha utilizzato quanto offriva la natura: il freddo della neve per congelare, il calore del Sole per essiccare e il fuoco per affumicare. Con il passare dei secoli furono scoperti e via via migliorati altri metodi, come l’uso del sale, dell’aceto e delle sostanze grasse e dolci. Oggi, grazie alla tecnologia, l’uomo può utilizzare nuovi sistemi di conservazione come, ad esempio, la catena del freddo.

LEZIONE

58. Metodi di conservazione La conservazione degli alimenti consiste nel prolungare la vita di un alimento alterando in maniera minima le sue caratteristiche, per conservarne gusto, aroma, aspetto e consistenza e prevenire il suo deterioramento. Per garantire che al consumatore giungano prodotti sani, gli alimenti devono passare attraverso processi in grado di eliminare i microrganismi presenti negli alimenti o prevenire la loro moltiplicazione. A livello sia industriale sia artigianale, ci sono diversi metodi di conservazione degli alimenti. Per comodità vengono divisi in metodi fisici e metodi chimici. I primi si basano prevalentemente sull’utilizzo di alte o basse temperature. I secondi prevedono, invece, l’aggiunta di sostanze naturali o artificiali, che impediscano l’accrescimento dei microrganismi. È bene ricordare che i prodotti che subiscono i processi di conservazione hanno comunque un tempo limitato di commestibilità, oltre il quale non è consigliato il loro consumo, in quanto potrebbero causare infezioni o intossicazioni anche gravi.

TECNICHE DI CONSERVAZIONE

Metodi fisici

Freddo Refrigerazione, congelazione, surgelazione

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Calore

Disidratazione

Pastorizzazione, sterilizzazione, UHT

Essiccamento, concentrazione, liofilizzazione, affumicatura

Metodi chimici

Atmosfera modificata Atmosfera controllata, atmosfera protettiva, sottovuoto

Irraggiamento Radiazioni ionizzanti

Additivi naturali Sale, zucchero, alcol etilico, aceto, olio

Additivi chimici Conservanti, antiossidanti, correttori di acidità, addensanti

Conservazione degli alimenti

UNITÀ 3

La conservazione domestica In ambito domestico il frigorifero è uno dei luoghi più adatti per conservare gli alimenti: grazie alla bassa temperatura, infatti, essi si mantengono freschi e si deteriorano più lentamente, senza perdere le proprie caratteristiche. Bisogna considerare che la temperatura all’interno del frigorifero non è uguale in tutti i punti: il cassetto in basso, ad esempio, fa registrare 10 °C, mentre la mensola centrale scende fino a 5 °C e quella in alto arriva a 2 °C. È importante conoscere queste informazioni per poter posizionare gli alimenti nella zona corretta di temperatura.

Dove posizionare gli alimenti Cibi come carne e pesce andrebbero conservati sulla mensola più in alto, a 2 °C, perché tale temperatura permette di mantenere integra la loro freschezza più a lungo. Gli scompartimenti laterali vanno utilizzati per le uova, il burro, la maionese e per tutti i prodotti che necessitano di stare in frigorifero solo dopo l’apertura: qui la temperatura è più elevata e va dai 10 °C ai 15 °C. Frutta e verdure vanno conservate nell’ultimo cassetto in basso perché non richiedono temperature troppo basse, che anzi potrebbero addirittura rivelarsi dannose.

Come utilizzare il frigorifero • È buona regola non riempire il frigorifero: per garantire una corretta temperatura è necessario che l’aria possa circolare senza ostacoli. • Non inserire alimenti ancora caldi perché farebbero alzare la temperatura all’interno. • Coprire con un panno pulito gli alimenti freschi per evitare che perdano il sapore. • Conservare gli avanzi di cibo in contenitori puliti di ceramica o vetro, dotati di coperchio, oppure utilizzare una pellicola per avvolgerli; non lasciarli mai in pentole. • Non lasciare avanzi di cibo all’interno di barattoli o scatolette di latta. Prima di posizionare gli alimenti in frigorifero è bene controllare la data di scadenza e posizionare in evidenza quelli che scadranno a breve.

La conservazione con il freddo Ricorda che non bisogna mai ricongelare un prodotto scongelato. Ripetendo il processo di congelazione, infatti, si può provocare la moltiplicazione della carica batterica e causare quindi una forte contaminazione dell’alimento e possibili patologie a seguito del consumo.

Il freddo non ha la capacità di distruggere i batteri, ma è in grado di rallentare il loro ciclo vitale o sospenderlo temporaneamente. La conservazione con il freddo può avvenire tramite refrigerazione, congelazione e surgelazione.

La refrigerazione La refrigerazione utilizza un ambiente di conservazione, il frigorifero, a una temperatura compresa tra 0 e +4 °C. Ciò permette di conservare alimenti freschi come latticini, carne, frutta, verdura e alimenti cotti per un tempo relativamente breve. La congelazione I prodotti congelati vengono portati a una temperatura tra –18 e –20 °C. Con questa tecnica la moltiplicazione microbica si arresta, però negli alimenti si formano grossi cristalli di ghiaccio che possono rompere la membrana esterna del prodotto. Durante lo scongelamento si verifica una perdita di liquido dell’alimento, con conseguente eliminazione delle sostanze nutritive. La surgelazione Nella surgelazione l’alimento viene portato alla temperatura di –30 °C in tempi rapidissimi. L’acqua dell’alimento si trasforma in piccoli cristalli che non alterano la struttura del prodotto. Il principio di conservazione mantiene quasi inalterato il suo valore nutritivo, il sapore e l’aspetto.

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AREA 4 Settore agroalimentare PAROLE DELLA TECNOLOGIA Mezzi criogeni: sono

sostanze refrigeranti in grado di produrre temperature bassissime. Spore: sono cellule che danno vita a un nuovo organismo.

Per la surgelazione si utilizzano alimenti rigorosamente freschi. Il periodo di conservabilità per i singoli prodotti varia da 3 a 12 mesi; sulla confezione sono indicati sia il modo di conservazione sia le modalità di preparazione. La produzione degli alimenti surgelati avviene all’interno di stabilimenti autorizzati dalle autorità competenti. Per i prodotti della pesca si possono effettuare operazioni preliminari (decapitazione, depinnazione, eviscerazione…) a bordo delle navi, purché seguite da immediata surgelazione e da idoneo confezionamento, anche temporaneo. I mezzi criogeni che possono essere usati per il contatto diretto con gli alimenti sono aria, azoto e anidride carbonica. Gli alimenti surgelati devono essere confezionati con appositi imballaggi (chiusi dal fabbricante stesso o da un apposito confezionatore), costituiti da materiale idoneo a proteggere il prodotto dalle varie contaminazioni e dalla disidratazione.

La catena del freddo La catena del freddo è l’insieme delle attività e delle attrezzature che riguardano il trasporto, la conservazione, la distribuzione e la vendita degli alimenti surgelati. Il fine ultimo di tale sistema è impedire che si verifichino danni alla qualità degli alimenti surgelati e alla salute del consumatore. In ambito domestico la temperatura degli alimenti surgelati deve essere mantenuta a un valore non inferiore a –18 °C.

1 Impianto industriale di trasformazione 2 Trasporto –30/–25 °C con camion frigo –25 °C

3 Deposito –30/–25 °C

6 Conservazione domestica –18 °C 5 Esposizione presso il punto vendita –20 °C

Il latte pastorizzato viene distribuito in confezioni di cartoncino plastificato (Tetra Pak) o bottiglie in plastica (PET), che hanno ormai quasi completamente soppiantato i recipienti in vetro.

Trasporto con camion frigo –25 °C

La conservazione con il calore Il metodo della conservazione degli alimenti mediante il calore è sempre stato il più diffuso perché permette la distruzione, e non solo il rallentamento, della proliferazione di batteri e microbi. La conservazione con il calore può avvenire tramite diversi sistemi: la pastorizzazione, la sterilizzazione e l’UHT.

La pastorizzazione La pastorizzazione, un metodo messo a punto dallo scienziato francese Louis Pasteur, consiste nel sottoporre l’alimento, per alcuni secondi, a una temperatura compresa tra 70 e 75 °C e poi raffreddarlo velocemente. Si tratta di un processo che distrugge solo alcuni tipi di microrganismi, mentre le spore rimangono attive, generando in breve nuovi microbi. Per questo la pastorizzazione fornisce una conservazione limitata nel tempo, ma importantissima perché mantiene alto il valore nutrizionale dell’alimento. La pastorizzazione si usa in modo particolare per il latte, il vino e tutti i prodotti liquidi.

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Conservazione degli alimenti PAROLE DELLA TECNOLOGIA Autoclave: è un recipiente a

chiusura ermetica nel quale si raggiungono temperature superiori a 100 °C.

UNITÀ 3

La sterilizzazione Nel 1810 il francese Nicolas Appert inventò il procedimento di conservazione per sterilizzazione sottoponendo a ebollizione un cibo chiuso all’interno di un contenitore sigillato. Da allora la sterilizzazione ha subìto notevoli innovazioni tecnologiche, ma il metodo utilizza ancora lo stesso principio di base: si mette il prodotto da conservare in un contenitore a chiusura ermetica e lo si sottopone successivamente all’azione del calore in un apposito forno, per pochi secondi, a una temperatura compresa tra 110 e 150 °C. Successivamente viene messo in un’autoclave per 15-20 minuti a una temperatura compresa tra 120 e 130 °C. In questo modo avviene la distruzione di tutti i microrganismi e delle loro tossine pericolose per la salute dell’uomo. I prodotti sterilizzati possono essere conservati per sei mesi. L'UHT (Ultra High Temperature) L’UHT è un tipo di conservazione simile alla sterilizzazione, ma meno energico. Il latte, ad esempio, viene sottoposto a una temperatura di 135 °C per 2-5 secondi e viene poi riportato a temperatura ambiente, così che tutti i microrganismi vengano eliminati. La sua conservabilità ha una durata di tre mesi, anche a temperatura ambiente.

La conservazione per disidratazione Si tratta di un metodo di conservazione basato sulla disidratazione (sottrazione di acqua), parziale o totale, dell’alimento. È nell’acqua, infatti, che si riproducono i microrganismi e gli enzimi indesiderati. Un tempo si procedeva facendo evaporare l’acqua tramite l’esposizione al Sole, al vento o con cotture lente. Oggi, invece, si ricorre a tecniche più efficaci.

Baccalà e stoccafisso sono due differenti lavorazioni del merluzzo. Lo stoccafisso è essiccato all’aria, senza aggiunta di sale. La sua produzione avviene nei mesi tra febbraio e marzo nel Nord della Norvegia, dove si trovano le condizioni atmosferiche giuste per essiccarlo all’aperto. Il baccalà è merluzzo aperto, pulito e conservato sotto sale. In alcune regioni d’Italia, però, il merluzzo seccato viene chiamato baccalà e quello salato stoccafisso.

La concentrazione mantiene inalterate le caratteristiche organolettiche dell’alimento. Inoltre, diminuisce il peso e l’ingombro degli alimenti, rendendone più economico il trasporto e l’immagazzinamento.

L'essiccamento L’essiccamento è il più antico metodo di conservazione usato dall’uomo. Si basa sull’eliminazione dell’acqua dai cibi freschi per effetto del calore. Tale metodo utilizza l’azione del Sole nella conservazione artigianale e si serve di speciali forni in quella industriale. Quest’ultimo è il metodo più usato perché offre maggiore sicurezza alimentare. Il procedimento ha lo scopo di rendere l’alimento privo di acqua e quindi non ospitale per la moltiplicazione dei germi responsabili delle alterazioni alimentari. I prodotti come frutta, verdura, carne, pesce e funghi sottoposti a essiccamento perdono il loro aspetto originario perché raggrinziscono e diventano secchi, duri e in alcuni casi anche fragili.

La concentrazione La concentrazione consiste nell’eliminazione dell’acqua contenuta nell’alimento eccetto quella legata all’amido e alle proteine dei vari alimenti. La concentrazione da sola non garantisce una maggiore conservabilità dell’alimento, per questo motivo è associata ad altre forme di conservazione, come la sterilizzazione o la pastorizzazione. La tecnica più utilizzata per produrre alimenti concentrati avviene per evaporazione: l’alimento viene messo sottovuoto in appositi impianti, a una temperatura di circa 40 °C che fa evaporare parte dell’acqua presente. I prodotti sottoposti a concentrazione sono i pomodori, i succhi di frutta, il latte, i formaggi e la carne.

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AREA 4 Settore agroalimentare

Prima di consumare i prodotti liofilizzati è sufficiente aggiungere l’acqua, che viene assorbita con molta facilità. La liofilizzazione è praticata per le uova, la carne, le verdure, il latte, il tè e il caffè.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Sublimazione: è il

passaggio della materia dallo stato solido direttamente a quello gassoso.

La liofilizzazione La liofilizzazione è un metodo che si basa sul principio dell’eliminazione completa dell’acqua dagli alimenti per impedire così ai microbi di riprodursi. Inizialmente gli alimenti vengono ridotti in piccole porzioni; vengono poi surgelati a una temperatura compresa tra –30 e –40 °C e successivamente sono riscaldati in un ambiente sottovuoto, quindi in assenza di aria. In queste condizioni il ghiaccio sublima, passando direttamente dallo stato solido a quello di vapore. L’alimento viene infine confezionato in buste ermetiche. Tale processo è un’ottima garanzia di genuinità e di conservazione perché non necessita di aggiunte di conservanti o additivi e tutti i principi nutritivi rimangono praticamente inalterati. I prodotti liofilizzati, che si presentano sotto forma di polvere, granuli o in piccoli pezzi, sono molto leggeri, facilmente trasportabili e possono essere conservati a temperatura ambiente.

L'affumicatura L’affumicatura è un processo di conservazione mediante il quale gli alimenti vengono esposti all’azione antisettica del fumo prodotto dalla combustione di legni aromatici (ginepro, abete, alloro, castagno). Questa tecnica viene utilizzata per dare un particolare sapore al prosciutto, al lardo, alla carne, alle salsicce, al pesce e ad alcuni formaggi come la provola, la scamorza e la ricotta.

La conservazione con modificazione dell'atmosfera Si tratta di una tecnica che ha lo scopo di evitare o limitare il contatto dell’ossigeno con la superficie dell’alimento da conservare.

L'atmosfera controllata Con il metodo dell’atmosfera controllata il prodotto viene conservato in confezioni chiuse ermeticamente, all’interno delle quali l’aria è sostituita con alcuni gas, miscelati in proporzioni variabili a seconda dell’alimento. Se il prodotto è mantenuto a una temperatura di 3-4 °C, il tempo di conservazione è di circa sei mesi. Per mettere un alimento sottovuoto si usa un’apparecchiatura dotata di una pompa aspirante che sottrae l’aria dalla confezione.

Il trattamento con radiazioni ionizzanti impedisce la germinazione delle patate e delle cipolle prolungandone la commercializzazione.

L'atmosfera protettiva In questi ultimi anni hanno trovato grande diffusione i prodotti confezionati in atmosfera protettiva o modificata, nella quale la concentrazione di ossigeno viene ridotta e, talvolta, viene anche aumentata quella di anidride carbonica, impedendo lo sviluppo dei microbi e prolungando il tempo di conservazione. I prodotti confezionati con questo metodo devono portare la dicitura «confezionato in atmosfera protettiva». Il sottovuoto La conservazione sottovuoto si realizza togliendo l’aria contenuta nella confezione, solitamente in plastica. A seconda del tipo, gli alimenti possono essere poi conservati a temperatura ambiente (caffè, arachidi) oppure in frigorifero (pasta fresca).

La conservazione per irraggiamento Questo tipo di trattamento impiega una tecnologia che usa radiazioni ionizzanti capaci di sterilizzare l’alimento senza l’impiego del calore. Le radiazioni ionizzanti, conosciute anche come radiazioni gamma, determinano sugli alimenti una distruzione dei microrganismi e di eventuali insetti infestanti, rallentando quindi il deterioramento del prodotto.

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Conservazione degli alimenti

UNITÀ 3

Questa tecnica viene quindi impiegata per ridurre la carica batterica in alimenti freschi e deperibili (come le carni, il pesce e le verdure, in particolare patate, cipolle e aglio) e per prolungarne la data di conservazione. Dal punto di vista della sicurezza alimentare, alcuni studi assicurano che le radiazioni del cobalto, attualmente utilizzate, non rilasciano radioattività negli alimenti trattati.

La conservazione con additivi naturali

La conservazione sott’olio ha lo scopo di isolare gli alimenti dal contatto con l’aria. In tal modo si inibisce la proliferazione dei batteri aerobi, ovvero i microrganismi che si sviluppano con l’ossigeno.

Questo metodo si attua aggiungendo alcune sostanze per contrastare la vita dei batteri, dei lieviti e delle muffe. Gli additivi sono sostanze che vengono aggiunte all’alimento per mantenere inalterate nel tempo le sue caratteristiche fisico-chimiche. Tra quelli naturali, i più utilizzati sono: • sale, diffuso per la conservazione delle carni (salumi) e del pesce; • zucchero, in dosi elevate, circa uguale al peso del prodotto, viene usato per le conserve di frutta (marmellate); • alcol etilico, dall’effetto sterilizzante; • aceto, che crea un ambiente acido, quindi non compatibile con la vita dei microrganismi; spesso è usato per le verdure (sottaceti); • olio, che non permette lo scambio di ossigeno, quindi impedisce la proliferazione dei microrganismi aerobi, cioè tutti quei microrganismi che vivono solo in presenza di ossigeno.

La conservazione con additivi chimici PAROLE DELLA TECNOLOGIA Battericida: che elimina i

batteri.

Le caramelle, così come molti altri alimenti, devono la loro colorazione variopinta ai coloranti di origine sintetica. Si tratta di sostanze non sempre innocue per la salute.

Tra gli additivi, i conservanti chimici per anni sono stati largamente usati per la loro azione battericida. Attualmente, grazie allo sviluppo di tecniche conservative come la surgelazione e la sterilizzazione, il loro uso è notevolmente diminuito. In alcuni casi sono addirittura spariti dai prodotti in commercio, con grande vantaggio per la salute del consumatore. Non c’è dubbio che oggi, rispetto al passato, la tecnologia garantisce prodotti di alta qualità sotto il profilo organolettico, nutrizionale, di sicurezza e di igiene. La presenza di additivi è indicata sulla confezione degli alimenti con una sigla formata dalla lettera E seguita da 3 cifre (per esempio E300: E indica la sigla dell’Europa, 300 la sigla dell’additivo). Il loro impiego è regolamentato da precise leggi europee e sono raggruppati in base alla loro funzione. • Coloranti da E100 a E199: conferiscono un aspetto più gradevole all’alimento. Ad esempio tartazina, cocciniglia, rosso barbabietola e caramello sono coloranti naturali compresi tra il 100 e il 163. • Conservanti da E200 a E299: aumentano la durata dei prodotti ostacolando lo sviluppo di microrganismi dannosi; ad esempio, la nisina e l’acido sorbico impediscono lo sviluppo di batteri e muffe. • Antiossidanti da E300 a E322: fermano il deterioramento degli alimenti causato dal contatto con l’ossigeno. • Correttori di acidità da E325 a E385: modificano l’acidità o l’alcalinità di un prodotto. • Addensanti ed emulsionanti da E400 a E495: aumentano la consistenza del prodotto; ad esempio, la funzione della colla di pesce è quella di far sì che un liquido assuma una consistenza gelatinosa. • Aromatizzanti: conferiscono al prodotto il sapore di ingredienti non usati o usati in piccola quantità. Ad esempio le caramelle e i dadi per il brodo contengono vari aromatizzanti. • Solfiti: prevengono l’ossidazione e sono usati nel vino, dove sono prodotti in modo naturale dalla fermentazione alcolica. La legge impone che sulle etichette sia riportata la dicitura «contiene solfiti» se la quantità presente supera i 10 mg/l, poiché sono allergenici e tossici.

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AREA 4 Settore agroalimentare

I cibi e le patologie È risaputo che consumando cibi crudi, o cotti male, in alcuni casi si può correre il rischio di contrarre delle pericolose malattie. Anche i cibi cotti, però, possono contenere una carica batterica che, a temperatura ambiente, dopo alcune ore può aumentare e causare qualche problema. Ci sono essenzialmente tre tipi di malattie alimentari: • le infezioni, che passano dall’intestino al sangue e causano febbre per 12-48 ore; • le intossicazioni, i cui sintomi sono diarrea e vomito, ma non febbre; • le tossinfezioni, che hanno doppio effetto sull’organismo, cioè febbre, vomito e dolori addominali. Poiché filtrano grandi quantità d’acqua, i molluschi trattengono agenti patogeni come virus e batteri, responsabili della trasmissione di molte malattie infettive, ad esempio tifo ed epatite virale. A essere nocivi non sono quindi i molluschi, ma le sostanze che involontariamente possono aver ingerito. Pertanto vanno consumati solo molluschi di provenienza controllata, e preferibilmente dopo averli cotti.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. M etti a confronto i metodi di conservazione di ieri e quelli di oggi e cerca di fare un’analisi, recuperando informazioni anche tramite interviste a degli adulti.

Le allergie alimentari e le intolleranze Le allergie alimentari sono una reazione immediata ed esagerata verso un alimento, scatenata dal proprio sistema immunitario. Gli alimenti responsabili della maggior parte delle allergie, nei bambini dipendono da latte, uova e arachidi, mentre negli adulti sono causati da frutta secca, pesci e molluschi. Anche gli additivi chimici sono spesso causa di un’allergia alimentare, in particolare coloranti, conservanti, antiossidanti ed esaltatori di sapore. Le allergie si manifestano con dolori gastrointestinali, reazioni cutanee e difficoltà respiratorie e, in alcuni casi, portano a shock anafilattico e morte. La maggior parte delle volte le allergie vengono confuse con le intolleranze alimentari, cioè reazioni tossiche a un alimento che non dipendono dall’intervento dei propri anticorpi. Le intolleranze più frequenti riguardano latte e derivati, cioccolato, uova e pomodori. Un’altra intolleranza comune è quella al glutine, definita celiachia. Per rilevare le intolleranze esistono numerosi test medici.

Le patologie alimentari

176

Anisakis

È un parassita che si annida nelle carni e nelle viscere dei pesci. Il pesce crudo per essere consumato in totale tranquillità deve essere «abbattuto», cioè posto almeno per 12 ore in un congelatore a –15 °C. Oggi è di moda mangiare pesce crudo; tuttavia, è meglio evitare di consumarlo se non viene garantito che è stato abbattuto. L’anisakis provoca nausea, vomito, diarrea e violenti dolori addominali.

Botulismo

Si contrae consumando cibi crudi o non adeguatamente sterilizzati (conserve casalinghe, carni, pesci, molluschi). È un’intossicazione molto grave che provoca nausea, vomito, difficoltà alla vista e alla parola; può portare alla morte.

Epatite virale

Può essere trasmessa dai frutti di mare, dall’acqua contaminata e dal consumo di verdure crude lavate con acqua contaminata. È una malattia che provoca gravi stati infiammatori a carico del fegato.

Salmonella

Si trasmette attraverso cibi crudi, poco cotti o lasciati molto tempo a temperatura ambiente (carne, uova, latte e derivati, pesce e molluschi). Provoca diarrea, vomito, dolori addominali e febbre.

Tifo

Si contrae soprattutto con il consumo di frutti di mare, verdure crude e lavate con acqua contaminata. Causa febbre, vomito e diarrea.

Conservazione degli alimenti

UNITÀ 3

LEZIONE

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali informazioni devono essere riportate sulle etichette alimentari? 2. A che cosa serve il codice a barre? 3. P erché è importante la data di scadenza degli alimenti?

59. Etichette alimentari Gli alimenti immessi sul mercato devono possedere una serie di requisiti informativi che vanno riportati obbligatoriamente sulla loro etichetta, che deve essere impressa sull’imballaggio o sulla fascetta del prodotto. Le indicazioni devono mettere in evidenza le caratteristiche essenziali dell’alimento e non indurre in errore l’acquirente circa la qualità e la composizione del prodotto. Secondo l’attuale legislazione, la commercializzazione degli alimenti confezionati e imballati prima della vendita è consentita solo se sull’etichetta sono presenti, in lingua italiana, precise indicazioni.

Lotto di appartenenza. È un numero preceduto dalla lettera L e indica un insieme di pezzi di una derrata alimentare che sono stati prodotti, trasformati e confezionati nelle medesime circostanze. È determinato dal produttore e permette di risalire a un dato momento della fabbricazione.

YOGURT INTERO BIOLOGICO ALBICOCCA Ingredienti: yogurt intero biologico (latte intero biologico, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus) 85%, zucchero di canna biologico, purea di albicocca biologica 3%, gelificante: pectina, aromi naturali, correttori di acidità: acido citrico, sodio tartrato.

Elenco degli ingredienti. È l’elenco, in ordine decrescente di peso, di tutte le sostanze, additivi compresi, utilizzate nella trasformazione del prodotto e ancora presenti, anche se modificati, in esso.

Denominazione di vendita. È il nome previsto per il prodotto dalle disposizioni comunitarie a esso applicabili; deve specificare lo stato fisico del prodotto e l’eventuale trattamento subìto (ad esempio in polvere, concentrato, surgelato, trattato con radiazioni ionizzanti...). Informazioni nutrizionali

Yogurt intero all’albicocca biologico

Valori nutrizionali medi per 100 g di prodotto Valore energetico

103 Kcal - 432 kj

Proteine

3,3 g

Carboidrati di cui zuccheri

14,8 g 13,4 g

Grassi di cui acidi grassi saturi

14,8 g 13,4 g

Fibre alimentari Sodio

0,0 g 0,06 g

Una porzione di yogurt contiene: kcal

Zuccheri

Grassi

118 15,4g 3,8g 6% 17% 5%

Prodotto da: Caseificio Franzetti Via della Repubblica 12 Ferrara

Altri grassi saturi

Sodio

2,6g 0,07g 13% 3%

Conservazione: conservare in frigorifero a +4 °C max. Da consumarsi entro 3 giorni dalla data di apertura

8 010795 202222

Luogo di origine e provenienza del prodotto

DA CONSUMARSI ENTRO:

Codice a barre. Consente l’identificazione automatica del prodotto. È formato da una serie di barre parallele e da numeri sottostanti. Quello più diffuso è l’EAN 13 (European Article Number) con tredici numeri che identificano il Paese produttore (i primi due numeri sono detti flag, ossia bandiera), il prodotto stesso e un sistema di controllo. Poi c’è l’EAN 8 per le superfici di imballaggio più piccole o i prodotti più semplici.

IT - BIO - 007 Agricoltura UE non UE ORGANISMO DI CONTROLLO AUTORIZZATO DAL MPAAF IT BIO 007 OPERATORE CONTROLLATO N. 055031

Modalità di conservazione. Indica in casi particolari se conservare il prodotto in frigorifero o a temperatura ambiente, oppure per quanto tempo nel congelatore.

Informazioni nutrizionali per porzione. Esprimono per ogni singola porzione il valore energetico e la quantità contenuta dei nutrienti, il cui valore è anche espresso in percentuale.

Certificazione biologica. Il marchio unico europeo garantisce che il prodotto è stato coltivato secondo i metodi dell’agricoltura biologica.

Data di scadenza. La dicitura «da consumarsi preferibilmente entro...» indica la data entro cui, in adeguate condizioni di conservabilità, il prodotto mantiene le sue specifiche proprietà, senza risultare pericoloso per la salute. La scadenza è, invece, un termine obbligatorio per la consumazione del prodotto, indicata con l’espressione «da consumarsi entro...», o addirittura con la sola data di scadenza per generi facilmente deperibili. Questa dicitura avverte che il prodotto in questione non può essere consumato dopo la data segnalata, altrimenti ci si esporrebbe agli effetti collaterali di un alimento in decomposizione. È assolutamente vietato vendere prodotti scaduti.

177

IN BREVE Metodi di conservazione

LEZIONE 58

Storia Dal momento in cui l’uomo imparò a coltivare la terra, si rese necessario conservarne i prodotti per sopravvivere nei periodi invernali o di carestia. Così nel tempo ha utilizzato quanto poteva trovare in natura: il freddo della neve per congelare, il calore del Sole per essiccare e il fumo del fuoco per affumicare. La conservazione è una tecnica necessaria per rallentare lo sviluppo dei microrganismi che degradano normalmente gli alimenti rendendoli non commestibili. Conservazione con il freddo Il freddo è un mezzo di conservazione che rallenta la moltiplicazione dei microrganismi. Refrigerazione: i prodotti vengono conservati per brevi periodi a una temperatura compresa tra 0 e +4 °C. Congelazione: gli alimenti vengono portati lentamente a una temperatura tra –18 e –20 °C. Gli alimenti ricchi di acqua congelandosi formano grossi cristalli di ghiaccio, che rompono le membrane cellulari danneggiando la qualità del prodotto. Surgelazione: l’alimento viene portato alla temperatura di –30 °C in modo rapido; questo metodo di conservazione mantiene inalterato il valore nutritivo del prodotto perché si formano microcristalli di ghiaccio che non rovinano la parete cellulare. Conservazione con il calore Il calore viene utilizzato per distruggere i microrganismi presenti negli alimenti. Pastorizzazione: consiste nel sottoporre l’alimento per alcuni secondi a una temperatura di 71 °C e successivamente a un raffreddamento veloce; con questo metodo vengono distrutti solo alcuni tipi di microrganismi. Sterilizzazione: l’alimento viene sottoposto a una temperatura compresa tra 110 e 150 °C per distruggere tutti i microrganismi presenti. UHT: è un metodo simile alla sterilizzazione ma meno energico. Conservazione per disidratazione La disidratazione è la sottrazione di acqua da un alimento. Essiccamento: viene utilizzato per eliminare completamente l’acqua dall’alimento con il calore naturale del Sole o artificialmente mediante dei forni. Concentrazione: consiste nell’eliminazione parziale dell’acqua dall’alimento per effetto del calore. Liofilizzazione: è un metodo basato sull’eliminazione completa dell’acqua sottoponendo l’alimento prima al congelamento e successivamente al calore in presenza di vuoto. Affumicatura: sfrutta l’azione del fumo di legno o altre sostanze per la conservazione e per conferire un particolare aroma all’alimento. Conservazione con modificazione dell’atmosfera Ha lo scopo di limitare o di evitare agli alimenti il contatto con l’atmosfera circostante. La conservazione può avvenire in atmosfera controllata, protettiva e sottovuoto. Conservazione per irraggiamento Utilizza radiazioni ionizzanti, conosciute anche come radiazioni gamma, capaci di sterilizzare l’alimento senza ricorrere all’impiego del calore. Conservazione con additivi naturali I prodotti naturali più utilizzati sono il sale, lo zucchero, l’aceto, l’olio e l’alcol. Queste sostanze, semplici ma efficaci, sono impiegate anche per le conserve fatte in casa. Conservazione con additivi chimici Sono sostanze artificiali usate per mantenere inalterate le caratteristiche fisico-chimiche degli alimenti. Gli additivi sono contraddistinti dalla lettera E seguita da tre cifre. Cibi e patologie Alcuni cibi consumati crudi o poco cotti possono provocare dei danni sull’organismo, distinti in infezioni, intossicazioni e tossinfezioni. Tra queste ricordiamo il botulismo, l’epatite virale, il tifo, la salmonella e l’anisakis.

Etichette alimentari

LEZIONE 59 YOGURT INTERO BIOLOGICO ALBICOCCA Ingredienti: yogurt intero biologico (latte intero biologico, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus) 85%, zucchero di canna biologico, purea di albicocca biologica 3%, gelificante: pectina, aromi naturali, correttori di acidità: acido citrico, sodio tartrato.

Yogurt intero all’albicocca biologico

Valori nutrizionali medi per 100 g di prodotto Valore energetico

103 Kcal - 432 kj

Proteine

3,3 g

Carboidrati di cui zuccheri

14,8 g 13,4 g

Grassi di cui acidi grassi saturi

14,8 g 13,4 g

Fibre alimentari Sodio

0,0 g 0,06 g

Una porzione di yogurt contiene: kcal

Zuccheri

Grassi

118 15,4g 3,8g 6% 17% 5%

Prodotto da: Caseificio Franzetti Via della Repubblica 12 Ferrara

Altri grassi saturi

2,6g 0,07g 13% 3%

Conservazione: conservare in frigorifero a +4 °C max. Da consumarsi entro 3 giorni dalla data di apertura

8 010795 202222

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DA CONSUMARSI ENTRO:

Sodio

IT - BIO - 007 Agricoltura UE non UE ORGANISMO DI CONTROLLO AUTORIZZATO DAL MPAAF IT BIO 007 OPERATORE CONTROLLATO N. 055031

L’etichetta è il riassunto di tutto ciò che si trova nell’alimento. Comprende tra l’altro la data di scadenza, il metodo di conservazione, i valori nutrizionali, gli alimenti aggiunti e un codice a barre per la tracciabilità. La commercializzazione degli alimenti è vietata se non è presente l’etichetta con tutte le indicazioni.

Conservazione degli alimenti

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 3

5. Scegli l’alternativa corretta.

1. Individua quali tra le seguenti tecniche riguardano la conservazione con metodi chimici. surgelazione – con conservanti – UHT – atmosfera protettiva – concentrazione – pastorizzazione – refrigerazione – con olio – liofilizzazione – sottovuoto – con antiossidanti – con aceto

1. La sterilizzazione del latte avviene a temperature comprese tra a  50 e 90 °C b  80 e 100 °C c  110 e 150 °C 2. Per conservare gli ortaggi spesso si usa come additivo naturale a  lo zucchero b  l’aceto c  il sale 6. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

2. Inserisci i termini mancanti.

additivi – freddo – pastorizzazione – liofilizzazione – chimici – distruzione – surgelazione – essiccamento

1. La

La conservazione con il ............................................ non distrugge i batteri,

..............................................

garantisce la corretta surgelazione dei

prodotti alimentari dalla produzione alla vendita. 2. Con la conservazione per

..............................................

ma è in grado di rallentare o sospendere il loro ciclo vitale. Av-

gli alimenti

vengono sterilizzati mediante le radiazioni ionizzanti.

viene tramite refrigerazione, congelazione o

..............................................

La conservazione con il calore, invece, permette la dei batteri; può avvenire tramite

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

..................................

.........................................................,

steriliz-

zazione o UHT. La conservazione per disidratazione comprende

1. La congelazione avviene a temperature comprese tra 0 e 4 °C.

2. L’essiccamento degli alimenti si esegue a una temperatura di 120 °C.

3. La conservazione sottovuoto si realizza eliminando l’aria dalla confezione.

4. La pastorizzazione è un prodotto fornito dalle pecore.

5. La conservazione degli alimenti serve per prevenire il loro deterioramento.

6. La bollitura è un metodo di conservazione.

7. Con la refrigerazione si conservano gli alimenti per alcuni mesi.

8. Il sale è un pessimo conservante.

9. L’affumicatura ha un potere antisettico.

4. Aggiungi il termine mancante. 1. Le patologie alimentari possono essere classificate in a. infezioni b. intossicazioni c. ................................ 2. La conservazione del latte con l’impiego del calore avviene mediante a. pastorizzazione b. sterilizzazione c. ................................

l’.............................................., la concentrazione, la

..............................................

l’affumicatura. Altri metodi sono inoltre la conservazione per irraggiamento, la conservazione con modificazione dell’atmosfera, la conservazione con additivi

..............................................

naturali e mediante

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Sugli alimenti non sempre è obbligatorio apporre l’etichetta.

2. Sull’etichetta degli alimenti vengono riportati i valori nutrizionali.

3. Sull’etichetta non è riportato il luogo di provenienza del prodotto.

8. Inserisci i termini mancanti. 1. Tutti gli alimenti confezionati che vengono messi in commercio devono essere accompagnati da un’......................................., che fornisce utili informazioni sul prodotto. 2. Sull’etichetta degli alimenti sono riportate delle barre parallele e dei numeri, che compongono il

..............................................

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Svolgi una ricerca sulle patologie alimentari che hanno preoccupato, nel corso degli anni, le popolazioni del mondo.

3. Confronta i primi metodi adottati per la conservazione degli alimenti e quelli odierni: quali miglioramenti si sono ottenuti nei processi produttivi?

2. Quali sono i benefici che le tecniche di conservazione dei cibi hanno apportato nella vita moderna, in cui si ha sempre meno tempo da dedicare alla cucina?

4. Supponi di trovarti in un supermercato e di dover acquistare degli alimenti che hanno subìto trattamenti per la conservazione: quali fattori valuteresti nella scelta?

179

UNITÀ

AREA 4 Settore Settore agroalimentare agroalimentare

4 Alimentazione LEZIONE

60. Principi nutritivi PAROLE DELLA TECNOLOGIA Principi nutritivi: sono delle sostanze presenti in tutti gli alimenti e sono indispensabili per la vita degli esseri viventi.

Tutti gli alimenti sono formati da principi nutritivi, chiamati anche nutrienti, che sono classificati in base alla loro funzione.

I carboidrati (o zuccheri) Forniscono energia di pronta utilizzazione. Sono di facile reperibilità nel mondo vegetale e costituiscono il prodotto finale della fotosintesi clorofilliana. Alimenti ricchi di carboidrati: pane, pasta, patate, zucchero, miele. I lipidi (o grassi) Sono sostanze che hanno una funzione energetica e favoriscono l’assorbimento delle vitamine liposolubili, cioè che si sciolgono nei grassi. Costituiscono anche una fonte di riserva, perché sono facilmente immagazzinabili sotto forma di grasso e vengono utilizzati nei momenti di maggiore bisogno. Alimenti ricchi di lipidi: olio, formaggi, burro, lardo, noci, mandorle, arachidi. I protidi (o proteine) Sono sostanze di primaria importanza, considerate i responsabili dell’accrescimento dei tessuti dell’organismo, quindi hanno una funzione plastica. Svolgono anche una funzione energetica e di protezione. Sono formate da carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto. Alimenti ricchi di proteine: cereali, legumi, latte, uova, carne, pesce.

LINK ➜ STORIA Dalla preistoria ai giorni nostri l’alimentazione è gradualmente migliorata perché la maggiore conoscenza delle tecniche agricole ha portato a un aumento della produttività e della disponibilità alimentare. Nel corso dei secoli l’uomo è passato quindi dal consumo di pochi alimenti, forniti dalla caccia e dalla raccolta dei frutti, a un’alimentazione più completa e rispondente ai bisogni dell’organismo. La scoperta del fuoco permise la cottura, che migliorò i cibi consumati crudi dai primi uomini. Più tardi gli Egizi scoprirono la lievitazione, utile per il pane, la

180

birra e il vino. I Greci migliorarono la tecnica della trasformazione del latte in formaggio. Dai Romani al Medioevo si susseguì una serie di scambi che portarono alla conoscenza di nuove piante e tecniche di trasformazione. La scoperta del Nuovo Mondo contribuì ulteriormente ad aggiungere nuovi alimenti, come il mais, le patate, il cacao, le arachidi, il pomodoro, l’ananas e i peperoni. Le scoperte scientifiche del Settecento contribuirono al perfezionamento delle tecniche di conservazione, rendendo così più sicura la commestibilità degli alimenti.

Alimentazione

Le fibre alimentari sono parti di alimenti vegetali non assimilabili dal nostro organismo, ma molto importanti per una corretta digestione. Frutta, verdura, cereali e legumi sono alimenti ricchi di fibre, utili anche per prevenire malattie e disfunzioni dell’organismo.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i principi nutritivi? 2. Q uali funzioni svolgono gli alimenti? 3. P erché le vitamine sono importanti?

UNITÀ 4

I sali minerali (ad esempio magnesio, potassio) Sono sostanze che non forniscono energia ma svolgono una funzione di regolazione dei liquidi presenti nel corpo. Sono importanti perché favoriscono la funzionalità dei nervi e dei muscoli. Alimenti ricchi di sali minerali: verdure, latte e derivati, carne, frutti di mare, cereali, legumi. Le vitamine Sono indispensabili per la vita e per la salute. Svolgono nell’organismo la funzione di regolazione dell’attività metabolica e le funzioni cellulari, inoltre prevengono alcune gravi malattie. Alimenti ricchi di vitamine: frutta, ortaggi, tuorlo d’uovo, pesce, carne. L'acqua È l’elemento presente in maggiore quantità nel corpo umano. Viene facilmente eliminata, per cui è necessario reintegrarla con bevande o alimenti. Concorre nel trasporto dei principi nutritivi alle cellule e favorisce l’eliminazione delle scorie. Si definisce un’alimentazione completa quella che comprende proteine, carboidrati e lipidi, ai quali si aggiungono acqua, sali minerali e vitamine.

Le funzioni degli alimenti Gli alimenti sono sostanze indispensabili all’organismo per poter svolgere tutte le funzioni relative alla crescita e alle attività vitali.

FUNZIONE ENERGETICA

FUNZIONE PLASTICA

Viene ricoperta dai carboidrati (o zuccheri) e dai lipidi (o grassi). Queste sostanze liberano energia: i primi quasi immediatamente, i secondi in maniera più lenta.

È ricoperta dai protidi (o proteine), che hanno la capacità di rigenerare cellule e tessuti, e di favorire anche la crescita.

Cereali, patate, pane, pasta, dolci, grassi.

Carne, pesce, uova, legumi, formaggi, latte.

FUNZIONE REGOLATRICE E PROTETTIVA

È svolta dalle vitamine, i sali minerali e l’acqua, elementi che regolano le funzioni cellulari degli organi. Ortaggi, frutta.

Nel consumare frutta e verdura è bene ricordare che il colore dei prodotti ortofrutticoli è in relazione ai componenti nutritivi. Il colore giallo-arancio è tipico dei prodotti che contengono vitamina A (carote, albicocche, meloni), mentre quelli di colore rosso o verde contengono molta vitamina C (pomodori, fragole, kiwi, lattuga).

181

AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

61. Dieta equilibrata La salute dentro gli alimenti La salute va salvaguardata con un’alimentazione sana e priva di contaminazioni chimiche o microbiche, che potrebbero causare nell’organismo malattie o infezioni dovute a tossine. La fonte di approvvigionamento alimentare è rappresentata da tutti i prodotti che vengono sia forniti allo stato naturale dall’agricoltura, dalla zootecnia, dalla pesca, sia trasformati dall’industria conserviera. Tutti questi alimenti, a seconda delle loro caratteristiche nutrizionali, permettono di assorbire i principi nutritivi necessari a mantenere il nostro organismo in piena efficienza. Tra i principali alimenti ci sono: • i cereali, alimenti ricchi di carboidrati ad alto potere energetico; • i prodotti orticoli e frutticoli che, se consumati freschi, forniscono vitamine, sali minerali e carboidrati di pronto utilizzo; cotti, invece, perdono molti principi nutritivi; • le uova, che costituiscono un alimento molto nutriente per i tessuti. Le proteine, di elevato valore nutrizionale, si trovano sia nel tuorlo sia nell’albume; • il latte, uno degli alimenti più completi. Contiene zuccheri, minerali, proteine, grassi e vitamine; • il pesce, una fonte importante di proteine, sali minerali e vitamine di cui si consiglia il consumo di due o tre porzioni alla settimana. È facilNegli ultimi decenni il consumo dei legumi mente digeribile e contiene acidi grassi antiossidanti chiamati omega 3; si è ridotto notevolmente, probabilmente anche a causa dei lunghi tempi di cottura. I • la carne, che contiene alte percentuali di proteine a elevato potere nulegumi sono indispensabili in una dieta sana: trizionale che non vengono alterate o perse durante la cottura o i trattasono infatti molto ricchi di minerali, vitamine menti industriali. Altri importanti elementi presenti sono i lipidi, in e soprattutto proteine. Dal punto di vista quantità variabile secondo il tipo di carne, e il ferro, un elemento indidella sostenibilità ambientale possono essere spensabile per l’ossigenazione dei tessuti. un valido sostituto della carne. La dieta mediterranea è ricca di carboidrati, relativamente povera di grassi animali e soprattutto si basa su un’ampia varietà di frutta e verdura.

La corretta alimentazione Per una corretta alimentazione è necessario un equilibrato apporto calorico dei principi nutritivi tramite gli alimenti, assunti in una dieta sana. Nel linguaggio comune, però, si usa la parola dieta come sinonimo di alimentazione finalizzata a perdere o acquistare peso corporeo e, in alcuni casi, a curare malattie come l’intolleranza ad alcuni principi nutritivi oppure per integrare l’apporto di alcuni minerali, come il ferro per gli anemici o il calcio per chi soffre di malattie alle ossa. La più nota dieta, intesa come alimentazione quotidiana, è sicuramente la dieta mediterranea. Negli anni Cinquanta il professore americano Ancel Keys, facendo degli studi sulle abitudini nutrizionali di molti popoli, notò che quelli dell’area mediterranea che abitualmente si nutrivano di frutta, verdura, legumi, olio d’oliva, pesce, poca carne e praticavano uno stile di vita molto attivo, contraevano in misura minore le malattie cardiovascolari. Questo contribuiva, secondo la ricerca, ad avere una maggiore longevità. La dieta mediterranea affonda le sue radici nella storia. Nei secoli passati i Paesi mediterranei erano accomunati, oltre che dalla posizione geografica e dal clima, anche dalle tradizioni e dalle condizioni sociali ed economiche. Le popolazioni, infatti, costituite principalmente da contadini e pescatori, si alimentavano con prodotti semplici provenienti dai campi o con il pesce.

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Alimentazione

UNITÀ 4

Oggi più che mai, con il proliferare di malattie strettamente legate al cibo, si parla di dieta mediterranea: un’alimentazione caratterizzata dal consumo di cibi freschi associati tra di loro, che privilegia le proteine vegetali, i carboidrati e gli alimenti ricchi di fibre rispetto ai grassi di origine animale.

Una piramide da scalare Questo schema piramidale, proposto nel 1992 dal Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti, è adottato come modello guida per una corretta alimentazione. I cibi da privilegiare quantitativamente occupano l’ampia base della piramide; a mano a mano che ci si sposta verso l’alto, lo spazio a disposizione diminuisce, così come dovrebbe diminuire nella nostra alimentazione la quantità consumata dell’alimento rappresentato. Gli alimenti in cima alla piramide, infatti, sono quelli da consumare con moderazione perché apportano molte calorie senza però fornire vitamine o sali minerali. Ciascun alimento va inserito nella dieta, combinato con gli altri per raggiungere il giusto equilibrio dei nutrienti necessari al funzionamento del nostro organismo. In sintesi, non esistono cibi «buoni» o «cattivi», ma tutti i tipi di alimenti devono essere consumati nelle giuste proporzioni.

› La piramide alimentare Dolci, olio, burro e grassi Al vertice della piramide, dove la superficie si restringe, sono indicati gli alimenti da mangiare con moderazione. Sono alimenti ricchi di grassi e carboidrati, quindi difficili da smaltire per il nostro organismo, a meno che non si faccia un’intensa attività fisica. È raccomandato un uso limitato di condimenti, privilegiando l’olio d’oliva.

Carne, pollo, uova, frutta secca Al secondo livello ci sono gli alimenti ricchi di proteine: contengono una buona quantità di proteine nobili, ferro, lipidi, vitamine del gruppo B che svolgono una funzione plastica e costruttiva. È raccomandato un consumo ridotto di carne rossa, favorendo il consumo di carni bianche (pollo, coniglio) e pesce.

Latte, yogurt e formaggio Sono molto importanti per l’apporto di calcio.

Frutta e verdura Frutta e verdura vanno mangiate con regolarità per il loro prezioso apporto di vitamine, sali minerali e fibre. Svolgono una funzione protettrice e bioregolatrice.

Pane, cereali, riso e pasta Alla base della piramide ci sono gli alimenti da mangiare in maggiore quantità, ricchi di proteine e carboidrati.

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AREA 4 Settore agroalimentare

Le regole per una buona alimentazione

La prima colazione è una parte fondamentale dell’intera nutrizione giornaliera e spezza il lungo digiuno notturno. Una buona prima colazione produce un migliore funzionamento del cervello e quindi maggiore attenzione durante le ore scolastiche; deve pertanto essere ricca di carboidrati e zuccheri. Le proposte sono molte: cereali in una tazza di latte o di yogurt, pane con burro e marmellata più un frutto, oppure fette biscottate con miele o marmellata accompagnate da un succo di frutta o una spremuta.

Per crescere e mantenere l’organismo sempre in piena salute, è necessario assumere tutti i principi nutritivi che si trovano negli alimenti e osservare alcune regole fondamentali come: • mangiare alimenti vari perché ognuno contiene principi nutritivi diversi. Equilibrare, quindi, la scelta evitando di mangiare sempre gli stessi cibi; • mangiare molta frutta e verdura perché contengono vitamine, sali minerali e fibre alimentari; • mangiare con regolarità avendo cura di masticare bene il cibo perché così si facilita la digestione; • bere molta acqua per depurare l’organismo; se fa caldo o si svolgono attività sportive è necessario aumentarne la quantità per reintrodurre i liquidi eliminati con il sudore; • evitare l’eccessivo consumo di cioccolato, dolci, merendine confezionate e bibite gassate e zuccherate; • evitare l’eccessivo consumo di salumi e patatine fritte perché concorrono a far ingrassare; • mantenere il peso forma, che varia in funzione dell’età e del sesso, per evitare possibili malattie dovute al sovrappeso; • moderare il consumo dei cibi troppo salati per evitare l’insorgenza di ipertensione e malattie ai reni; • moderare il consumo degli alcolici in quanto l’organismo ne sopporta soltanto limitate quantità senza danni.

Il fabbisogno energetico PAROLE DELLA TECNOLOGIA Caloria: è l’unità di misura del fabbisogno energetico. Mille calorie si indicano con il simbolo kcal (ossia kilocalorie).

Il grafico indica la percentuale di nutrienti che occorre consumare ogni giorno.

Il fabbisogno energetico è la quantità di nutrienti che ogni individuo deve assumere giornalmente con gli alimenti. Questi garantiscono la normale funzionalità dell’organismo, permettono di mantenere invariata la temperatura corporea e di svolgere numerose attività. In un individuo il fabbisogno energetico, espresso in calorie, varia in funzione di diversi fattori. • Età: i bambini e gli adolescenti hanno un maggiore bisogno di nutrienti rispetto agli adulti; • Sesso: l’apporto energetico è inferiore nelle donne rispetto agli uomini. • Attività svolta: è minimo per chi conduce una vita sedentaria, aumenta per coloro che svolgono attività sportive o lavori particolarmente pesanti. • Clima: durante il periodo invernale l’organismo ha più bisogno di energia per contrastare il freddo, producendo più calore che non in estate. • Stato di salute: una persona ammalata necessita, ad esempio, di pochi e specifici alimenti.

Esempio di razione alimentare giornaliera espressa in grammi Cibi

Carboidrati 50% Grassi 25% Proteine 15%

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Vitamine, sali minerali, acqua, fibre 10%

Maschi 11-12 anni

Femmine 11-12 anni

Maschi 13-14 anni

Femmine 13-14 anni

Pasta-pane

350

450

400

Ortaggi

320

200

400

220

Latte

300

270

300

Frutta

200

230

200

Carne-pesce

150

130

210

150

Formaggi

Grassi

Zucchero

Alimentazione

UNITÀ 4

Bisogna tenere presente che l’alimentazione deve anche essere suddivisa in maniera equilibrata, ovvero è necessario che nell’arco della giornata l’assunzione degli alimenti sia concentrata in specifici momenti: colazione, spuntino, pranzo, merenda, cena.

Le cattive abitudini alimentari Cola, aranciata, tè in lattina o in bottiglia, succhi di frutta, gassosa, lemonsoda... certo sono invitanti! Se bevi bibite tutti i giorni, dovresti cominciare a informarti. Leggi le etichette e guarda quanto zucchero contengono: in quelle light, ad esempio, sono presenti dolcificanti, sostanze non proprio salutari. Abitudini alimentari sbagliate, poca attività fisica e un eccessivo uso di bibite gassate e zuccherate possono portare all’obesità.

In questi ultimi anni la vita di tutti è diventata una corsa contro il tempo: si corre per andare a fare la spesa, a prendere il treno, per andare a lavorare e ciò ha causato ritmi di vita sempre più insostenibili. Questa situazione coinvolge, purtroppo, anche un momento fondamentale della nostra quotidianità: l’alimentazione. Quest’ultima si è quindi dovuta adeguare al sistema frenetico di vita: spesso manca, infatti, il tempo per sedersi comodamente e chiacchierare mentre si consuma un pasto. Ecco, allora, il proliferare di appositi locali con un tipo di ristorazione veloce chiamati fast food, che vuol dire appunto cibo veloce. In questi locali, frequentati sia da ragazzi sia da adulti, si ha la possibilità di consumare, a volte anche senza sedersi, un pasto veloce formato generalmente da carne bovina sotto forma di hamburger condito con salse varie, patatine fritte, bibite gassate e altri alimenti già pronti. Nella tradizione italiana anche il consumo di tranci di pizza è da considerarsi un pasto da fast food, solo che cambia, naturalmente, il tipo di alimento. I nutrizionisti sconsigliano di alimentarsi in modo continuativo nei fast food a causa: • dell’alto contenuto calorico del pane, ricco di un dolcificante chiamato maltosio; • della quantità di grassi presenti nel tipo di carne; • del consumo di alimenti fritti; • dell’utilizzo di bevande gassate e zuccherate; • dell’assenza di fibre vegetali e di vitamine. Alle cattive abitudini alimentari contribuisce anche il consumo eccessivo di snack ipercalorici durante la giornata.

Negli ultimi tempi molte persone, in Italia e nel mondo, stanno riscoprendo i benefici di coltivare un orto come passatempo. Oltre alla possibilità di consumare i frutti del proprio lavoro, cimentarsi nella coltivazione di un orto permette di riflettere sull’ambiente, sui consumi e sul proprio stile di vita.

IMMAGINA E PROGETTA 1. I nserisci in una tabella la quantità dei vari alimenti consumati nel corso della settimana. Prepara poi un grafico che rappresenti gli alimenti ingeriti divisi per tipologia (ad esempio carne, pesce, pasta, ecc.).

CITTADINANZA ATTIVA L’importanza dell’attività fisica Svolgere una regolare attività fisica favorisce uno stile di vita sano, apportando benefici alla salute, come miglioramenti per l’apparato muscolare e scheletrico, la riduzione del rischio di infarti e malattie cardiache, il calo del peso e un minore rischio di obesità. Fare sport, inoltre, aiuta l’apprendimento, rappresenta una valvola di sfogo e stimola la socializzazione. Al contrario, la sedentarietà contribuisce, insieme ad altri fattori di rischio, allo sviluppo di diverse malattie, in particolare quelle cardiovascolari.

185

AREA 4 Settore agroalimentare LEZIONE

62. Disturbi alimentari e problemi Per secoli il problema primario dell’uomo è stato procurarsi del cibo, mentre oggi è quello di riuscire a mangiare in modo equilibrato. Occorre ricordare che un’alimentazione poco equilibrata può causare nell’organismo vere e proprie patologie con conseguenti problemi fisici e psicologici.

La malnutrizione La malnutrizione è una situazione di squilibrio che si crea nell’organismo per un apporto insufficiente di sostanze nutritive o, nel caso contrario, per un’assunzione eccessiva di alimenti. Si tratta, quindi, di una dieta squilibrata dove non vengono soddisfatte le esigenze di apporto nutrizionale per le normali funzioni del corpo. Nei Paesi industrializzati, a causa di un eccessivo consumo alimentare predomina l’ipernutrizione, che può portare all’obesità. Il sovrappeso Una dieta ipercalorica, con troppi grassi, troppi carboidrati e troppi zuccheri, unita a pasti abbondanti e una ridotta attività fisica, è la principale causa del sovrappeso. Si tratta di un fenomeno che riguarda ampie fasce della popolazione in molti Paesi nel mondo e attualmente è la causa che determina il precoce insorgere di problemi di salute: il sovrappeso può essere, infatti, l’anticamera dell’obesità. Occorre imparare fin dall’adolescenza a compiere una buona attività fisica e limitare l’assunzione di cibi in rapporto alle proprie necessità e a scegliere gli alimenti meno calorici; appena si manifestano sintomi di sovrappeso è necessario imparare a regolarsi nell’alimentazione, in modo da mantenere il proprio peso attorno ai giusti valori in relazione all’età e all’altezza. Chi supera il proprio peso ottimale del 10% è considerato in sovrappeso, mentre chi lo supera del 20% è considerato obeso.

È necessario, sin da ragazzi, abiturarsi a mangiare correttamente, fare una costante attività fisica e avere un corretto stile di vita, per prevenire sovrappeso, malattie cardiovascolari e obesità in età adulta.

L'obesità L’obesità è caratterizzata da un accumulo eccessivo di grasso nei tessuti. Può essere causata da un’alimentazione scorretta, ricca di zuccheri, carne rossa, carboidrati e grassi presenti in moltissimi alimenti, associata a una vita con poca attività fisica. A volte alla base dell’insorgere di tale patologia vi sono altri fattori, come disfunzioni organiche o la predisposizione ereditaria. In tutti i casi tale problema favorisce il rischio di una ridotta mobilità, difficoltà nella respirazione, cattiva digestione e il pericolo di malattie cardiovascolari. L’obesità può essere controllata o addirittura risolta se si osserva rigorosamente una dieta equilibrata, che tenga conto di un minor apporto calorico di tutti i nutrienti, stabilita da un medico specialista. L'anoressia L’anoressia (termine che deriva dal greco senza appetito) è una situazione di disagio che le persone provano a causa del proprio corpo e che degenera in un rifiuto totale per il cibo. A essere più colpite sono le ragazze comprese in una fascia di età tra i 12 e i 25 anni. I ragazzi invece sono meno vulnerabili: si calcola infatti che il rapporto sia di 9 a 1.

L’anoressia è uno dei disturbi alimentari più complessi, caratterizzato dal rifiuto del cibo e dall’ossessiva paura di ingrassare. Le sue cause possono essere molteplici, tra cui gravi disagi psicologici.

186

Alimentazione

UNITÀ 4

L’anoressia non è facile da prevenire perché le cause sono molteplici e complesse; a queste, secondo alcuni studiosi, si deve aggiungere la predisposizione genetica. Chi è colpito da anoressia, oltre alla magrezza molto evidente, presenta disfunzioni che portano a una minore resistenza alle infezioni e a squilibri ormonali.

La bulimia La bulimia (dal greco fame da bue) è un disordine alimentare che porta a un’incontrollata necessità di ingurgitare cibo. Subito dopo, però, insorge un senso di colpa per avere mangiato troppo che provoca un violento desiderio di liberarsi del cibo ingerito. Si ricorre così al vomito autoindotto, all’uso di purghe o altri farmaci. Le persone affette da bulimia passano inosservate perché l’aspetto esteriore, a differenza di chi è affetto da anoressia, non mostra un evidente dimagrimento, in quanto una percentuale di cibo viene comunque assimilata dall’organismo. Notevoli sono però i problemi psicologici. È provato che l’insorgere della bulimia avviene intorno ai 18-20 anni.

La fame continua a essere un problema in tutto il mondo; per sconfiggerla serve una migliore distribuzione delle risorse alimentari. L’ironia è che milioni di persone muoiono a causa di malattie legate all’abbondanza di cibo, mentre altri milioni di persone muoiono per la mancanza di cibo.

La denutrizione La denutrizione è causata da un nutrimento insufficiente dell’organismo, in genere per una situazione patologica a causa della quale si viene a creare una cattiva assimilazione dei nutrienti oppure, più spesso, per l’impossibilità di reperire il cibo perché le condizioni climatiche avverse non consentono di praticare l’agricoltura. Nel mondo vi sono degli squilibri tra popoli che sprecano il cibo avendone in abbondanza e popoli, nei Paesi in via di sviluppo, che soffrono la fame perché manca il cibo di sussistenza. L’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) ha stimato che all’incirca tre miliardi di persone sparse sulla Terra sono affette da malattie dovute alla denutrizione.

CITTADINANZA ATTIVA Lo spreco del cibo Nei Paesi occidentali un terzo degli alimenti prodotti finisce ogni anno nella spazzatura, sebbene sia ancora perfettamente commestibile. Le industrie, i supermercati e i singoli cittadini buttano enormi quantità di cibo perché vicino alla data di scadenza, per motivi estetici o per altre ragioni. Noi italiani, purtroppo, siamo in prima fila in questa classifica dello spreco. Dobbiamo modificare i nostri cattivi comportamenti, evitando di fare acquisti non necessari o di riempire il carrello al supermercato di cibo che poi non consumeremo; un’altra buona norma consiste nel cercare di non cucinare quantità di cibo non necessarie che poi, una volta cotte, finiscono nell’immondizia.

PUNTI DI DOMANDA 1. Come si può prevenire il sovrappeso? 2. C he differenza c’è tra anoressia e bulimia? 3. Q uando si parla di malnutrizione e quando di denutrizione?

In Italia il professore Andrea Segrè dell’Università di Bologna sta cercando di sensibilizzare e attivare non solo i singoli cittadini ma anche le imprese, le Amministrazioni Pubbliche e le istituzioni europee, così che la lotta allo spreco alimentare diventi una priorità e lo spreco venga ridotto del 50% entro il 2025. Dal 1998 assieme ad altri ricercatori dell’Università di Bologna ha dato vita a Last Minute Market, il cui scopo è quello di recuperare dalle aziende i beni alimentari rimasti invenduti e distribuirli a enti caritativi, controllando gli aspetti nutrizionali e igienico-sanitari. In questo modo si riduce la quantità di rifiuti, con effetti positivi dal punto di vista ambientale, sociale ed economico. Nel contempo, Last Minute Market analizza le cause degli sprechi per migliorare l’utilizzo delle risorse.

187

IN BREVE LEZIONE 60

Principi nutritivi Gli alimenti sono formati da principi nutritivi, chiamati nutrienti, necessari alle funzioni vitali dell’organismo: carboidrati o zuccheri, lipidi o grassi, protidi o proteine, sali minerali, vitamine e acqua, che è l’elemento presente in maggiore quantità nel corpo. L’alimentazione completa è quella che comprende tutti i nutrienti. La funzione energetica è svolta dai carboidrati (o zuccheri), che forniscono energia di pronta utilizzazione (pane, pasta, patate, zucchero), e dai lipidi (o grassi), che forniscono energia in maniera più lenta (olio, formaggi, burro). La funzione plastica è fornita dalle proteine (o protidi), considerate responsabili dell’accrescimento dei tessuti dell’organismo (cereali, legumi, latte, uova, carne, pesce). La funzione regolatrice e protettiva è svolta dalle vitamine, dai sali minerali e dall’acqua, elementi che regolano la funzionalità degli organi (ortaggi, frutta, acqua).

LEZION E 61

Dieta equilibrata Per una corretta alimentazione è necessario un equilibrato apporto calorico dei principi nutritivi assunti tramite gli alimenti. I principali alimenti che devono essere presenti in una dieta equilibrata sono i cereali, i legumi, gli ortaggi e la frutta, le uova, il latte, il pesce e la carne. La più nota dieta, intesa come alimentazione quotidiana, è la dieta mediterranea, caratterizzata dal consumo di cibi freschi, privilegiando le proteine vegetali, i carboidrati e gli alimenti ricchi di fibra rispetto ai grassi di origine animale. La piramide alimentare è un grafico suddiviso in settori. I cibi da privilegiare quantitativamente e quotidianamente occupano l’ampia base della piramide; a mano a mano che ci si sposta verso l’alto lo spazio diminuisce, così come occorre diminuire la quantità assunta dell’elemento rappresentato. Il fabbisogno energetico varia in relazione al sesso, all’età, al clima e allo stato di salute di ogni individuo.

LEZIONE 62

Disturbi alimentari e problemi Per secoli il problema dell’uomo è stato quello di procurarsi il cibo, mentre oggi è riuscire a consumarlo in modo equilibrato. Malnutrizione È una situazione di squilibrio che si crea per un apporto insufficiente di sostanze nutritive o per un’assunzione eccessiva di alimenti. Sovrappeso Generalmente è dovuto a una dieta scorretta, con un consumo eccessivo di grassi, carboidrati e zuccheri, associata a una ridotta attività fisica. Obesità È un accumulo eccessivo di grasso nei tessuti, dovuto a un consumo eccessivo di grassi, carboidrati e zuccheri e a poca attività fisica, oppure è causato da disfunzioni organiche o da predisposizione ereditaria. Anoressia È un disagio che si prova per il proprio corpo e che degenera in un rifiuto per il cibo. Bulimia È un disordine alimentare che porta a un’incontrollata necessità di ingurgitare cibo, per poi sentirsi in colpa e forzare il corpo a liberarsene con vomito autoindotto o purghe. Denutrizione È causata da un nutrimento insufficiente dell’organismo per l’impossibilità di reperire il cibo o per una cattiva assimilazione dell’organismo. Le contraddizioni del mondo: milioni di persone muoiono a causa di malattie legate all’abbondanza di cibo, mentre in altre aree del mondo diversi milioni di persone muoiono perché non hanno cibo a sufficienza.

188

Alimentazione

ESERCIZI Conoscenze

5. Scegli l’alternativa corretta. 1. Nella piramide alimentare carne e frutta secca si trovano a  all’apice b  alla base

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. I principi nutritivi sono chiamati anche nutrienti.

2. Un’alimentazione completa deve contenere solo carboidrati e proteine.

3. Le verdure e i legumi contengono pochi sali minerali.

4. La funzione plastica è svolta dai lipidi.

5. I sali minerali forniscono molta energia.

2. Scrivi quale funzione svolgono i seguenti alimenti. 1. dolci, pane, pasta, grassi, patate: funzione

............................................

2. carne, pesce, uova, latte, legumi: funzione

...........................................

3. verdura, frutta: funzione

UNITÀ 4

2. La dieta mediterranea è ricca di a  carboidrati b  proteine 6. Abbina i seguenti alimenti con la loro collocazione nella piramide alimentare. 1. carciofi 2. torta 3. pere 4. pane 5. carne 6. riso

a. base b. centro c. apice

7. Individua l’intruso.

............................................

3. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

1. Di quale nutriente non sono ricche la frutta e la verdura? a  vitamine b  sali minerali c  lipidi

latte – uova – lipidi – carboidrati – carne – nutritivi – vitamine – proteine

2. Di quale alimento non è necessario limitare il consumo? a  salumi b  pesce c  dolci

Gli alimenti sono ricchi di principi

3. Di quale alimento non è necessario moderare il consumo? a  acqua b  patatine fritte c  bibite gassate

.........................................

li all’organismo, che assumiamo consumando la il pesce, le

............................................,

indispensabi-

.....................................,

...........................................,

la frutta e altri

alimenti. I nutrienti svolgono la funzione energetica, assicurata da

............................................

(zuccheri) e

funzione plastica garantita dalle regolatrice ricoperta dalle

.............................................

.........................................

(grassi), la

e la funzione

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’alimentazione deve garantire un apporto calorico equilibrato.

2. I cereali hanno un alto potere energetico.

3. I cereali sono ricchi di carboidrati.

4. Il latte è un alimento completo.

5. La dieta mediterranea prevede il consumo giornaliero di carne.

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La bulimia colpisce prevalentemente gli uomini con più di 30 anni.

2. Tra le cause del sovrappeso vi è una dieta ipercalorica.

3. La malnutrizione è uno squilibrio alimentare.

9. Individua l’intruso. 1. Una dieta ricca di quale nutriente non causa l’obesità? a  sali minerali b  grassi c  zuccheri 2. Quale delle seguenti caratteristiche non riguarda l’anoressia? a  paura di ingrassare b  rifiuto del cibo c  impossibilità di procurarsi il cibo

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Fate una ricerca sugli alimenti che consumate abitualmente indicandone i principi nutritivi. 2. Fai una ricerca su quali cibi si consumano prevalentemente in un Paese straniero a tua scelta. Cerca di scoprire quali principi nutritivi contengono.

3. Scrivi un diario alimentare indicando giornalmente la quantità dei cibi che consumi. Dopo una settimana analizza i dati rilevati e confrontali con le tabelle relative alla razione giornaliera. 4. Che cosa ritieni sia necessario fare per seguire quotidianamente una corretta alimentazione? 5. Quale relazione, secondo te, intercorre tra corretta alimentazione e disturbi alimentari?

189

MAPPA DELL’AREA COLTURE ERBACEE AGRICOLTURA BIOLOGICA

– – – – – –

cereali legumi piante industriali colture foraggere colture ortive colture protette

AGRICOLTURA – lavorazioni agricole

ALIMENTI FRESCHI COLTURE ARBOREE – frutta

TRASFORMAZIONE DEGLI ALIMENTI

PRODOTTI ZOOTECNICI

ALLEVAMENTO E PESCA

– latte – carne – uova

PRODOTTI ITTICI – pesci – crostacei – molluschi

190

CONSERVAZIONE DEGLI ALIMENTI – metodi fisici (con il freddo, con il calore, disidratazione, atmosfera modificata e irraggiamento) – metodi chimici (con additivi naturali e additivi chimici)

ALIMENTAZIONE – varia – equilibrio di principi nutritivi – fabbisogno energetico

Settore agroalimentare

VERIFICA Conoscenze

AREA 4 5

5. Inserisci i termini mancanti. 1. Le colture che possono essere classificate in base a foglie,

1. Abbina ciascun termine alla sua definizione.

radici, tuberi sono quelle

1. suolo 2. sottosuolo 3. fertilità 4. aratura 5. rullatura

2. Le colture

..............................................

sono quelle che vengono col-

..............................................

tivate nelle serre. 3. La coltivazione degli ortaggi in acqua, senza l’uso della terra, prende il nome di coltura indoor o

a. lavorazione che comprime il terreno troppo soffice b. strato superficiale della crosta terrestre c. strato inerte della crosta terrestre d. lavoro eseguito per rivoltare il terreno superficiale e. insieme dei fattori chimici, fisici e microbiologici di un terreno 2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

..............................................

6. Abbina le affermazioni agli allevamenti di galline ovaiole. 1. in 1 m2 vivono 7 galline 2. in 1

a. allevamento in batteria

vivono 25 galline

b. allevamento a terra

7. Individua l’intruso. 1. Quale tipo di farina non si ottiene dalla setacciatura del grano? a  tipo 00 b  tipo 0 c  tipo 1 d  tipo 2 e  tipo 3 f  integrale

1. Le piante hanno bisogno di molta luce.

2. Tutte le piante fruttificano in estate.

3. L’azoto è molto importante per la crescita delle piante.

4. Il letame è un concime organico.

5. Per lotta integrata si intende il divieto di coltivare prodotti OGM.

6. I fagioli sono cereali.

7. Tutte le serre sono riscaldate.

8. Gli agrumi fanno parte delle coltivazioni arboree.

9. Con la tecnologia MAS si ibridano le piante per ottenere una varietà migliore.

b. pigiatura c. imbottigliamento a. svinatura d. raccolta dell’uva e. fermentazione lenta f. fermentazione tumultuosa.

1. .................................

2. .................................

3. ................................

10. L’aridocoltura è praticata nelle zone con scarse piogge.

4. .................................

5. .................................

6. ................................

3. Individua l’intruso. 1. Quali delle seguenti tecniche non è un metodo di irrigazione? a  a pioggia b  a goccia c  per scorrimento d  per dilavamento e  per sommersione 2. Quale tipo di coltura non viene usata per l’avvicendamento? a  sfruttatrice b  miglioratrice c  seccatrice

2. Quale delle seguenti voci non indica una classificazione dei vini? a  rossi b  bianchi c  rosati d  neri 3. Quale tra le seguenti bevande non è una bibita gassata? a  gazzosa b  spuma c  acqua tonica d  cola e  acqua minerale 8. Metti in ordine le fasi di produzione del vino.

9. Indica accanto a ciascun alimento la materia prima da cui si ricava. 1. formaggio 3. vino

.................................

................................................

5. prosciutto crudo

.................

2. burro

........................................................

4. pasta ......................................................... 6. olio extravergine ..............................

10. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. 4. Scegli l’alternativa corretta.

riscaldamento – coagulazione – formaggio – grasso – caglio

1. Lo zafferano e il coriandolo sono piante a  da fibra b  aromatiche

1. Il burro è il prodotto della lavorazione del

2. Gli allevamenti in cui gli animali pascolano allo stato brado sono di tipo a  semi-intensivo b  estensivo

2. La produzione del

3. Le nasse sono reti utilizzate per a  pescare b  raccogliere la frutta

.............................................

contenuto nel latte di mucca. ....................................

inizia con il

....................................

del latte a 38 °C o 48 °C; si aggiungono poi eventuali fermenti lattici e il che favorisce la

.............................................., ..............................................

o un altro acidificante,

191

VERIFICA 11. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. I prodotti ittici sono utilizzati per produrre il vino.

2. La bresaola si ricava dalla carne di manzo.

3. Dal grano si ottiene la pasta.

4. Una delle fasi di lavorazione della panificazione è la lievitazione.

17. Inserisci i termini mancanti.

1. Pane, pasta, miele e patate sono alimenti ricchi di

2. Olio, formaggio, burro e mandorle sono alimenti ricchi di

1. Gli acini dell’uva sono attaccati ai

..............................................

dell’uva.

3. Nella produzione del vino la trasformazione degli zuccheri in alcol avviene grazie ai

..............................................

presenti sulla buc-

cia degli acini. 13. Inserisci i termini mancanti. 1. La conservazione per mezzo di temperature che raggiungono i 150 °C prende il nome di

..............................................

2. L’.............................................. è un metodo di conservazione che ricorre alla combustione di legni aromatici. 3. Con la

..............................................

l’alimento viene sottoposto a una

temperatura che va da 70 a 75 °C. 14. Individua l’intruso. 1. Quale dei seguenti mezzi non rientra nei metodi fisici per la conservazione degli alimenti? a  freddo b  calore c  additivi 2. Quale delle seguenti tecniche non è un metodo di conservazione con il freddo? a  refrigerazione b  surgelazione c  sbrinamento 15. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La sterilizzazione elimina solo una parte dei microrganismi.

2. Gli antiossidanti sono additivi di origine vegetale.

3. Tutti i conservanti sono pericolosi per la salute.

4. L’etichetta alimentare è utile per conoscere gli ingredienti dell’alimento.

3. Cereali, carne, legumi e pesce sono alimenti ricchi di

.................

1. La conservazione UHT è simile alla

1. uova 2. pane 3. pesce 4. olio 5. dolci 6. frutta 7. ortaggi 8. cereali 9. legumi 10. carne

a. funzione energetica

b. funzione plastica

c. funzione regolatrice e protettiva

19. Scegli l’alternativa corretta. 1. Una dieta equilibrata deve comprendere a  tutti i nutrienti b  solo proteine e carboidrati 2. Svolgere una regolare attività fisica favorisce a  uno stile di vita sano b  l’insorgere di malattie cardiovascolari 3. In una corretta alimentazione, i pasti e gli spuntini devono essere giornalmente a  cinque b  sette 20. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La denutrizione può essere causata dalla difficoltà di reperire il cibo.

2. La bulimia è un disordine alimentare.

3. Il sovrappeso e l’obesità sono dovuti a un eccesso di grasso.

4. La malnutrizione è causata da uno scarso apporto di nutrienti.

21. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. nutrienti – salute – energetico – equilibrata 1. Per mantenere sempre in piena ...................................... l’organismo,

16. Inserisci i termini mancanti.

è necessario assumere tutti i .......................................... che si trovano ..............................................,

gli alimenti subiscono un trattamento meno energico. 2. L’olio viene usato come additivo perché impedisce lo scambio di ........................................, indispensabile a molti microrganismi.

192

18. Abbina ciascun alimento alla funzione che svolge.

12. Inserisci i termini mancanti.

2. Il vino si ottiene dalla

..............................................

.......................

nei vari alimenti, seguendo un’alimentazione .................................. . 2. Il fabbisogno

........................................................

è la quantità di nutrienti

che ogni individuo deve assumere giornalmente tramite gli alimenti.

Settore agroalimentare

VERIFICA

AREA 4 5

Competenze 1. Esamina il seguente grafico e svolgi le attività proposte. Il grafico illustra l’andamento della produzione mondiale di grano e i relativi consumi dall’anno 2006 all’anno 2013. Milioni di tonnellate

Il consumo mondiale di grano per il 2012/2013 supera la produzione di circa 7 milioni di tonnellate (1 tonnellata = 1 megagrammo)

725 700 675 650 625 600 575 550 525 500

06/07

07/08

08/09

09/10

Produzione

10/11

11/12

12/13

Consumo

(grafico predisposto dall’USDA, cioè il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti d’America)

1. Confronta l’andamento della produzione del grano e quello del suo consumo, fissando la tua attenzione, in particolare, sull’anno 2012/2013. 2. Scrivi sul quaderno le tue osservazioni e le tue deduzioni personali cercando, cioè, di esprimere con le parole ciò che viene rappresentato graficamente. 2. Grazie all’aiuto di un motore di ricerca, fai un’indagine per scoprire se in Italia si produce una maggiore quantità di grano tenero o di grano duro.

c. Per preparare dei biscottini da tè quale tra i due ingredienti scegliereste? E per preparare del pane rustico? 5. Sperimenta una ricetta semplice per produrre il pane. Ingredienti 380 g di farina tipo 0 9 g di sale 225 g di acqua (a 50 °C) 5 g di zucchero 9 g di lievito secco 1. Impasto: in un contenitore di vetro mescola lo zucchero, il lievito secco e metà della farina. Versa l’acqua e mescola ancora. Aggiungi il sale e, a poco a poco, la farina rimanente. Quando il composto si stacca dai bordi, adagialo su un piano di lavoro infarinato e impasta con le mani per almeno 8 minuti. 2. Lievitazione: metti l’impasto in un contenitore, coprilo e lascialo in un ambiente caldo per almeno 30 minuti. Poi schiaccia la pasta e dalle una forma rotonda; bagna la lama di un coltello e fai un’incisione a croce profonda 1 cm circa. 3. Cottura: inforna la pagnotta a temperatura iniziale molto bassa, insieme a una teglia di acqua calda per 5/10 minuti; poi togli l’acqua e alza la temperatura a 200 °C. Cuoci per circa 45 minuti. 6. Esamina il seguente grafico e svolgi le attività proposte. Il grafico mette in evidenza i primi dieci Paesi al mondo per consumo di grano zootecnico. CONSUMO MONDIALE DI GRANO PER USO ZOOTECNICO E PER ALTRI USI 130,56

Totale

3. Svolgi le seguenti attività. 1. Dal grano si possono ricavare sia le semole sia le farine. Scrivi sul tuo quaderno le caratteristiche dei due prodotti. 2. Recati in un supermercato con carta e penna e osserva tutti i tipi di semola e di farina esposti. Prendi nota delle varie tipologie di prodotto, delle relative caratteristiche e dei loro costi. 3. Prepara sul quaderno una tabella con tre colonne (prodottocaratteristiche-costo) in cui inserire i dati raccolti.

9,57

Altri

0,95 1 1 1,4 1,5 2,3 2,5 3,9 3,946 4 4 4,59

Messico Israele Vietnam Turchia Uzbekistan Corea del Sud Egitto Canada Stati Uniti Australia Kazakistan Ucraina Russia

16 17,5

Cina

56,5

U.E. 27

4. Sperimentate le caratteristiche di semola e farina. 1. Procuratevi una piccola quantità di semola e una di farina. Preparate, sopra un tagliere, un mucchietto di farina, aggiungete dell’acqua tiepida e impastate gli ingredienti. Ripetete l’operazione con la semola. 2. Esprimete sul quaderno le vostre osservazioni personali, tenendo conto delle domande che seguono. a. Gli ingredienti nel primo caso si impastano esattamente come nel secondo? b. Il risultato è il medesimo in entrambe le situazioni?

100

120

140

2011/2012 (grafico predisposto dall’USDA, cioè il Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti d’America)

1. Analizza e interpreta i dati evidenziati nel grafico e cerca di dare una tua personale motivazione di ciò che viene rappresentato. 7. Prova a spiegare sul quaderno il significato di «consumo di grano per uso zootecnico».

193

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Confettura extra di albicocche Lo scopo di questa esperienza è creare alcuni vasetti di confettura. In funzione del contenuto di frutta distinguiamo in confettura extra quando la polpa di frutta è non meno del 45%, confettura quando è del 35% e marmellata quando è del 20%.

ti trezzi occorren Materiali e at 1 kg di albicocche o altra frutta a piacere Zucchero bianco 1 pentola + 1 pentola per sterilizzare Bilancia da cucina

Alcuni vasetti di vetro con tappo Straccio o carta da cucina Utensili da cucina

1. Mettiamo la pentola vuota sul piatto della bilancia: il suo peso è di 1 015 grammi.

2. La frutta è stata precedentemente lavata. Con un coltello tagliamola a pezzi, togliendo il nocciolo.

3. Dopo aver terminato, pesiamo nuovamente la pentola togliendo la tara (1 900 g – 1 015 g = 885 g): otteniamo il peso della frutta denocciolata.

4. Mettiamo sul piatto della bilancia un contenitore. Questa volta, anziché pesare il recipiente, accendiamo la bilancia dopo averlo appoggiato, in modo da ottenere il peso senza tara.

5. Versiamo 350 grammi di zucchero. Lo zucchero è necessario per gelificare la pectina contenuta nella frutta rendendola più compatta, e agisce da conservante.

6. Versiamo lo zucchero sulla frutta e mescoliamo.

7. A questo punto possiamo far cuocere la confettura. Poniamo quindi la pentola sulla fiamma del gas e accendiamolo.

8. Durante la cottura parte dell’acqua contenuta nella frutta evapora, e la confettura si raddensa.

9. Dopo circa 30 minuti, una volta raggiunta la consistenza desiderata, spegniamo il gas e togliamo la pentola dai fornelli.

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Settore agroalimentare

AREA 4

10. Sterilizzazione Abbiamo lavato con acqua calda e asciugato alcuni vasetti riciclati in vetro con i relativi tappi. Con un piccolo mestolo invasiamo la confettura ancora calda.

11. Avvitiamo bene i tappi. Appena invasata, i tappi con clic-clac emettono un caratteristico suono, indicandoci che all’interno del vasetto vi è dell’aria.

12. Sul fondo di una pentola mettiamo uno straccio oppure alcuni fazzoletti di stoffa. Lo scopo dello straccio è attutire i colpi al vetro durante l’ebollizione. Inseriamo i vasetti chiusi ermeticamente.

13. Versiamo dell’acqua fino a qualche centimetro sotto il livello dei tappi.

14. Poniamo la pentola sul fornello e facciamo bollire per circa 20-30 minuti. Con questa operazione il vasetto raggiunge una temperatura superiore agli 80-90 °C, effettuando la sterilizzazione.

15. Spegniamo il gas e lasciamo raffreddare i vasetti nella loro acqua per evitare shock termici al vetro.

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Frutta fre

: ionato da e confez Prodotto Mario Angela e la della scuo Studenti o ia di I grad Secondar pegno, 34 Im a Vi (TY) e ion ss 67890 Pa

16. Una volta tiepidi, togliamo i vasetti dalla pentola e asciughiamoli.

17. Premendo sui tappi, non dovremmo più sentire il clic-clac, constatando che l’aumento di pressione durante la sterilizzazione ha fatto uscire l’aria e ora, raffreddandosi, si è creata una depressione: il che ci fornisce un minimo di garanzia dell’avvenuta sterilizzazione del prodotto.

zata: Frutta utiliz prodotto 100 g di 118 g per : Zucchero odotto pr 100 g di 46 g per UMARSI DA CONS TE ENTRO: IBILMEN

PREFER

18. Non ci resta che creare un’etichetta per la nostra confettura e fissarla al vasetto con un elastico. A colazione ora sai che cosa mangiare! Ad esempio, potresti provare uno yogurt naturale addolcito con qualche cucchiaino di marmellata.

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AREA

Abitare il territorio

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2 VIDEO Struttura a telaio di un edificio AUDIO + VIDEO In breve U1-U2 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 65-69-71 Esercizi U1-U2 Verifica di Area

Contenuti digitali integrativi

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TERRITORIO E SPAZIO URBANO

1200

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OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere le caratteristiche dei

Eseguire misurazioni e rilievi grafi-

L’alunno riconosce nell’ambiente

fattori di rischio ambientale.

COSTRUZIONE E ABITAZIONE

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2000

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Abitare ililterritorio Abitare territorio

UNITÀ

AREA 5

Territorio e spazio urbano LEZIONE

63. Territorio PAROLE DELLA TECNOLOGIA Conurbazione: indica un

agglomerato urbano costituito da un grosso centro e da centri periferici minori, prima autonomi, assorbiti dalla città in espansione. Megalopoli: è una vastissima area altamente urbanizzata.

Il territorio è un’area geografica delimitata, come ad esempio una nazione, una città o un paese, con determinate caratteristiche morfologiche e sulla quale si trovano elementi naturali e artificiali in stretta correlazione tra loro. Per poter adempiere alle nostre necessità, abbiamo modificato l’ambiente naturale ricoprendolo di elementi artificiali. Il processo in cui l’uomo modifica lo spazio naturale per adeguarlo alle proprie necessità prende il nome di antropizzazione (dal greco ànthrõpos = uomo). Anzitutto l’uomo cominciò disboscando il territorio per ricavare degli spazi da destinare alle coltivazioni. Successivamente, intervenne recintando i campi, realizzando canali per l’irrigazione e costruendo ricoveri per gli animali e abitazioni rurali, riunite in piccoli paesi.

LINK ➜ STORIA A partire dall’VIII secolo a.C.: i primi modelli di insediamento urbano risalgono a questo periodo; per la prima volta città e campagna apparvero come due organizzazioni distinte. Mentre nella campagna i contadini lavoravano per la produzione dei beni, nelle città le classi privilegiate organizzavano la vita sociale. Con i Greci e i Romani la costruzione degli insediamenti urbani cominciò a seguire delle regole precise, alcune delle quali sono giunte fino a noi. Ad esempio tutte le città greche, chiamate polis, prevedevano la costruzione dell’agorà, ossia la nostra attuale piazza. Nelle città romane, oltre alla piazza (foro) si costruivano acquedotti, fognature, strade, teatri e terme. Con gli Arabi si raggiunse una civiltà urbana che univa estetica e organizzazione sociale. Basso Medioevo (1000-1492): l’Europa fu caratterizzata dalla costruzione di nuovi centri urbani. L’avvento della civiltà borghese, fondata su un’economia di mercato, trasformò la città in un luogo di consumo con la presenza di molte botteghe artigianali.

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Dopo il 1750: a seguito della Rivoluzione industriale, gran parte della popolazione che lavorava e viveva in campagna si trasferì nelle zone adiacenti alle grandi fabbriche, andando a incrementare notevolmente la densità urbana. Fu necessario, di conseguenza, costruire nuovi quartieri o addirittura nuove città in prossimità delle attività industriali, dei porti o delle miniere. Il Foro Romano rappresentava il centro politico, commerciale e religioso della città di Roma.

Territorio e spazio urbano

UNITÀ 1

Nel corso dei secoli l’antropizzazione si è estesa dalle pianure alle colline, alle valli e alle montagne: molti paesi sono divenuti più grandi trasformandosi in città, e queste si sono sviluppate grazie alla costruzione di vie di comunicazione ed edifici. Il territorio è un sistema molto complesso di elementi in continua evoluzione che subiscono diversi gradi di antropizzazione, e comprende: • aree naturali non abitate, monti, fiumi, laghi, mari; • aree verdi come boschi, prati e zone agricole, dove è visibile l’antropizzazione; • insediamenti, ossia nuclei abitati di piccole, medie e grandi dimensioni.

Gli insediamenti urbani Le infrastrutture sono opere artificiali costruite dall’uomo, come strade, autostrade, ferrovie, porti e aeroporti, viadotti, ponti e le reti degli impianti tecnologici per la distribuzione di acqua, gas, elettricità e per la raccolta e lo smaltimento dei rifiuti.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa significa antropizzazione del territorio? 2. Q uali sono i principali elementi che compongono un territorio?

Esiste un legame molto stretto tra morfologia del territorio e insediamenti urbani, cioè centri abitati di dimensioni differenti in cui si svolgono svariate funzioni. Storicamente la scelta del sito, cioè il luogo in cui edificare le abitazioni, avveniva in base a fattori climatici, difensivi (ad esempio nel Medioevo si preferiva costruire le città sui colli), commerciali o religiosi. Successivamente, con l’avvento dell’industria, la posizione dei nuovi centri urbani è dipesa dalla presenza di materie prime, acqua o facili vie di comunicazione, e il territorio agricolo è stato progressivamente abbandonato o visibilmente trasformato dalla presenza di nuove strutture costruite dall’uomo. La crescita dei centri abitati per l’aumento della popolazione, così come lo sviluppo industriale, il «boom economico» degli anni Sessanta e il susseguirsi di innovazioni tecnologiche hanno portato alla realizzazione di infrastrutture urbane necessarie per la vita individuale e sociale dei cittadini. Negli ultimi decenni gli spazi urbani hanno subìto processi di trasformazione profondi: la globalizzazione e la modernizzazione determinate dall’evoluzione tecnologica hanno inciso, infatti, sul modo di lavorare, vivere, risiedere e, di conseguenza, sull’assetto delle città. Al modello urbano tradizionale si è sostituita la conurbazione, ossia una realtà tipica delle megalopoli: città di enormi dimensioni solo apparentemente omogenee ma ricche di complessità.

A seconda degli interventi dell’uomo sul territorio si hanno diversi livelli di antropizzazione: a sinistra un ambiente naturale incontaminato; al centro un territorio modificato con la costruzione di muretti per la coltivazione della vite, mentre a destra un territorio urbano completamente modificato dall’uomo.

Se in passato lo spazio costruito si armonizzava con la natura, negli ultimi tempi l’uomo ha perso di vista la connessione con il mondo naturale andando ad alterarne, con i suoi interventi, gli equilibri. Questi interventi, che hanno sicuramente migliorato le condizioni di vita dell’uomo, hanno però provocato diverse problematiche ambientali, come il disboscamento, che ha incrementato l’erosione del terreno e di conseguenza rischi idrogeologici, l’inquinamento atmosferico e l’inquinamento delle acque. Una buona pianificazione del territorio dovrebbe oggi porre le basi su un modello di sviluppo orientato, oltre che alla prevenzione di tali problematiche, anche alla conservazione del suolo e alla tutela della biodiversità, contribuendo a un nuovo equilibrio con la natura e alla valorizzazione dell’ambiente stesso.

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AREA 5

Abitare il territorio LEZIONE

64. Città e struttura

Negli ultimi decenni molte città nel mondo si sono estese diventando megalopoli, abitate da decine di milioni di persone, e si stima che nel prossimo futuro il numero delle megalopoli e dei loro abitanti aumenterà notevolmente. Questa espansione comporta problemi di carattere urbanistico, da cui emerge la necessità di una nuova organizzazione degli spazi per migliorare la gestione dei servizi e delle strutture.

Strettamente legato al concetto di territorio è quello di città, ossia un centro abitato con un’alta densità abitativa. Come il territorio, anche la città è costituita da un insieme di elementi correlati tra loro: • edifici di pubblica utilità, che comprende municipio, ospedali, scuole, strutture alberghiere; • edifici residenziali, cioè abitazioni di diverse tipologie; • edifici destinati ad attività culturali e sportive, come biblioteche, teatri, stadi, palestre, piscine; • luoghi di culto, quindi chiese, moschee; • strutture commerciali, ossia supermercati e negozi di ogni genere; • strutture ricreative e di ristoro, come cinema, bar, ristoranti; • strutture artigianali e industriali, cioè capannoni destinati a ospitare le attività produttive; • rete viaria e di trasporto, che comprende strade, parcheggi, linee di tram e autobus e l’eventuale linea metropolitana; • spazi verdi, cioè giardini e parchi pubblici; • arredo urbano, fioriere, panchine, cestini per i rifiuti, fontane, edicole o piccoli chioschi; • segnaletica e cartellonistica, cioè cartelloni elettronici, manifesti, insegne; • impianti tecnologici, quali acquedotti, metanodotti, rete telefonica, rete elettrica, impianto fognario, sistema per lo smaltimento dei rifiuti. In relazione al tipo di territorio in cui la città è ubicata ci possono poi essere diverse infrastrutture come porti, aeroporti e strutture ferroviarie, e anche oasi naturalistiche, aree di interesse storico-archeologico ecc.

Le funzioni della città La struttura delle città è influenzata, oltre che dalla presenza di fiumi, monti o del mare, anche dalle funzioni che vi si svolgono al suo interno. In genere, però, l’organizzazione base è la stessa e comprende: • il centro, dove solitamente si svolgono le attività e i servizi principali (anche se per motivi di traffico molte attività negli ultimi anni sono state decentrate); • i quartieri residenziali e commerciali limitrofi alla zona centrale; • la periferia, ossia la parte più esterna dello spazio urbano.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Il verde nello spazio urbano La veloce espansione della città ha spesso portato con sé l’eliminazione degli spazi verdi: alberi, prati e piccoli corsi d’acqua hanno ceduto il posto a parcheggi e grossi edifici multipiano. Oggi, per fortuna, la normativa urbanistica prevede nelle zone di nuova edificazione una quantità minima di verde per abitante. La presenza di alberi e piante non ha solo una funzione estetica, ma provvede a mantenere un clima locale favorevole alla vita dell’uomo: regola infatti umidità e temperatura, combatte lo smog e l’inquinamento acustico. È auspicabile quindi che il verde torni ben presto a riappropriarsi della città e i cittadini tornino a godere di spazi naturali e salubri di riposo, attività o incontro (a destra, un parco di Londra).

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UNITÀ 1

Territorio e spazio urbano PAROLE DELLA TECNOLOGIA

Nelle città di più antica edificazione il centro corrisponde al nucleo storico con piazze, monumenti, chiese o importanti palazzi. Le periferie sono, invece, cresciute in maniera veloce, a volte disordinata e incontrollata per accogliere gli abitanti giunti dalle campagne in cerca di un lavoro stabile. Ai margini della città, vicino alle grosse arterie stradali, si trovano le zone industriali e i grandi centri commerciali. L’aumento demografico e la crescita senza regole delle città e delle megalopoli ha portato con sé evidenti problemi di carattere sociale e ambientale.

Spazio urbano: rappresenta l’insieme degli elementi che compongono una città: edifici, strade e mezzi di trasporto, servizi e infrastrutture, spazi verdi, risorse naturali… e i cittadini con i loro comportamenti. Urbanistica: è la disciplina che si occupa della pianificazione territoriale e dello sviluppo delle aree urbane.

La pianta della città La pianta di una città, cioè l’organizzazione degli edifici, delle strade, delle piazze e dei giardini, può essere influenzata dalla morfologia del territorio o seguire una precisa pianificazione urbanistica. Storicamente le città nascevano sulla base di un progetto unitario con una forma geometrica precisa, spesso caricata di significati simbolici. Si possono distinguere due piante fondamentali derivate da antichi canoni costruttivi, modelli che hanno ispirato gli urbanisti nello sviluppo delle città anche in epoca moderna: • la pianta a scacchiera, che trova origine nella struttura degli accampamenti militari, con due grosse strade (il cardine e il decumano) che si incrociano ad angolo retto formando ampi isolati; • la pianta radiocentrica, le cui strade a raggiera vanno a convergere tutte nella piazza centrale, che diviene il vero e proprio nucleo della città.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si può definire una città? 2. C ome può essere la pianta di una città?

Central Park

Roosevelt Island

QUEENS

UPTOWN MANHATTAN

Hu ds

MIDTOWN

Riv

va sco

DOWNTOWN

La città di Mosca è un esempio di città a pianta radiocentrica. La forma assomiglia a una ragnatela, al centro della quale convergono, collegate da circonvallazioni, le reti stradali principali. Altre città con questa forma BROOKLYN sono Milano, Bruxelles, Monaco, Parigi.

R i ve

Come molte città statunitensi, l’isola di Manhattan, un distretto della città di New York, ha una pianta a scacchiera organizzata secondo una geometria regolare, con una rete stradale ortogonale.

CREMLINO

La pianificazione territoriale La pianificazione territoriale si occupa di regolamentare il governo del territorio applicando principi di tutela ambientale e di sostenibilità dello sviluppo; inoltre, ha il compito di limitare l’antropizzazione e migliorare la qualità di vita delle generazioni presenti e future. Si basa su strumenti e leggi differenti a carattere sia regionale sia comunale. Per quanto riguarda la città, ogni Comune italiano è dotato di un Piano Regolatore Generale, sostituito in alcuni casi dal Piano Strutturale Comunale o dal Piano di Governo del Territorio.

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AREA 5

Abitare il territorio LEZIONE

65. Rete di impianti tecnologici Per rete degli impianti di una città si intende un sistema di tubature e cavi che, partendo da un centro (collettore), si ramifica in modo da collegare i cittadini al servizio di distribuzione o, viceversa, che va dai cittadini a un unico collettore.

L'acquedotto È l’insieme delle opere idrauliche necessarie per l’approvvigionamento di acqua potabile. Il percorso dell’acqua inizia con la captazione, che può avvenire: • in superficie, con il prelievo da fiumi, laghi e corsi d’acqua; • in profondità, con il prelievo dalle falde acquifere effettuato attraverso l’impiego di pompe. Nel sottosuolo delle città esiste una fitta rete di impianti tecnologici: la rete di distribuzione dell’acqua potabile, quella fognaria, elettrica, telefonica, del gas metano e l’eventuale rete del teleriscaldamento. La rete elettrica e quella telefonica possono essere anche in superficie. Torre dell’acquedotto Pompe

Falda acquifera

Le acque di falda sono in genere più pregiate, ma si rigenerano molto più lentamente di quelle superficiali, che possono contare sull’apporto diretto delle acque piovane. Uno sfruttamento eccessivo delle falde può portare a un loro abbassamento o addirittura al prosciugamento. Occorre, quindi, garantire il loro equilibrio con politiche di controllo del prelievo e dell’utilizzo, ma anche monitorando i fenomeni di inquinamento delle acque sotterranee. L’acqua prelevata viene convogliata verso gli impianti di potabilizzazione che rimuovono le sostanze inquinanti o comunque non ingeribili. Dopo la potabilizzazione, l’acqua viene pompata e stoccata nella torre dell’acquedotto, dove un meccanismo di pressurizzazione garantisce il livello di pressione necessario per un’adeguata distribuzione attraverso le condotte sotterranee. Lungo il percorso nel sottosuolo sono poste delle valvole a saracinesca, che interrompono il flusso in caso di guasto. Per evitare gli sprechi è essenziale provvedere alla costante manutenzione degli impianti, al fine di prevenire eventuali corrosioni e rotture, oggi individuabili anche tramite sofisticate tecnologie. Grazie alla rete di distribuzione dell’acquedotto comunale l’acqua giunge fino al contatore dell’acqua e poi alla rete di distribuzione interna di ciascun edificio. Le condutture sono collegate anche a degli idranti posti sopra alla strada, che permettono il prelievo dell’acqua in caso di incendio.

Condotte sotterranee Captazione dell’acqua

CITTADINANZA ATTIVA Qualche consiglio per gli scarichi domestici Ricorda di non gettare nel lavandino o nel WC rifiuti solidi come materiali plastici, cotton-fioc, stracci, scarti alimentari, capelli, grassi animali e vegetali, oli usati di origine vegetale e minerale. I materiali sopra elencati, infatti, potrebbero intasare le condutture oppure danneggiare le parti meccaniche degli impianti e inquinare.

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La rete fognaria Si chiama rete fognaria il sistema di tubature e collettori che raccoglie le acque reflue urbane, cioè quelle «di rifiuto», e le convoglia all’impianto di depurazione. Gli scarichi da cui si raccolgono le acque reflue possono essere domestici o industriali: i primi raccolgono l’acqua proveniente dalle abitazioni, contenente sia sostanze organiche sia sostanze derivanti dai prodotti per la pulizia e l’igiene personale. I secondi raccolgono le acque utilizzate nei processi produttivi, che spesso contengono notevoli quantità di sostanze inquinanti. Fanno parte dei reflui urbani anche le acque meteoriche, cioè la pioggia raccolta dalle grondaie degli edifici e convogliata nelle condotte sotterranee insieme a

Territorio e spazio urbano

UNITÀ 1

quella che proviene dalle griglie stradali. Grazie alla rete fognaria queste acque giungono fino agli impianti di depurazione. La depurazione delle acque reflue urbane può avvenire in vari modi, ma il processo più utilizzato è quello a fanghi attivi. Esso si compone di varie fasi, alcune di tipo meccanico e altre di tipo biologico o chimico-fisico, che permettono di eliminare tutti i microrganismi che potrebbero originare patologie. Dopo i trattamenti, i reflui vengono reimmessi nei fiumi e nei mari. Con il trattamento di depurazione delle acque reflue, dall’acqua vengono rimosse le sostanze indesiderate, concentrandole sotto forma di fanghi. I fanghi residui, spesso contaminati da sostanze tossiche, devono subire anch’essi una serie di trattamenti necessari a renderli idonei allo smaltimento in discariche speciali.

La rete elettrica L’energia prodotta nelle centrali elettriche, dopo essere stata innalzata fino a 380 000 volt, viene trasportata con linee ad alta tensione fino a stazioni di trasformazione. Qui, grandi trasformatori riducono a 120 000 volt la tensione che, tramite degli elettrodotti, viene trasportata fino ad altre stazioni di trasformazione. La tensione viene ulteriormente ridotta a decine di migliaia di volt per alimentare le reti ferroviarie, i grandi impianti industriali, gli ospedali e i grandi centri commerciali. Poi, su linee a media tensione, l’energia elettrica viene trasportata fino a cabine secondarie, all’interno delle quali altri trasformatori riducono la tensione a 380 volt, per alimentare piccole aziende e negozi; da questa tensione viene prelevata quella a 220 volt alternata che, tramite il contatore di corrente, arriva nelle nostre abitazioni. Per queste ultime linee si utilizzano pali in legno o cemento oppure cavi isolati posati nel sottosuolo.

› La distribuzione dell’energia elettrica 2  La tensione viene innalzata da 20 000 volt a 220 000-380 000 volt.

4  Linea ad alta tensione a 380 000 volt

3  Stazione di trasformazione

Linea a 120 000 volt 5

6  La tensione viene ridotta a decine di migliaia di volt per le industrie.

7  La tensione a 25 000 volt alternata è usata per alimentare la linea ferroviaria ad alta velocità.

1  Centrale per la produzione di energia elettrica.

10  La

tensione a 220 volt è utilizzata per alimentare le abitazioni.

9  Linea a 380 volt per piccole imprese

8  La tensione a 3 000 volt continua viene impiegata per la linea ferroviaria.

La rete di distribuzione del metano Il combustibile fossile attualmente più usato per alimentare gli impianti di riscaldamento degli edifici e per usi industriali è il metano. Dai luoghi di estrazione, spesso fuori dai confini della nazione, il gas metano tramite metanodotti e con grosse tubature sotterranee viene trasportato fino alle stazioni di stoccaggio e poi, con una rete secondaria, fino ai luoghi di consumo. Le reti di distribuzione urbana in bassa pressione sono gestite da società concessionarie (distributori) con contratti di lunga durata o da aziende municipalizzate, cioè con partecipazione degli enti locali. Queste società di distribuzione si occupano di fare arrivare il metano fino all’esterno delle abitazioni, dove è presente il contatore per contabilizzare i consumi.

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AREA 5

Abitare il territorio

La rete telefonica Per telefonare a un’altra persona all’altro capo del mondo o navigare in Internet occorre una rete di telecomunicazioni. Sotto alle strade, in apposite canaline, sono presenti cavi che contengono migliaia di doppini telefonici dove viaggia una debole corrente elettrica, oppure cavi in fibra ottica che trasportano impulsi luminosi. Partendo dalle centrali telefoniche, dove è concentrata una serie di apparati per la commutazione e la trasmissione, si dirama sul territorio, fino a coprire l’intero pianeta, una «ragnatela» di cavi telefonici in rame e in fibra ottica che arrivano ai singoli utenti, permettendo la comunicazione tra due o più persone. Tramite apparecchi come modem/router danno, inoltre, la possibilità di collegare il proprio computer alla rete Internet. Oltre a questa rete sotterranea di cavi, le telecomunicazioni si servono di antenne sparse su tutto il territorio e di satelliti per le trasmissioni radio e televisive, le comunicazioni mobili tramite cellulare e la trasmissione dei dati. Evita di impiegare sacchetti in plastica e usa piuttosto un sacchetto di tela. Il riuso deve diventare uno stile di vita, una cultura che permetta di non sprecare inutilmente le risorse del pianeta.

I rifiuti Si definisce rifiuto qualsiasi sostanza oppure oggetto di scarto, derivante da attività umane o da cicli naturali, eliminato o abbandonato. Generalmente i rifiuti sono distinti in tre categorie principali: • rifiuti urbani, provenienti da fabbricati o altri insediamenti civili, oppure posti nei cestini su strade e aree pubbliche o private; • rifiuti speciali, derivanti da lavorazioni industriali e da attività agricole, commerciali, artigianali; sono compresi i rifiuti ospedalieri non assimilabili a quelli urbani, i materiali provenienti da demolizioni e scavi, quelli dai veicoli a motore e le loro parti fuori uso; i residui di rifiuti solidi e i fanghi derivanti dalla depurazione delle acque; • rifiuti nocivi, contenenti sostanze tossiche e nocive come, ad esempio, amianto, arsenico, mercurio, piombo, solventi, scorie radioattive. Le soluzioni per la gestione dei rifiuti sono essenzialmente di quattro tipi: riduzione e riuso, riciclaggio, incenerimento, discarica controllata.

Il riciclaggio dei materiali crea nuova occupazione: piccole e medie imprese recuperano i materiali riciclabili per rivenderli come materia prima o semilavorati alle imprese produttrici dei beni.

Il riuso Per evitare che la quantità dei rifiuti aumenti sempre di più, è necessario prevenire la produzione di materiali e oggetti. Una volta concluso il ciclo di vita di un bene, generalmente questo viene buttato; in un’ottica di risparmio energetico e riduzione dei rifiuti, invece, gli oggetti vengono riutilizzati. Quindi, ad esempio, invece di buttare una bottiglia e poi riciclarla per realizzarne una nuova, sarebbe meglio impiegare quella stessa bottiglia più volte, senza ulteriori costi di produzione e senza creare rifiuti. Il riciclaggio Con il termine riciclaggio si intende il riutilizzo delle materie prime che costituiscono il prodotto al termine del suo ciclo di vita e che possono essere impiegate in un nuovo ciclo produttivo. I materiali comunemente sottoposti a riciclo sono i metalli, la carta, il legno, il vetro e parte delle materie plastiche. Per facilitare il riciclaggio dei materiali è fondamentale la raccolta differenziata dei rifiuti solidi effettuata dai singoli utenti. Riciclare i materiali risulta più «sostenibile» rispetto a incenerirli, in quanto permette di risparmiare maggiore energia di quella prodotta con la termovalorizzazione: riciclando una bottiglia di plastica, ad esempio, si risparmia più energia di quanta non se ne ricavi dalla sua combustione. Sono inoltre da considerare le minori emissioni di sostanze tossiche nell’atmosfera rispetto all’incenerimento.

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Territorio e spazio urbano

UNITÀ 1

L'inceneritore o termovalorizzatore L’inceneritore è nato con lo scopo di produrre energia bruciando rifiuti solidi urbani e nel contempo di ridurne il volume; questi rifiuti devono avere un elevato potere calorifico, quindi non possono contenere la frazione umida. Questo tipo di impianto crea preoccupazione nelle comunità di cittadini, che contestano anche la presenza sul territorio delle speciali discariche destinate a raccogliere le scorie derivate dall’incenerimento.

La migliore strada percorribile al fine di non ricorrere agli inceneritori è quella di prendere coscienza e produrre meno rifiuti!

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Anaerobica: dovuta a organismi che sopravvivono senza l’ossigeno dell’aria. Biogas: è una miscela di gas prodotta dalla fermentazione dei rifiuti urbani o agricoli.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa si intende per rete di impianti? 2. Q uali sono le principali tipologie di rifiuti? E in che modo si possono smaltire?

Se l’inceneritore si trova vicino ai centri abitati, il calore può essere utilizzato per produrre acqua calda per un impianto di teleriscaldamento. I sistemi di teleriscaldamento urbano rappresentano un’importante opportunità per un uso razionale e sostenibile dell’energia. Il sistema di teleriscaldamento è composto da: • una centrale termica, in cui si produce il calore utilizzando combustibili fossili, fonti rinnovabili o il calore prodotto dalla combustione dei rifiuti in un inceneritore; • una rete di trasporto, costituita da speciali tubazioni sotterranee, isolate termicamente, in cui circola acqua calda (a 80-90 °C), che serve contemporaneamente vari edifici; • uno scambiatore di calore, situato nei singoli edifici, che permette di trasferire il calore necessario per riscaldare gli ambienti.

La discarica controllata È il luogo dove vengono depositati i rifiuti che non è possibile riciclare o utilizzare come combustibile negli inceneritori. Consiste nella sistemazione di strati di rifiuti, precedentemente pressati, su un terreno appositamente predisposto, e la copertura degli stessi con uno strato di terra per poter far ricrescere la vegetazione. I residui dei rifiuti restano attivi per oltre trent’anni e, attraverso i naturali processi di decomposizione anaerobica, producono biogas e numerosi liquami che possono contaminare il terreno e le falde acquifere. Alcuni gas che si sprigionano dalle discariche contribuiscono all’effetto serra. Per limitare l’inquinamento del suolo e le emissioni nocive, le discariche moderne vengono progettate, costruite e gestite in modo da isolare i rifiuti dal terreno e utilizzare i biogas come combustibile. I danni ambientali relativi a una discarica controllata e ben gestita non sono elevati: purtroppo, però, esistono numerose discariche abusive, inquinanti e spesso pericolose legate al lucroso traffico illegale dei rifiuti.

› La discarica controllata Copertura con terreno Captazione del biogas prodotto dalla fermentazione ed eventuale impianto per produrre energia elettrica

Strati di rifiuti compattati Depurazione delle acque

Compattatore

Strato impermeabile con materiali plastici

Strato di sabbia drenante

Collettore di raccolta delle acque (percolato)

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AREA 5

Abitare il territorio LEZIONE

Per ridurre l’inquinamento nelle città, alcune amministrazioni incentivano l’utilizzo dei trasporti pubblici favorendo la mobilità sostenibile. In questo modo si cerca di diminuire il numero di veicoli in circolazione.

66. Rischi ambientali L’ambiente urbano è caratterizzato da una serie di problematiche sociali e ambientali che sono andate via via crescendo con il passare degli anni e l’aumento della popolazione.

L'inquinamento dell'aria nelle grandi città In molte città le emissioni inquinanti, causate principalmente dagli scarichi del traffico veicolare e dagli impianti di riscaldamento degli edifici, si accumulano progressivamente, senza disperdersi, aggravando la situazione di giorno in giorno. Ne deriva un aumento delle concentrazioni di PM10, rilevato da centraline poste all’interno delle zone urbane; quando queste segnalano il superamento del «margine di tolleranza» da parte del nostro organismo, si procede con interventi di chiusura del traffico, sperando che le precipitazioni facciano cadere a terra gli inquinanti o il vento li disperda. Questo fenomeno è particolarmente sentito nelle città della Pianura Padana, soprattutto durante la stagione invernale, a causa dell’inversione termica. Ad aggravare la situazione concorrono anche le ciminiere industriali, gli impianti di incenerimento dei rifiuti e gli impianti per la produzione di energia elettrica.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Inversione termica: è un fenomeno nel quale le masse d’aria si stratificano al suolo e il rimescolamento dell’aria è minimo.

Per ridurre l’inquinamento atmosferico nelle città occorre la collaborazione delle amministrazioni pubbliche (Regioni, Province e Comuni), delle imprese e dei singoli cittadini. • Sarebbe bene privilegiare i mezzi pubblici elettrici come tram, ferrovie, filobus e metropolitane, i mezzi privati elettrici per il trasporto delle merci e gli scooter elettrici, che non rilasciano inquinanti direttamente nella città. Poiché la produzione dell’energia elettrica avviene però in centrali alimentate a combustibili fossili che inquinano, tali centrali potrebbero essere confinate lontano dalle aree urbane ed essere meglio controllate. • Le città dovrebbero essere dotate di maggiore verde pubblico, che permetterebbe alle piante di intercettare e rimuovere alcuni inquinanti. • È indispensabile una maggiore attenzione delle industrie per evitare di immettere sul mercato prodotti inquinanti. • È auspicabile un maggiore utilizzo delle fonti energetiche alternative, anche per il riscaldamento degli edifici. • Un migliore utilizzo dell’illuminazione pubblica limiterebbe i consumi di energia.

PRINCIPALI SOSTANZE INQUINANTI

EFFETTI SULLA SALUTE E SULL’AMBIENTE

Anidride carbonica. Si forma ogniqualvolta vi è una combustione dei combustibili fossili (impianti di riscaldamento e autoveicoli).

È la causa principale dell’effetto serra.

Anidride solforosa. Si forma durante la combustione dei combustibili fossili (impianti di riscaldamento e autoveicoli).

È dannosa per la salute; a contatto con il vapore acqueo si trasforma in acido solforico, causa principale delle piogge acide.

Benzene. Deriva dal processo di combustione incompleta della benzina e, in misura minore, del gasolio.

È molto tossico per la salute.

Clorofluorocarburi. Derivano da emissioni industriali.

Provocano problemi alla pelle e sono tra le cause del buco dell’ozono.

Monossido di carbonio. Oltre il 90% delle emissioni deriva dal traffico veicolare, soprattutto in fase di decelerazione e congestionamento del traffico.

È molto nocivo per la salute; può inquinare anche acqua e suolo.

PM10. Vengono emesse dagli impianti di riscaldamento a olio combustibile e a gasolio e dagli autoveicoli Diesel.

Sono polveri sottili che penetrano facilmente nei polmoni creando problemi al sistema respiratorio.

206

Territorio e spazio urbano

Le zone rurali e montane subiscono un costante esodo degli abitanti a favore della città; di conseguenza viene meno la manutenzione del territorio, che è pertanto soggetto a pericolosi smottamenti.

UNITÀ 1

Per migliorare la qualità dell’aria è utile una maggiore consapevolezza anche nel comportamento dei singoli cittadini. • Durante l’inverno è preferibile mettere un maglione e abbassare il termostato almeno di un grado. • Si può limitare l’uso dell’auto quando il tragitto può essere coperto a piedi, in bicicletta, o con i mezzi pubblici. • Spegnere le luci non indispensabili permette di risparmiare energia. • Riciclare la carta, il vetro, la plastica e i metalli consente di diminuire i rifiuti portati negli inceneritori, ma sarebbe preferibile evitare l’acquisto di prodotti con imballaggi inutili. Sono comunque tutti comportamenti che, pur non migliorando l’aria della città immediatamente, sicuramente migliorano quella della nazione e del Pianeta.

Il dissesto idrogeologico È l’insieme di tutti quei fenomeni di erosione, smottamenti, frane e alluvioni che modificano rapidamente l’aspetto di un territorio producendo spesso gravi danni agli edifici vicini e alla vita stessa degli abitanti. Si tratta di un processo causato in gran parte dall’uomo, dovuto alla cementificazione, al disboscamento e all’abbandono delle aree montane. Per controllare e prevenire il problema occorre seguire alcune regole fondamentali: • non costruire edifici nelle aree a rischio combattendo l’abusivismo edilizio; • costruire rispettando le distanze dai corsi d’acqua; • effettuare una costante manutenzione intorno a torrenti e corsi d’acqua; • contrastare le captazioni abusive di acqua e l’estrazione illegale di inerti; • fronteggiare gli incendi dolosi.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. I l centro storico della città più vicina al luogo in cui abiti presenta o ha presentato alti livelli di inquinamento? È mai stato chiuso al traffico? 2. S volgi un’indagine relativa alla presenza di depuratori, inceneritori e discariche controllate (o abusive) nella tua città.

Il rischio sismico L’Italia è uno dei Paesi a maggiore rischio sismico dell’area mediterranea a causa della sua particolare posizione geografica. La Penisola italiana è infatti situata sulla faglia tra la zolla africana e la zolla eurasiatica ed è sottoposta quindi a continue spinte compressive che causano l’accavallamento di blocchi di roccia. In Italia esiste una mappatura sismica prodotta sulla base di analisi effettuate sull’intensità e la frequenza dei terremoti già avvenuti. La classificazione va dalla zona 1, ad alto rischio di terremoti forti, alla zona 4, in cui le possibilità di danni sono basse. Prima di qualsiasi progetto costruttivo è quindi necessaria la valutazione del sito in cui si va a edificare.

zona 1 (alto) zona 2 (medio) zona 3 (basso)

Nel corso degli anni il territorio italiano è stato colpito da numerose scosse di terremoto di media ed elevata intensità, che hanno avuto un impatto sociale ed economico molto rilevante. Poiché è impossibile prevedere i terremoti, occorre edificare in modo responsabile per limitarne gli effetti.

zona 4 (molto basso)

207

IN BREVE LEZIONE 63

Territorio Il territorio è un sistema di elementi che comprende aree naturali, aree verdi e insediamenti urbani, ossia nuclei abitativi di piccole, medie e grandi dimensioni. Quando questi sono molto estesi si parla di città o di megalopoli. Central Park

Roosevelt Island

QUEENS

UPTOWN

LEZIONE 64

Città e struttura MANHATTAN

La struttura della città generalmente comprende il centro, i quartieri residenziali e commerciali e la periferia. La pianta della città, cioè l’organizzazione degli edifici, delle strade, delle piazze e dei giardini, è fondamentalmente di due tipi: pianta a scacchiera e pianta radiocentrica.

Hu ds

MIDTOWN

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CREMLINO R i ve

sco

DOWNTOWN

LEZIONE 65

BROOKLYN

Rete di impianti tecnologici Acquedotto È l’insieme delle opere idrauliche necessarie per l’approvvigionamento di acqua potabile, prelevata in superficie o in profondità. Rete fognaria È un sistema di tubature e collettori per raccogliere le acque reflue dagli scarichi domestici e industriali e convogliarle agli impianti di depurazione. Rete elettrica Serve per il trasporto e la distribuzione dell’energia elettrica dai luoghi di produzione ai punti di utilizzo. Rete di distribuzione del metano Trasporta nelle abitazioni il combustibile per cucinare e per riscaldare gli ambienti e l’acqua. Rete telefonica È la rete costituita da cavi in rame, fibra ottica e antenne che permette la gestione delle telecomunicazioni. Impianto di teleriscaldamento È una centrale in cui si produce il calore per scaldare l’acqua che, attraverso una rete di condotte sotterranee, raggiunge gli edifici per riscaldare gli ambienti. Discarica controllata È il luogo dove vengono depositati i rifiuti che non è possibile riciclare o utilizzare come combustibile nei termovalorizzatori.

LEZIONE 66

Rischi ambientali L’ambiente urbano è caratterizzato da una serie di problematiche, che si sono aggravate con l’aumento della popolazione; tra le principali vi sono: l’inquinamento dell’aria delle grandi città, causato principalmente dal traffico veicolare, dagli impianti di riscaldamento degli edifici e dalle industrie; il dissesto idrogeologico, con fenomeni di erosione, smottamenti, frane e alluvioni, provocato in parte anche dai comportamenti dell’uomo; il rischio sismico.

208

Territorio e spazio urbano

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 1

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Inserisci i termini mancanti. 1. Le modifiche compiute dall’uomo sullo spazio naturale per adeguarlo alle proprie esigenze prendono il nome di ............... ............................... . 2. Le .............................................. comprendono strade, ferrovie, porti, aeroporti e la rete degli impianti tecnologici come quello idrico, elettrico, telefonico, del gas.

1. L’acquedotto è l’insieme delle opere idrauliche necessarie per la depurazione delle acque reflue.

2. Le acque di falda sono più pregiate di quelle superficiali.

3. I sistemi di teleriscaldamento utilizzano la rete dell’acquedotto per il trasporto dell’acqua calda.

4. Il combustibile fossile più impiegato per alimentare V gli impianti di riscaldamento è il metano.

2. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

6. Individua l’intruso.

conurbazione – città – megalopoli

1. Quale dei seguenti elementi non fa parte del sistema di teleriscaldamento? a  centrale termica b  scambiatore di calore c  rete dell’alta tensione d  rete di trasporto sotterranea

La globalizzazione e le evoluzioni tecnologiche incidono sul modo di vivere e sull’assetto delle

..............................................

. Il centro

perde la sua antica leggibilità e al modello urbano tradizionale si sostituisce la .............................................., ossia una realtà policentrica tipica delle

..............................................,

luoghi ricchi di complessità.

3. Scegli l’alternativa corretta.

2. Quale dei seguenti elementi non indica una categoria di classificazione dei rifiuti? a  rifiuti alimentari b  rifiuti urbani c  rifiuti speciali d  rifiuti nocivi 7. Abbina ogni inquinante ai suoi effetti sulla salute e sull’ambiente.

1. La rete stradale ortogonale è tipica delle città con a  pianta radiocentrica b  pianta a scacchiera 2. La disciplina che si occupa della pianificazione territoriale è a  l’urbanistica b  l’antropizzazione

1. anidride carbonica a. è la principale causa delle piogge acide 2. anidride solforosa b. è molto tossico per la salute 3. benzene

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il municipio e il supermercato sono edifici V F residenziali. 2. Le linee del tram e dell’autobus fanno parte della rete dei trasporti.

3. La parte più esterna dello spazio urbano prende il nome di zona centrale.

4. Le zone industriali sono sempre collocate nella zona centrale della città.

5. La funzione del Piano Regolatore Generale è pianificare il territorio.

c. è la principale causa dell’effetto serra

4. PM10 d. si tratta di polveri sottili che penetrano nei polmoni 1. ............................ 2. ............................ 3. ............................ 4. ............................ 8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’Italia è un Paese ad alto rischio sismico.

2. Disboscamento e cementificazione prevengono il dissesto idrogeologico.

3. Nelle aree urbane le centraline di rilevamento evidenziano il superamento del «margine di tolleranza» di particelle inquinanti.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Fate una ricerca relativa all’epoca di fondazione della città in cui abitate e provate a scoprirne la struttura o alcune sue caratteristiche. 2. Quali sono gli elementi essenziali che differenziano un territorio da un altro?

3. Quali regole, secondo te, ogni cittadino dovrebbe rispettare per tutelare le strutture esistenti sul territorio? 4. In che modo si potrebbe intervenire nelle città per migliorare gli impianti rendendoli più sostenibili per l’ambiente? 5. Quali elementi valuteresti per stabilire se un territorio (o una città) ha subìto delle trasformazioni nella sua struttura?

209

Abitare ililterritorio Abitare territorio

UNITÀ

AREA 5

2 Costruzione e abitazione

LEZIONE

67. Casa PUNTI DI DOMANDA 1. I n base alla funzione come si possono classificare gli edifici? 2. Q uali sono le principali tipologie di edifici residenziali?

La casa risponde a bisogni fondamentali: è il nostro rifugio, ci consente di creare un legame con la terra, è il primo spazio che impariamo a conoscere, spesso è anche luogo di lavoro, ma soprattutto è il luogo nel quale mettiamo a punto i nostri progetti di vita. Oggi, purtroppo, la cultura diffusa del costruire, complice anche il ruolo delle società immobiliari e delle imprese edili, è attenta solo alla logica del massimo profitto e non dà luogo, se non in rari casi, a una vera e propria «cultura dell’abitare». In particolare, l’architettura residenziale diffusa sul territorio non offre molti esempi di costruzioni che siano il frutto di un progetto integrato con l’ambiente naturale che caratterizza quel dato territorio. Spesso i fattori climatici influenzano la progettazione. Nelle zone a clima piovoso, ad esempio, le case hanno tetti spioventi per consentire lo scorrere della pioggia; in montagna si privilegia l’uso di materiali come il legno, che trattiene il calore, mentre nelle zone aride le case sono in pietra, con tetti piani, piccole finestre e muri bianchi per non assorbire il calore.

Le case rurali sono abitazioni che comprendono spazi per le attività agricole.

Le tipologie residenziali A seconda del tipo di attività prevalentemente svolta al loro interno, gli edifici possono essere classificati in residenziali, artigianali, industriali, commerciali, destinati ad attività culturali, ricreative e sportive, al culto e al ristoro. In base alla funzione, al luogo e alla morfologia del terreno, alle normative vigenti e al progetto, ogni costruzione assume forma, struttura e dimensioni diverse. Nell’ambito degli edifici residenziali è possibile, però, distinguere delle tipologie edilizie, ossia categorie di edifici con caratteristiche simili. Si può anzitutto dividere gli edifici in monofamiliari, bifamiliari o plurifamiliari a seconda del numero di unità abitative che contengono. All’interno di questa prima classificazione è possibile distinguere case rurali, ville e villette, case a schiera, case multipiano. Case rurali: sono tipologie legate alle attività agricole o di allevamento. Possono essere isolate o raggruppate intorno a una corte, ma hanno comunque sempre una struttura e una forma semplici. Sono edificate con

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Costruzione e abitazione

UNITÀ 2

l’utilizzo di materiali locali (ad esempio legno e pietra) e risultano strettamente correlate al sito in cui sorgono. Ville: destinate a ospitare un’unica famiglia (a volte due), derivano dalla dimora borghese e sono dotate di molti locali e di un giardino privato. Forma e materiali dipendono dalle scelte progettuali fatte dal progettista insieme al proprietario. Le ville e le villette sono realizzate con cura dal punto di vista architettonico; sono generalmente circondate da uno spazio verde.

Le case a schiera sono abitazioni aggregate, che cioè raggruppano case unifamiliari, ciascuna delle quali è dotata di un ingresso indipendente e impianti autonomi.

Villette: presentano le stesse caratteristiche della villa, ma le loro dimensioni sono solitamente più piccole. Case a schiera: si tratta di più villette con le pareti laterali in comune tra loro, le cui porte e finestre, di conseguenza, si trovano solo sui prospetti anteriori e posteriori. Ogni villetta ospita un’unica famiglia e si affaccia su un piccolo giardino privato. Sono generalmente abitazioni a due piani (zona giorno a piano terra e zona notte al piano superiore), alcune con il garage e la cantina al piano interrato. Le parti in comune a tutte le unità abitative sono poche, spesso limitate agli accessi pedonali e carrabili. Ville, villette e case a schiera sono situate generalmente nelle zone periferiche delle città. Case multipiano: si tratta della tipologia abitativa più diffusa nelle città ed è composta da varie unità abitative collegate tra loro verticalmente. È una costruzione intensiva, che consente, cioè, di sfruttare lo spazio in altezza riducendo i costi del suolo e, di conseguenza, quelli del costruito. Gli edifici multipiano vengono chiamati anche condomìni, in quanto riuniscono in una sorta di «organizzazione» tutti gli abitanti dello stabile che, insieme, devono prendere decisioni riguardanti la gestione delle parti in comune, come atrio, scale, ascensore, cortile. Al vantaggio dei minori costi d’acquisto o della vicinanza ai servizi collettivi, si affiancano gli svantaggi della condivisione di alcuni spazi e, spesso, la mancanza di verde a disposizione.

Le case multipiano sono caratterizzate da uno o più appartamenti per piano, con scala, ascensore e corridoi in comune. È una tipologia abitativa diffusa nelle aree urbane.

Le case multipiano possono essere lineari, cioè avere un maggiore sviluppo in lunghezza rispetto all’altezza, oppure al contrario possono svilupparsi a torre (grattacieli). Quest’ultima tipologia si è diffusa a partire dalla seconda metà dell’Ottocento grazie al progresso della tecnologia costruttiva e all’uso dei nuovi materiali, in particolare vetro e acciaio.

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AREA 5

Abitare il territorio LEZIONE

68. Strutture portanti Fin da tempi remoti, nel momento della costruzione della propria dimora, l’uomo ha dovuto affrontare il problema di come far stare in piedi le sue opere anche in caso di neve, vento, forte pioggia, terremoto: è stato insomma obbligato a pensare alla struttura delle abitazioni. Ma che cos’è una struttura? Questo termine indica il modo in cui tutte le parti che compongono un oggetto si collegano tra loro sostenendosi a vicenda, per costituire un insieme unito nella sua forma. Una struttura, per essere funzionale, deve risultare resistente, cioè non deve deformarsi nel caso in cui venga sottoposta a forti sollecitazioni orizzontali o verticali. Per quanto riguarda gli edifici, la struttura è formata da elementi verticali (pilastri e muri), orizzontali (travi e solai) e dalla copertura (tetto); si può facilmente paragonare al corpo umano con la struttura formata dalle ossa dello scheletro e dalla pelle che racchiude il tutto. Tutte le strutture edilizie, come edifici, ponti, pensiline e gallerie, sono sottoposte a sollecitazioni, cioè forze che prendono il nome di carichi e hanno differenti resistenze a seconda della forma e del materiale usato. Le forze principali che agiscono sugli edifici sono la trazione, la compressione e la flessione. Costruite intorno al 3 000 o 4 000 a.C. probabilmente per scopi rituali, i megaliti presenti in diverse zone d’Europa hanno resistito per migliaia di anni. Rappresentano il primo sistema di costruzione trilitico.

La trazione fa allontanare le particelle componenti.

La compressione spinge le componenti una contro l’altra.

La flessione fa incurvare un elemento rettilineo e può portare alla rottura.

I carichi possono essere di diverse tipologie. I pesi propri dei materiali strutturali riguardano il peso dei materiali utilizzati per realizzare la struttura. I carichi permanenti non strutturali sono rappresentati dall’utilizzo della struttura e riguardano: • carichi relativi a tamponature esterne, divisori interni, pavimenti, impianti; • persone e arredamento nel caso di un edificio; • mezzi di trasporto nel caso di ponti e strade. I carichi variabili comprendono i carichi legati alla destinazione d’uso e possono presentarsi solo in alcuni periodi della vita della struttura in quanto derivano da: • eventi meteorologici eccezionali (neve, vento ecc.); • sollecitazioni sismiche.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Tecnologie di costruzione degli edifici: si tratta di

procedimenti che permettono di edificare, in breve tempo e in maniera sicura, le costruzioni destinate ad accogliere le persone e le loro attività.

212

Un edificio con struttura costruita «ad arte» deve essere in grado di resistere a tutte le sollecitazioni; per questo è fondamentale seguire le corrette tecnologie di costruzione degli edifici. La scelta della forma è una fase importante della progettazione, in quanto anch’essa è in grado di influenzare la resistenza delle strutture.

La capriata La struttura triangolare, nota con il nome di capriata, è stata storicamente ed è tuttora una delle più utilizzate in edilizia come elemento base delle coperture a falde inclinate. Offre una buona resistenza alla trazione e alla compressione, è indeformabile e quindi ideale per sostenere la copertura degli edifici. Trova applicazione in molti ambiti costruttivi,

Costruzione e abitazione Carico

Monaco

Il carico del tetto viene distribuito sui muri portanti.

Saettone Puntone

Catena

Chiave di volta

Arco

Piedritti

Contrafforte

I conci scaricano tutta la spinta sui lati, quindi a fianco dei piedritti sono presenti muri o contrafforti per evitare che i piedritti si flettano.

Più archi allineati e uniti tra di loro danno origine alla volta a botte. La rotazione dell’arco attorno al proprio asse dà origine alla cupola, mentre l’intersezione di due volte a botte crea la volta a crociera.

UNITÀ 2

soprattutto quando le dimensioni dei tetti da costruire sono imponenti, ad esempio le coperture degli hangar. La capriata è formata da due travi inclinate chiamate puntoni, che lavorano a compressione, e da una orizzontale, detta catena, che lavora a trazione e trasferisce il peso della copertura ai pilastri o alle pareti su cui poggia. L’equilibrio è rafforzato poi dalla presenza di un travetto verticale centrale, chiamato monaco, e da due travetti inclinati denominati saettoni. La parte superiore della capriata determina la forma del tetto.

L'arco e la volta L’immagine di arco e volta, strettamente legata alle costruzioni in pietra e mattoni, ci arriva direttamente dal passato: alcuni «prototipi» sono stati individuati in Egitto e in Mesopotamia. Sono stati, però, gli Etruschi e i Romani, con la costruzione di ponti, acquedotti e luoghi di culto, a saper sfruttare appieno le caratteristiche e le molteplici possibilità d’uso di questi elementi architettonici. Grazie all’arco e alla volta il peso dei carichi, anche molto elevati, viene ripartito attraverso le mura sino alle fondazioni. L’arco è un elemento a forma curva che poggia su due montanti verticali (piedritti). È costituito generalmente da conci, ossia pezzi di pietra con forma trapezoidale che si sostengono a vicenda senza bisogno di ricorrere alla malta, oppure con mattoni posti in maniera radiale verso un unico centro e uniti tra loro con malta tra gli interstizi. Per capire la volta bisogna immaginare una serie di archi affiancati in profondità in modo da formare la terza dimensione. Le volte, in base alla loro forma, si distinguono in semplici, formate cioè da un’unica superficie, o composte, realizzate con più superfici. Arco e volta, nonostante nel tempo siano stati rimpiazzati da altri tipi di struttura, continuano oggi a essere la struttura ideale per la costruzione di tunnel e gallerie.

Arco a tutto sesto

Arco a sesto acuto

Arco ribassato

Volta a botte

Cupola

Volta a crociera

213

AREA 5

Abitare il territorio

La struttura a telaio

I Greci antichi usavano il sistema trilitico come metodo costruttivo, per cui esso è alla base degli ordini architettonici classici.

La struttura a telaio è sicuramente la più utilizzata in edilizia e deriva dall’antico sistema trilitico in pietra (dal greco trì = tre + lìthos = pietra) costituito da due componenti verticali, i piedritti, e uno orizzontale, posto sulla sommità dei primi, che prende il nome di architrave. La struttura a telaio è quindi quella realizzata con due elementi verticali, i pilastri, e un elemento orizzontale, la trave, rigidamente connessi fra loro e ripetuti sia sul piano orizzontale sia su quello verticale. La trave sostiene il peso delle parti sovrastanti trasferendo i carichi sui pilastri; il dimensionamento di una struttura basata su questo sistema deve seguire precise regole proporzionali poiché, se la distanza tra i due elementi verticali dovesse essere troppo elevata, l’architrave rischierebbe di flettersi nel mezzo compromettendo la stabilità della costruzione. La struttura a telaio è realizzata in cemento armato, ossia calcestruzzo, che resiste bene alla compressione, al cui interno sono inseriti tondini di ferro, che resistono bene alla trazione.

Architrave Resistenza alla compressione: il calcestruzzo resiste bene alla compressione.

Piedritti

Fondazione

I piedritti sono soggetti a compressione, mentre la trave, a causa del proprio peso ed eventualmente del carico sovrastante, è compressa nella parte superiore (estradosso) e in trazione in quella inferiore (intradosso).

Le strutture reticolari traggono la loro forza dalla rigidità del telaio triangolare.

Trave

Pilastro

Resistenza alla trazione: l’armatura è realizzata con tondini di acciaio.

Le strutture reticolari spaziali Le strutture reticolari furono applicate in ambito architettonico da Buckminster Fuller nel 1950. Da quel momento si sono rapidamente diffuse nel settore edile per la realizzazione di costruzioni con grandi campate o laddove la leggerezza risulti essere un requisito necessario: ad esempio per edifici commerciali e industriali, aree destinate allo sport, spazi fieristici o nella copertura di siti archeologici. Si tratta di un tipo di struttura rigida ma molto leggera, basata sulla ripetizione modulare di tubi metallici vincolati tra loro grazie ad appositi giunti (nodi) secondo particolari schemi. Si possono trovare strutture di diversa tipologia a seconda della geometria delle travature, ma il modulo base è nella

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Costruzione e abitazione PUNTI DI DOMANDA 1. D a che cosa è formata la struttura degli edifici? 2. Q uali sono le forze principali che agiscono sugli edifici? 3. Q ual è la struttura più utilizzata in edilizia?

UNITÀ 2

maggior parte dei casi di tipo piramidale. Le figure su base triangolare che ne derivano riescono, infatti, ad assorbire facilmente le sollecitazioni permettendo la ripartizione dei carichi. Oltre alla leggerezza, i vantaggi di una struttura reticolare spaziale sono la versatilità compositiva e la facilità di assemblaggio che ne rendono agevole e rapido il montaggio e lo smontaggio. A seconda delle esigenze, la struttura reticolare può essere sempre trasformata o rinforzata.

Le tensostrutture

Quando si parla di tensostrutture si fa riferimento a tutte le costruzioni architettoniche soggette a sforzi di trazione: tende, tendoni, cupole geodetiche, reti di funi. Si tratta di strutture relativamente moderne, sono comparse infatti solo alla fine del XIX secolo, quando in edilizia si cominciarono a utilizzare i cavi in acciaio ad alta resistenza e i materiali plastici. Il loro principio costruttivo si basa su resistenza ed elasticità. Ogni tensostruttura è sottoposta a forze interne ed esterne, che essa è in grado di assorbire o trasmettere, di conseguenza un’adeguata progettazione deve basarsi su precise leggi fisico-chimiche e sulla conoscenza delle caratteristiche dei diversi materiali. La forma di una tensostruttura non è statica e ripetitiva, ma è influenzata proprio dalle caratteristiche dei materiali e dalle forze usate per ottenere la stabilità e la funzionalità. Sono generalmente composte da cavi e tiranti che sorreggono coperture in tela. I cavi possono essere di acciaio e ferro zincato o di fibra di vetro coperta da teflon. Per quanto riguarda i teloni, solitamente sono in poliestere ricoperto di PVC. Quest’ultimo è un polimero leggero, ma con una buona resistenza meccanica; è molto resistente e versatile e, grazie alla sua malleabilità, può essere tagliato e sagomato per realizzare infinite varietà di forme. Le tensostrutture sono utilizzate per coprire Le tensostrutture sono considerate l’architettura simbolo di una società in ampi spazi con funzioni specifiche, ad esempio continua evoluzione. aree fieristiche o costruzioni temporanee.

Le costruzioni antisismiche Ogni edificio dovrebbe poter sopportare, senza gravi danni, terremoti di varie intensità salvaguardando le vite umane. Un edificio antisismico deve poter resistere a torsioni, flessioni, deformazioni, tagli, vibrazioni, fessurazioni, corrosioni. Pertanto, la legislazione prevede l’applicazione di precise norme tecniche: stabilisce, ad esempio, la forma, l’altezza e il tipo di copertura del nuovo edificio, la dimensione minima di pilastri e muri portanti, il tipo di «armatura» del calcestruzzo, le tipologie di cementi e malte.

NUOVE TECNOLOGIE Gli elastomeri nelle costruzioni antisismiche Recentemente nelle costruzioni antisismiche viene utilizzata una tecnica costruttiva che prevede l’impiego di isolatori elastomerici, costituiti da due piastre di acciaio e da strati alterni di lamierini in acciaio ed elastomeri (materiali che possiedono le proprietà elastiche della gomma). Questi dispositivi posati sulle fondazioni o, nel caso di costruzioni già esistenti, inseriti tra i pilastri tagliando gli stessi, consentono di far sì che le oscillazioni non si propaghino sulla struttura di edifici, ponti o altre costruzioni architettoniche riducendo la portata e gli effetti delle scosse sismiche.

Lamierini di acciaio ed elastomeri

Pilastro

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AREA 5

Abitare il territorio LEZIONE

69. Edificio: fasi di costruzione PAROLE DELLA TECNOLOGIA Piano Regolatore (PRG):

è lo strumento di governo del territorio tramite il quale ogni amministrazione locale definisce le linee di sviluppo dell’attività edificatoria sul proprio territorio. Lotto: è la parte di terreno destinata ad accogliere il nuovo edificio.

Per poter costruire qualsiasi edificio è necessario che il proprietario del terreno sia in possesso di un’autorizzazione a edificare, che può essere il Permesso di costruire o una Denuncia d’Inizio Attività (DIA). Queste autorizzazioni sono rilasciate dal Comune dietro presentazione di un apposito progetto architettonico, redatto da un tecnico abilitato (architetto, ingegnere, geometra), che deve dimostrare la conformità del progetto alle norme contenute nel Piano Regolatore (PRG) del Comune. Quindi si dà inizio ai lavori veri e propri, suddivisi in varie fasi.

L'analisi del sito La fase preliminare all’inizio dei lavori consiste in un’indagine geologica del terreno sul quale sorgerà la costruzione. Quest’analisi è importante sia per conoscere la struttura del suolo sia per individuare l’eventuale presenza di falde acquifere. Lo studio dei dati rilevati permette di stabilire la corretta posizione per la costruzione e di definire il miglior sistema per realizzare la struttura e le fondazioni dell’edificio. L'allestimento del cantiere Allestire il cantiere significa portare sul lotto da edificare tutte le macchine, le attrezzature e i materiali occorrenti per la realizzazione dell’opera. La legge impone che i cantieri edili siano delimitati da idonee recinzioni, ad esempio una rete di colore arancione, per impedire l’accesso ai non addetti ai lavori. Le macchine presenti sono la gru, la betoniera, l’escavatore. Lo scavo Per realizzare le fondazioni, ovvero la struttura sulla quale l’edificio appoggia, bisogna procedere con lo sbancamento del terreno, cioè bisogna togliere una certa quantità di terra, il cui volume dipende anche dalla presenza o meno di piani interrati nel progetto architettonico e dal piano di posa, definito dai calcoli strutturali effettuati sulla base dell’indagine geologica. Per lavorare più agevolmente, lo scavo è sempre più grande dell’effettiva impronta delle fondazioni. Una parte della terra rimossa viene poi utilizzata per il reinterro, mentre quella restante può essere utilizzata per la sistemazione del giardino; l’eventuale rimanenza viene trasportata nelle discariche autorizzate. Le fondazioni Dopo aver effettuato lo sbancamento del sito, si procede al livellamento del terreno per formare il piano di posa delle fondazioni dell’edificio. Quindi, seguendo le indicazioni fornite dall’ingegnere, si realizzano le fondazioni in cemento armato.

Le fondazioni più comuni sono a plinti, con forma tronco-conica, che serve come base di appoggio per i pilastri. Quando i terreni sono poco stabili si realizzano fondazioni a platea, simili a un solaio che serve da piano di appoggio per l’edificio.

216

In terreni molto instabili, ad esempio per la presenza di acqua, vengono infissi nel terreno pali in cemento armato prefabbricati prima di costruire i plinti.

Costruzione e abitazione

UNITÀ 2

Le strutture in elevazione Conclusa la fase di fondazione della costruzione, si procede con la realizzazione delle strutture verticali di sostegno all’edificio. Esse costituiscono i veri e propri piani dell’edificio.  Le strutture in elevazione comprendono travi orizzontali di collegamento in cemento armato, che formano l’ossatura portante del fabbricato.

1  I piani interrati si costruiscono generalmente con muri in cemento armato.

2  Si procede poi alla costruzione dei piani fuori terra con pilastri oppure a muratura portante continua.

Armatura realizzata legando tondini di acciaio con filo di ferro sottile

Travetti Pignatte

4  Strutture orizzontali La struttura portante è completata con il getto di strutture piane in cemento armato, i solai. Tra le diverse tecniche di costruzione, la più diffusa prevede travetti in cemento armato precompresso posati a circa 50 cm di distanza; tra un travetto e l’altro vengono posati elementi in laterizio chiamati pignatte. Al di sopra viene gettata la soletta in calcestruzzo.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Tramezzi: sono pareti divisorie interne all’edificio, non portanti.

Pilastro in cemento armato gettato Cassaforma prefabbricata in legno o con lamiere di acciaio oppure realizzata sul posto con assi in legno

La copertura Dopo aver costruito fondazioni e strutture, si procede con la realizzazione della copertura dell’edificio, cioè il tetto. Sul territorio è presente una grande varietà di tipi di copertura e i più diffusi sono la copertura piana, a due falde e a padiglione. La scelta è determinata dall’architetto progettista ed è valutata coerentemente con la tipologia dell’edificio e il clima del luogo di edificazione. Si procede poi alla costruzione dei muri.

1  Muri in elevazione Si procede con l’elevazione dei muri perimetrali (tamponature). I blocchi di mattoni, con spessore di circa 30 cm, vengono posati sfalsati per aumentare la resistenza del muro.

Isolante 2  All’interno del muri perimetrali viene posato l’isolante termico, con spessore di 2-6 cm, e viene costruito un altro muro, generalmente con mattoni forati.

3  Nei muri vengono lasciate alcune aperture, in corrispondenza delle quali verranno posate le porte e le finestre.

Copertura piana

Copertura a due falde

Copertura a padiglione

4  I tramezzi interni sono costruiti con mattoni forati in laterizio, posati l’uno sull’altro e legati da malta. Nella realizzazione dei divisori interni, che danno origine ai vari locali, viene seguito il progetto architettonico predisposto dal progettista.

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AREA 5

Abitare il territorio

L’isolamento termico in edilizia Al fine di contenere il calore all’interno degli edifici in inverno e garantire una protezione dal caldo estivo, attorno ai muri perimetrali e sotto la copertura del tetto vengono posati pannelli per l’isolamento termico. Oggi nelle nuove costruzioni, per rispettare le norme del risparmio energetico, l’isolamento dell’edificio è obbligatorio. I prodotti per l’isolamento sono diversi: pannelli di polistirolo espanso, in lana di vetro, lana di roccia, fibre naturali o sughero, con spessori che vanno da 2 a 20 cm.

Muro portante realizzato con blocchi di mattoni

Il sistema per l’isolamento a cappotto L’isolamento a cappotto consiste nel posare sulla facciata esterna dell’edificio pannelli isolanti in polistirene o polistirolo espanso, fissati alla parete con speciali ancoraggi. Viene poi posata una rete e, tramite un collante in pasta, si provvede a creare l’intonaco di finitura. Il sistema a cappotto è adatto, oltre che su edifici di nuova realizzazione, anche per il ripristino e la riqualificazione di edifici esistenti.

Le intercapedini Le costruzioni preesistenti possono avere un’intercapedine di una decina di centimetri tra due muri esterni. Per l’isolamento termico si può iniettare una schiuma a base di resine che, a contatto con l’aria, si espande creando uno strato isolante.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le fasi di costruzione di una casa? 2. Quali sono i sistemi per l’isolamento termico di un edificio? 3. Quali sono le principali opere di finitura?

Isolante termico

Intonaco

Gli impianti Ultimata la costruzione della struttura si creano gli allacciamenti per acqua, energia elettrica, telefono e gas, che dalla rete pubblica vengono portati all’interno dell’edificio e distribuiti come prevede il progetto degli impianti. La posa è curata da personale specializzato (idraulico, termotecnico, elettricista), che al termine del lavoro deve rilasciare l’apposita Dichiarazione di conformità dell’impianto alla regola d’arte, con la quale attesta la corretta esecuzione del lavoro e l’impiego di materiali idonei.

3  Massetti Ultimata la posa degli impianti e al collaudo degli stessi, si procede a gettare sui solai uno strato di calcestruzzo per coprire le tubazioni degli impianti. Questa superficie, opportunamente tirata in piano, costituisce il piano di posa per i pavimenti.

2  Sulle pareti i muratori realizzano appositi scassi, detti tracce, all’interno dei quali trovano posto i tubi e le canaline elettriche.

1  Le tubazioni vengono posate in orizzontale sul solaio e da qui salgono in verticale lungo i muri, fino ai punti di alimentazione previsti.

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Rete

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UNITÀ 2

Le opere di finitura Terminati gli impianti, i muratori procedono alla formazione dell’intonaco su entrambe le facce dei muri, sia esterni sia interni, e sui soffitti. Questo strato di materiale costituisce la finitura della parete e serve anche a chiudere le tracce del passaggio degli impianti.

› Le opere di finitura  L’intonaco è tradizionalmente una malta composta da inerti come sabbia o argilla, uniti con leganti quali calce e cemento. Copre la muratura con uno spessore generalmente di qualche centimetro. 1

3  Serramenti esterni Completati gli intonaci, il serramentista (falegname per serramenti in legno, fabbro o ditte specializzate in serramenti di alluminio, ferro, PVC) procede alla posa di finestre e porte-finestre su tutta la costruzione.

2  Sopra l’intonaco di malta generalmente viene steso uno strato, di qualche millimetro, di intonaco civile, costituito da calce e sabbia fine chiamata stabilitura, oppure da un impasto a base di gesso per rendere la superficie liscia ed esteticamente gradevole.

8  Frutti e placche elettriche L’elettricista può installare le placche di copertura dei punti elettrici. 4  Pavimenti e rivestimenti Il piastrellista procede alla posa dei materiali scelti per i pavimenti nei vari locali e per i rivestimenti (cioè per le pareti) di cucina e bagni.

Sanitari Ultimate tutte le opere, l’idraulico può procedere con il montaggio degli apparecchi sanitari e di riscaldamento. 5

CITTADINANZA ATTIVA Gli infortuni sul lavoro Negli ultimi cinque anni, in Italia si sono verificati oltre 5 milioni di infortuni sul lavoro, che hanno provocato quasi 200 000 invalidità permanenti e oltre 7 000 morti. Il settore delle costruzioni è al secondo posto, dopo l’agricoltura, nella classifica dei luoghi di lavoro più pericolosi. Tra le cause vi sono la caduta da impalcature per la mancanza di protezioni adeguate e incidenti con gru e carrelli elevatori o per materiali caduti.

6  Porte interne Il falegname può posare le porte interne.

7  Tinteggiatura L’imbianchino può procedere alla tinteggiatura dei plafoni (i soffitti) e poi delle pareti di tutta la casa, incluso l’esterno, nei colori scelti.

Una volta ultimate le opere edili il proprietario dell’immobile deve comunicare al Comune l’avvenuta ultimazione dei lavori, il direttore dei lavori deve rilasciare la Dichiarazione di conformità con cui attesta che i lavori eseguiti sono conformi al progetto, poi la costruzione deve essere regolarizzata presso l’ufficio del Catasto. Infine, bisogna ottenere l’agibilità dei locali tramite apposita domanda, allegando la pratica catastale e le dichiarazioni di conformità degli impianti a regola d’arte.

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70. Impianti All’interno degli edifici abitati si possono trovare diversi tipi di impianti. I principali, cioè quelli di cui oggi non si può fare a meno, sono l’impianto idrico-sanitario, l’impianto termico per il riscaldamento, l’impianto del gas e l’impianto elettrico. A quelle di tipo tradizionale si affiancano oggi soluzioni che sfruttano tecnologie più attente all’ambiente e alla salute degli abitanti.

L'impianto idrico-sanitario L’impianto idrico-sanitario è l’impianto che permette l’approvvigionamento dell’acqua e il suo smaltimento. Si realizza prima di tutti gli altri ed è costituito da una rete di tubi in plastica, rame o acciaio zincato, rivestiti da una guaina per l’isolamento termico e servono per il trasporto dell’acqua fredda. Oggi queste condutture vengono isolate anche dal punto di vista acustico per limitare i rumori, in particolare quelli notturni, all’interno dello spazio abitato.

› L’impianto idrico-sanitario

I rubinetti devono essere dotati di sistemi rompigetto, che frammentano l’acqua in minuscole particelle e la miscelano con aria. Il volume del getto si mantiene corposo consumando, però, circa la metà dell’acqua. 4

L’acqua che rimane nei sifoni presenti sotto lavandini, vasche, WC, docce impedisce che i cattivi odori provenienti dalla colonna di scarico delle acque chiare e nere possa diffondersi nell’ambiente.

2  Altri tubi collegano la caldaia, lo scaldabagno e gli eventuali pannelli solari per permettere la fornitura di acqua calda.

3  Tutti i tubi poi «scompaiono», nascosti dall’intonaco sulle pareti e sotto le piastrelle del pavimento.

1  I tubi vengono posati a pavimento, risvoltati all’interno di apposite tracce praticate nelle murature, fino ai punti da servire, come i rubinetti della cucina, del bagno e della lavanderia.

Sono previste, inoltre, condutture generalmente in plastica adibite esclusivamente alle acque di scarico e collegate con la rete fognaria comunale, in particolare: • la rete delle acque chiare, in cui passano i reflui provenienti dagli apparecchi sanitari e dagli elettrodomestici (lavatrici, lavastoviglie); • la rete delle acque nere, in cui vengono convogliati gli scarichi provenienti dal WC. Nei casi in cui l’edificio sia isolato e non può essere collegato all’impianto fognario comunale, si realizzano nei pressi della costruzione vasche di raccolta sotterranee, come pozzi neri (da svuotare periodicamente) o fosse settiche, depurate attraverso l’azione di appositi batteri. In una casa ecologica l’impianto idrico prevede la presenza di due reti di condutture: • una destinata al consumo umano, in cui scorre solo acqua potabile; • una per usi vari (come il funzionamento di lavatrici, impianti di riscaldamento o di irrigazione), in cui scorrono acque piovane recuperate o acque in uscita dall’abitazione, che vengono purificate. La depurazione avviene grazie a sistemi di fitodepurazione, a opera della flora batterica tipica degli ambienti acquatici.

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L'impianto termico

Alcuni impianti termici impiegano, per il trasporto del calore, grossi tubi in lamiera dove circola l’aria, utilizzati prevalentemente all’interno di grandi edifici come industrie, magazzini, supermercati.

› L’impianto termico

La caldaia brucia il combustibile, generalmente metano, scaldando l’acqua a circa 60-70 °C. 1

L’impianto termico è quello che permette di riscaldare gli ambienti chiusi e l’acqua per usi sanitari. L’impianto termico più diffuso è quello puntiforme, che prevede la presenza, all’interno dell’edificio, di radiatori in ghisa o alluminio nei quali circola l’acqua calda. L’impianto di riscaldamento di un edificio può essere: • autonomo, quando per ogni unità abitativa viene installata una caldaia; • centralizzato, quando esiste un’unica caldaia per tutto l’edificio o per piccoli gruppi di appartamenti; • legato a un sistema di teleriscaldamento, quando nelle vicinanze esiste una centrale termica collegata a una rete di condotte interrate che serve contemporaneamente una serie di edifici, ad esempio un intero quartiere.

5  I fumi della combustione della caldaia salgono all’interno di un’apposita canna fumaria fino all’esterno del camino. 3  I radiatori cedono il calore all’ambiente per convezione.

4  Nella parte bassa del radiatore l’acqua, ormai raffreddata, torna alla caldaia per ricominciare nuovamente il ciclo. 2  L’acqua viene fatta circolare attraverso tubature metalliche in rame, isolate termicamente e poste sotto la pavimentazione, fino a raggiungere i radiatori.

Il sistema di riscaldamento a pannelli radianti, detto anche «riscaldamento a pavimento», permette ottimi risultati dal punto di vista energetico, potendo funzionare con temperature relativamente basse e potendo essere integrato con pannelli solari. Lo scambio termico nell’ambiente avviene per irraggiamento e non per convezione.

6  Il termostato spegne o accende automaticamente il bruciatore della caldaia, in base ai valori di temperatura impostati. Viene installato lontano da una fonte di calore, a un’altezza di circa 1,5 metri dal pavimento.

La bioedilizia privilegia l’impianto di riscaldamento funzionante tramite una serie di tubature, dette serpentine, posate sotto la pavimentazione e alimentate a basse temperature (circa 40 °C). Con questo sistema si riscalda uniformemente lo spazio interno, non si solleva il pulviscolo e si mantiene il corretto grado di umidità dell’aria. Per riscaldare possono essere presenti anche stufe o caldaie a pellet, alimentate con biomasse di legno provenienti dalla gestione forestale, dai residui delle lavorazioni industriali del legno oppure dagli scarti di altre colture. In alternativa, possono essere presenti stufe a inerzia termica, alimentate a legna, che accumulano calore e lo cedono uniformemente all’ambiente nel corso della giornata. L’impianto termico è generalmente integrato con pannelli solari termici che, grazie alle radiazioni solari, producono acqua calda. Il liquido che circola all’interno dei pannelli trasferisce il calore assorbito a un serbatoio di accumulo d’acqua. L’uso dell’acqua calda accumulata, in luogo dell’acqua prodotta da una caldaia o uno scaldacqua elettrico, permette un risparmio sui consumi di gas o di energia elettrica.

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L'impianto del gas L’impianto del gas è l’impianto che permette di alimentare le caldaie, che scaldano l’acqua (per uso sanitario e per i radiatori) e i fornelli della cucina. Il combustibile più utilizzato per il riscaldamento è il gas metano, un combustibile fossile con un buon potere calorifico, considerato più pulito di altri combustibili fossili perché non rilascia ceneri e non contiene zolfo, che in alcuni suoi composti è una sostanza molto inquinante.

› L’impianto del gas 4  Il gas raggiunge la caldaia.

5  La tubatura del gas raggiunge anche i fornelli della cucina, per la cottura dei cibi. 1  All’esterno dell’edificio si trova il contatore, che permette la lettura dei consumi di ogni unità abitativa.

2  Il gas raggiunge l’edificio e le unità abitative attraverso una serie di tubi in acciaio zincato, posati all’esterno della muratura per motivi di sicurezza.

3  Lungo il percorso sono presenti valvole per consentire l’arresto del gas.

Nelle abitazioni si possono trovare varie tipologie di caldaia, a seconda delle diverse esigenze. La più utilizzata è quella a camera aperta, che preleva direttamente dall’esterno l’aria necessaria alla combustione del gas; se è installata all’interno dell’abitazione, la legge prevede la realizzazione di un’apertura di ventilazione nella muratura esterna. La caldaia a camera stagna, pur essendo simile alla precedente, è più sicura e può essere installata ovunque.

Contatori del gas

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i principali impianti di un edificio? 2. C ome funziona l’impianto idricosanitario? E quello termico? 3. Q uante tipologie di caldaia esistono? 4. C ome è costituito l’impianto elettrico? 5. D a quali parti sono composti gli impianti del citofono e del telefono?

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Nella bioedilizia trovano posto le caldaie a gas a condensazione, che consentono un risparmio energetico e quindi un minore inquinamento. In questo tipo di caldaia il calore dei gas combustibili, che nei modelli tradizionali è espulso con i fumi di scarico, viene invece recuperato: il vapore, caldissimo, viene condensato e riutilizzato nel processo di riscaldamento. Le caldaie a condensazione forniscono una migliore resa con impianti di riscaldamento a bassa temperatura realizzati mediante pannelli radianti.

L'impianto elettrico L’impianto elettrico è quello che permette di dotare l’abitazione dell’energia elettrica necessaria al funzionamento di tutte le apparecchiature domestiche. Ogni appartamento è collegato, tramite un apposito cavo, all’ente erogatore di energia elettrica. L’impianto elettrico domestico si compone di vari elementi con differenti funzioni. È sempre presente un contatore, che serve per misurare la quantità di energia utilizzata nell’alloggio. Non possono mancare i dispositivi di sicurezza, che prevedono: • un interruttore generale per escludere, in caso di bisogno, l’energia elettrica dalla rete; • un interruttore automatico differenziale, chiamato anche salvavita, che isola l’impianto nel caso di contatto accidentale evitando il pericolo di folgorazioni; • un impianto di messa a terra, che scarica eventuali dispersioni di corrente attraverso un apposito filo conduttore e specifici pali in ferro infissi nel terreno.

Costruzione e abitazione › L’impianto elettrico

4  Le prese consentono di collegare le apparecchiature elettriche utilizzate all’interno dell’alloggio.

L’impianto elettrico viene realizzato con canaline passacavo in plastica, posate sotto il pavimento e lungo i muri in apposite scanalature. 1

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3  Interruttori Sono previsti dispositivi di comando, ossia interruttori e deviatori, necessari per aprire e chiudere il circuito elettrico dei punti luce.

Salvavita Interruttore generale

Nei cavi elettrici il colore marrone, nero o grigio è utilizzato per identificare generalmente la corrente in ingresso, chiamata fase, il colore blu indica il filo con la corrente in uscita, cioè il neutro, mentre il colore giallo/verde rappresenta il filo di messa a terra. 2  L’energia elettrica viene portata nei punti di utilizzo previsti, realizzando collegamenti in parallelo, effettuati all’interno di scatole di derivazione.

Contatore

Negli edifici di bioedilizia sulla falda del tetto rivolta verso sud è presente un impianto fotovoltaico, costituito dall’assemblaggio di più moduli i quali, sfruttando l’energia solare, producono energia elettrica mediante l’effetto fotovoltaico. L’energia elettrica prodotta durante il giorno può essere immessa nella rete e venduta al GSE (Gestore dei Servizi Elettrici), mentre di sera, quando l’impianto non produce più energia, si utilizza l’energia acquistandola dal gestore energetico.

L’impianto citofonico serve per controllare l’ingresso delle persone all’interno degli spazi dell’edificio. È costituito da un citofono in ogni appartamento, collegato tramite due fili al citofono esterno e alla pulsantiera. Il microtelefono del citofono contiene un microfono, che trasforma la voce in corrente elettrica, e un altoparlante, che viceversa trasforma la corrente in onde sonore. Nel citofono sono presenti anche un ronzatore e i pulsanti per l’apertura del portone o del cancello. Recentemente si utilizza anche il videocitofono, un impianto dotato di un sistema televisivo a circuito chiuso che permette di ricevere, oltre alla voce, anche l’immagine delle persone che si trovano all’esterno. Filtro ADSL. Permette di usare contemporaneamente il telefono e il modem.

Presa telefonica

Telefono

Modem/router

Citofono esterno

Citofono

L’impianto citofonico

Alimentatore 220 V

12 V

Serratura elettrica 12 V

L'impianto telefonico Una serie di cavi, collegati a una centralina della rete telefonica esterna, si dirama all’interno dell’edificio raggiungendo prima le scatole di derivazione e poi l’interno delle unità abitative. In ogni appartamento il cavo telefonico, generalmente chiamato doppino telefonico, è incassato nel muro all’interno di una canalina e arriva tramite scatole alle prese telefoniche dove, oltre ai telefoni fissi, possono essere collegati anche telefoni cordless, fax e modem/router che permettono la comunicazione tramite Internet.

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71. Spazi interni di un'abitazione LINK ➜ STORIA L’organizzazione degli spazi interni di un’abitazione non è solo una questione tecnico-funzionale o estetica, ma è anche specchio della cultura e della storia di una società. La distribuzione della casa medievale, ad esempio, con i suoi spazi aperti e promiscui, rifletteva il senso collettivo e religioso della vita del tempo. Al contrario, le case ottocentesche, con i loro spazi divisi per funzioni e riempiti di oggetti, mostravano il trionfo del privato e lo spirito d’ordine che pervadeva la società del tempo. Tuttavia, mentre per la famiglia alto-borghese la casa era il teatro della vita privata, per le famiglie contadine e artigiane la casa rappresentava il luogo di lavoro.

Nelle abitazioni, indipendentemente dalla tipologia e dalla forma, lo spazio interno deve essere progettato secondo precisi standard abitativi, cioè delle regole previste dai regolamenti edilizi e di igiene di ciascun Comune. Ogni locale, a seconda della funzione a cui è adibito, deve rispettare determinate altezze e superfici, deve avere un’aerazione e un’illuminazione proporzionate e deve essere isolato termicamente e acusticamente. Normative specifiche sono previste per i locali che ospitano caldaie o fuochi per cucinare. Gli edifici multipiano possono ospitare unità abitative con dimensioni differenti per poter soddisfare le varie esigenze dei cittadini. • I monolocali sono formati da un unico vano con angolo cottura e bagno: la normativa prevede che la loro superficie minima, comprensiva dei servizi, non debba essere inferiore a 28 m2 se è destinato a una persona, e a 38 m2 se è abitato da due persone. • I bilocali sono miniappartamenti all’interno dei quali, accanto a una zona giorno con angolo cottura e servizi, è prevista un’unica camera. • Gli appartamenti condominiali prevedono in genere, oltre alla zona giorno e ai servizi, la presenza di due o tre camere.

› L’appartamento

Superficie minima abitabile A ogni abitante deve essere garantita una superficie minima abitabile di 14 m2 (se nell’appartamento sono previste fino a quattro persone) e di 10 m2 per ogni abitante in più.

Bagno È collocato in un punto che sia accessibile facilmente sia dalla zona giorno sia dalle camere da letto.

Camera da letto per una persona Deve avere una superficie minima di 9 m2. Zona giorno Comprende il soggiorno, la cucina, la zona pranzo e la zona studio. Per favorire il risparmio energetico queste stanze sono posizionate nella parte dell’alloggio esposta a sud poiché riceve i raggi solari per gran parte della giornata.

Altezza interna dei vani Non può essere inferiore a 2,70 m. Per disimpegni, bagni e ripostigli o nelle abitazioni di montagna può scendere a 2,40 m. Zona notte Le camere da letto sono generalmente posizionate negli ambienti esposti a nord, poco soleggiati, più freschi e con illuminazione uniforme. Se l’edificio dà su una strada o un cortile, si trovano nella parte più silenziosa dell’abitazione.

Camera da letto matrimoniale Prevede una superficie di 14 m2. Cucina Deve essere facilmente accessibile dalla zona giorno; spesso si affaccia direttamente sul salotto. Può essere solo un angolo cottura o una cucina abitabile, cioè con spazio a sufficienza per quattro persone.

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Soggiorno Deve essere di almeno 14 m2. Nei monolocali funge nel contempo da salotto e da cucina. Disimpegno È un piccolo corridoio, un locale di passaggio da una stanza a un’altra.

Costruzione e abitazione PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono gli standard abitativi? 2. Q uali tipologie di appartamento possono essere ospitate in un edificio multipiano? 3. I n quale zona dell’abitazione viene ubicata solitamente la zona notte? Perché?

UNITÀ 2

Fondamentale per favorire il risparmio energetico e creare un microclima interno favorevole è l’adeguato posizionamento dell’edificio e delle sue aperture principali. In linea generale per la distribuzione delle stanze si tiene conto delle seguenti considerazioni: • durante l’inverno il Sole sorge a sud-est e tramonta a sud-ovest; una facciata esposta a sud riceve radiazioni quasi perpendicolarmente per gran parte della giornata, in quanto la posizione del Sole è più bassa. Le finestre poste a sud riescono, quindi, a far penetrare i raggi solari nella profondità delle stanze scaldandole; • in estate la posizione del Sole è più alta e i suoi raggi incidono sulla facciata, formando un angolo acuto e non riuscendo di conseguenza a penetrare all’interno delle stanze. Gli ambienti esposti a nord risultano, di conseguenza, poco soleggiati, più freschi e con illuminazione uniforme. È in questi locali che solitamente si preferisce ubicare la cosiddetta «zona notte», ossia le camere da letto. Nella parte dell’alloggio esposto a sud trovano posto, invece, gli ambienti che si utilizzano maggiormente durante il giorno, ossia il salotto, la cucina, la zona pranzo e la zona studio.

La domotica La parola domotica deriva da domus, casa, e informatica e viene tradotta con «casa intelligente». Si tratta di una disciplina che integra le tecnologie degli impianti tradizionali degli edifici con le più innovative tecnologie informatiche, per migliorare comfort e sicurezza abitativi e garantire un risparmio energetico. Un impianto in domotica permette di raggruppare in un unico sistema la gestione degli impianti di una casa. La domotica è molto utile per chi non ha piena autonomia nei movimenti, come persone diversamente abili o anziani.

› La domotica Centralina computerizzata Attraverso semplici pannelli di interfaccia con l’utente, permette di controllare i dispositivi elettronici e meccanici, anche a distanza.

Sensore per fughe di gas e allagamenti In caso di emergenze come perdite di gas e allagamenti, un rilevatore blocca la fuoriuscita. Scatta l’allarme e viene inviato un messaggio telefonico per avvisare.

Punti luce Una pulsantiera consente di accendere o spegnere le luci oppure regolare l’intensità della luce in funzione dell’ambiente domestico. È anche possibile stabilire gli orari per le luci esterne dei lampioncini notturni o la durata dei segnalatori di presenza, al passaggio di una persona (ad esempio sulle scale di un condominio). Tapparelle e tende Tramite un pannello computerizzato si possono alzare o abbassare le serrande e le tende esterne, anche a ore stabilite.

Impianto di riscaldamento o climatizzazione Tramite un termostato è possibile impostare la temperatura della casa o dell’acqua scegliendo anche gli orari di attivazione.

Centralina per gli elettrodomestici Gli elettrodomestici in uso vengono monitorati e bloccati subito prima che raggiungano il sovraccarico.

Sistemi di allarme Hanno lo scopo di sorvegliare l’abitazione.

Sistemi di irrigazione Tramite un apposito pannello vengono posti in funzione a orari prestabiliti.

Cancelli Con un telecomando è possibile aprirli e chiuderli a distanza.

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72. Case ecocompatibili Il frangisole è un elemento d’architettura che protegge le facciate e le finestre degli edifici dal diretto soleggiamento evitando il surriscaldamento degli ambienti interni, soprattutto in estate su edifici con grandi quantità di vetro e metallo.

Tutte le case dovrebbero essere ecocompatibili, cioè integrarsi perfettamente con l’ambiente e garantire il benessere degli abitanti. Di fatto, però, solo una piccola parte dell’architettura che ci circonda è stata progettata e realizzata secondo parametri ecologici; la maggior parte degli edifici viene invece costruita con tecniche di tipo tradizionale che permettono di garantire prezzi di vendita più bassi. La progettazione finalizzata alla costruzione di edifici ecologici prende il nome di bioarchitettura. La bioarchitettura impiega materiali da costruzione naturali e utilizza tecniche che consentono il risparmio energetico, allo scopo di risparmiare risorse, non inquinare l’ambiente naturale e non nuocere alla salute dell’uomo. I principi fondamentali della bioarchitettura riguardano tre ambiti di intervento: la scelta del luogo in cui edificare, i criteri architettonici e i procedimenti costruttivi veri e propri.

La scelta del luogo e l'orientamento Si effettuano analisi del sito per evidenziare un’eventuale presenza di falde acquifere, faglie o gas radon e per segnalare la presenza di cavi dell’alta tensione e del relativo campo elettromagnetico che renderebbero il luogo insalubre, cioè nocivo alla salute dell’uomo. I criteri architettonici Il lato maggiore dell’edificio dovrebbe essere orientato lungo l’asse est-ovest per permettere la riduzione delle dispersioni termiche invernali ed estive. La superficie del muro esposta a nord è pensata con poche aperture per un migliore isolamento termico dell’edificio. Inoltre, si tende a costruire su terreni in leggera pendenza per illuminare in maniera naturale anche il piano parzialmente interrato. I principi costruttivi I materiali da costruzione devono essere naturali, reperibili in loco e non inquinanti; anche il loro ciclo produttivo non deve nuocere all’ambiente. Occorre coibentare al meglio l’edificio per evitare perdite di calore e risparmiare energia per il riscaldamento; i materiali isolanti devono essere spessi, naturali e consentire un’adeguata traspirazione delle strutture. Gli impianti installati devono essere in grado di limitare il consumo energetico e privilegiare le energie rinnovabili: energia solare, geotermica o da biomasse.

L'architettura bioclimatica e gli edifici passivi

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Coibentare: isolare termicamente un edificio.

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Lo scopo di questa branca dell’architettura è quello di costruire edifici efficienti dal punto di vista energetico e in grado di garantire comfort termico, ma il più possibile indipendenti dall’utilizzo di tradizionali impianti di climatizzazione e dei combustibili fossili. La progettazione bioclimatica cerca di utilizzare fonti rinnovabili e sistemi che riducano il fabbisogno energetico e soprattutto le dispersioni. Tale tipo di progettazione è strettamente legata al concetto di autosufficienza dell’edificio e all’applicazione di strategie che minimizzino l’uso di impianti meccanici. Importante è, quindi, la rilevazione dell’esatta posizione geografica del sito e la conoscenza delle sue caratteristiche morfologiche e climatiche. Nell’edificio bioclimatico l’utilizzo di fonti rinnovabili può avvenire grazie a due tipi di sistemi: i sistemi attivi e i sistemi passivi. I primi captano, accumulano e utilizzano l’energia proveniente da fonti rinnovabili con appositi impianti tecnologici. Con i sistemi passivi, invece, è l’edificio stesso, attraverso i suoi elementi costruttivi, a captare, accumulare e trasportare al suo interno l’energia ricavata dalle fonti rinnovabili.

Costruzione e abitazione

UNITÀ 2

› La progettazione bioclimatica

Finestre Sono grandi e rivolte a sud, per migliorare l’illuminazione naturale e sfruttare il calore dei raggi solari.

Frangisole Riducono il carico termico estivo, così da diminuire l’energia impiegata per il rinfrescamento.

Tetto È sporgente per proteggere la facciata dai fenomeni atmosferici ed è orientato trasversalmente rispetto alla direzione dei venti principali. Forma dell’edificio Deve essere semplice e compatta per limitare la cementificazione del suolo.

Muri Sono spessi e dotati di intercapedini che facciano da filtro alle temperature esterne. I muri esposti a nord hanno poche aperture per un migliore isolamento termico dell’edificio.

INTERVIENI E PRODUCI 1. S e volessi trasformare l’abitazione in cui vivi in una casa ecocompatibile, che cosa cambieresti? 2. R ealizza un cartellone raccogliendo immagini di edifici costruiti in bioarchitettura. Completa la raccolta con brevi commenti.

Muro

I sistemi a «muro di Trombe» prevedono che nella parte superiore e inferiore del muro siano presenti delle aperture, che mettono in collegamento lo spazio abitato con l’intercapedine creata tra la superficie di captazione delle radiazioni solari in vetro e il muro. In inverno si creano moti convettivi d’aria che riscaldano l’ambiente, mentre in estate le aperture presenti nel muro vengono chiuse, quindi i moti convettivi permettono all’aria calda di uscire all’esterno richiamando aria più fredda dal basso. Intercapedine per l’aria

Radiazione solare

I sistemi passivi Si tratta di sistemi, previsti già in fase di progettazione, in grado di utilizzare l’energia solare senza l’utilizzo di particolari tecnologie. I principali sono: • il muro di Trombe, formato da una parete vetrata esterna che intrappola le radiazioni solari e una parete massiccia e scura che assorbe le radiazioni e le rilascia lentamente verso l’interno; • il roof-pond, in cui la captazione e l’accumulo avvengono grazie a contenitori in plastica sottile di colore scuro, pieni d’acqua e posti sulla copertura. Di giorno l’acqua si scalda e il calore viene trasmesso per irraggiamento ai locali sottostanti tramite il solaio. Anche il rinfrescamento può avvenire in modo passivo sfruttando i principi di ventilazione naturale: ciò può avvenire attraverso camini del vento, condotte interrate o semplicemente creando una differenza di altezza tra le varie aperture.

Parete vetrata

Inverno

I sistemi attivi I sistemi attivi principalmente utilizzati sono: • i collettori solari, che trasformano l’energia solare in energia termica producendo acqua calda; • le pompe di calore geotermiche, in grado di trasferire calore da una «fonte fredda», il terreno, a un altro corpo più caldo all’interno dell’abitazione; • i pannelli fotovoltaici, che consentono di trasformare direttamente l’energia solare in energia elettrica.

Estate

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73. Inquinamento all'interno dello spazio domestico Una progettazione attenta al benessere dei futuri abitanti non può fare a meno di considerare i possibili fattori di inquinamento degli edifici, definito inquinamento indoor. Le abitazioni devono poter respirare non solo tramite porte e finestre, ma anche attraverso i muri e il tetto. Oggi, al contrario, muri e solai sono imbottiti di materiali isolanti non traspiranti e le finestre sono dotate di guarnizioni e doppi vetri. In questo modo si riduce la ventilazione, con la conseguenza che qualsiasi particella aerea tende a ristagnare all’interno degli spazi domestici. Tali particelle prese singolarmente non creano particolari disturbi al nostro organismo. La loro miscela, però, può provocare vere e proprie patologie, soprattutto nei soggetti più «deboli» come bambini, anziani o persone con l’apparato immunitario già indebolito. Sono numerosi i fattori dell’inquinamento indoor.

Oltre che alle caldaie e stufe a metano non va dimenticato di effettuare una manutenzione periodica anche alle stufe a pellet, biomasse o legna, e tenere aerato il locale in cui queste si trovano per evitare le esalazioni di monossido di carbonio. Il monossido di carbonio è un gas inodore e incolore; si sprigiona quando la combustione è incompleta per mancanza di ossigeno e, oltre a intossicazioni, può portare anche alla morte.

Moquette e tappeti sono un ricettacolo di sporcizia, polvere, peli di animali, funghi e batteri che possono irritare i polmoni, innescare attacchi di asma o attivare reazioni allergiche. Inoltre, questi prodotti possono contenere la formaldeide, che non solo irrita naso e gola, ma provoca anche l’asma e può causare altri danni ai polmoni.

Il gas radon È un gas radioattivo, incolore e inodore, che si diffonde nelle falde acquifere ed entra nelle case attraverso il pavimento non isolato dei piani interrati (dove mancano vespai e fondazioni), le crepe dei muri e l’acqua potabile. Purtroppo, una volta che il gas è stato ingerito o inalato, diviene una possibile causa di tumore. Per valutare la quantità di radon presente nelle abitazioni si usa uno specifico strumento chiamato dosimetro. Il monossido di carbonio (CO) È il gas inquinante più diffuso e deriva dai processi di combustione. La sua presenza è un forte indicatore dell’inquinamento dell’aria. Gli ioni positivi Contribuiscono alla sensazione di malessere e si presentano in maggiore concentrazione attorno a televisori, apparecchi elettrici, materiali sintetici e anche in occasione di fenomeni naturali quali venti caldi (scirocco e föhn) o prima di un temporale. Anche i depuratori e i condizionatori caricano l’aria di ioni positivi. La presenza di ioni negativi è invece benefica per la salute, perché essi producono un effetto rivitalizzante e fanno depositare al suolo le molecole inquinanti. Si formano dalla fotosintesi clorofilliana e attorno alle masse d’acqua in movimento, per questo bisogna favorire l’ingresso dei raggi solari all’interno della casa e prevedere la presenza di piante. I VOC (composti organici volatili: formaldeide, benzene e derivati) La formaldeide è un gas irritante delle mucose degli occhi e delle vie respiratorie superiori; è presente in alcuni tipi di isolanti e all’interno di resine sintetiche usate, ad esempio, nei pannelli truciolari o compensati con cui sono fabbricati i mobili. Il benzene e i suoi derivati sono, invece, presenti nella maggior parte delle vernici (soprattutto quelle usate per i trattamenti del legno) ma anche in molti prodotti utilizzati per la pulizia della casa. L'elettrosmog Deriva dall’utilizzo delle apparecchiature elettriche ed elettroniche. Ogni dispositivo elettrico in funzione, infatti, è circondato da un campo elettromagnetico proporzionale alla sua potenza; questo campo diminuisce di intensità allontanandosi dalla fonte. Stazionare all’interno di questi campi può avere ripercussioni a livello fisico. Non potendo più fare a meno di

228

Costruzione e abitazione

UNITÀ 2

tali apparecchiature occorre imparare a mantenere la giusta distanza da esse. Sarebbe auspicabile, poi, liberare dai campi elettromagnetici le zone deputate al riposo: radiosveglie, televisori e computer dovrebbero essere sistemati il più lontano possibile dal letto.

L’inquinamento acustico notturno è un fenomeno in crescita: macchine che sfrecciano sotto la camera da letto, aerei che decollano a tutte le ore della notte, camion della nettezza urbana, schiamazzi, latrati e ululati di cani; ad affermarlo è l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), che ha invitato i singoli governi a prendere misure concrete per migliorare le condizioni di vita dei cittadini.

L'inquinamento acustico L’inquinamento acustico è l’insieme degli effetti negativi prodotti dal rumore generato dall’uomo che si ripercuotono sull’ambiente urbano e naturale. L’eccessiva esposizione a rumori e suoni con un’intensità elevata e continua può divenire causa di stress e disturbi psicologici. Il livello di percezione oltre il quale si parla di vero e proprio inquinamento acustico è stabilito sopra i 90 decibel. Infissi con vetri doppi, guaine e pannelli fonoassorbenti applicati sia ai pavimenti sia alle pareti riescono abbastanza efficacemente a contrastare il problema all’interno dell’abitazione. Gli altri inquinanti Anche le più comuni attività domestiche possono peggiorare la qualità dell’aria negli spazi interni di un’abitazione.

› Gli inquinanti derivati da attività domestiche Pulire la casa. L’uso eccessivo di prodotti detergenti, disincrostanti, disinfettanti, cere, prodotti lucidanti per mobili e metalli porta alla formazione dei composti organici volatili, ossia particelle dannose per il nostro apparato respiratorio.

Fai da te e hobby. Si producono polveri, composti organici volatili e particelle respirabili (molatura, fresatura, piallatura, lucidatura, saldatura, uso di colle e sigillanti spesso in locali seminterrati, uso di vernici, solventi, smalti per decorazioni e ritocchi).

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è l’inquinamento indoor? 2. Che cosa si intende per inquinamento da elettrosmog e acustico? 3. C he cosa bisogna fare per limitare i contaminanti indoor?

Cura del corpo. Impiegare cosmetici, deodoranti, tinture per capelli e smalti per unghie porta alla formazione dei composti organici volatili.

Cura degli animali da compagnia. L’utilizzo di farmaci in polvere e spray lucidanti per il pelo degli animali genera i composti organici volatili.

Cura delle piante Concimi, lucidanti e antiparassitari danno luogo ai composti organici volatili.

Pulire e stirare i capi di vestiario. Si produce vapore acqueo e, se si usano smacchiatori, apprettanti o antitarme, si formano i composti organici volatili.

Cucinare. Si generano vapore acqueo e prodotti di combustione di sostanze grasse e proteine originate dalla cottura alla brace.

Di seguito sono elencati i comportamenti che aiutano a ridurre la presenza di contaminanti indoor. • Non fumare nell’abitazione né permettere ad altri di farlo. • Rimuovere efficacemente la polvere e cercare di limitare il suo ingresso nell’abitazione. • Non effettuare combustioni libere e limitare l’uso di candele. • Evitare l’uso di solventi e vernici al solvente. • Limitare l’uso dei prodotti spray non indispensabili, inclusi quelli per la pulizia. • Munire tutte le fonti di riscaldamento di sfoghi all’esterno. • Cambiare frequentemente l’aria, mediante l’apertura di finestre e porte, in particolare nelle stagioni in cui ciò non implica consumi di energia.

229

IN BREVE LEZIONE 67

Casa Le abitazioni sono classificate in case rurali, ville, villette, case a schiera, case multipiano. Le case multipiano che si sviluppano a torre prendono il nome di grattacieli.

LEZIONE 68

Strutture portanti Le strutture portanti sono le parti che compongono un oggetto e che, collegandosi tra di loro, si sostengono a vicenda. Tutte le strutture edilizie, quindi case, ponti e gallerie, sono sottoposte a trazione, compressione e flessione, cioè forze che potrebbero comprometterne la stabilità. Le principali strutture sono la capriata, una struttura triangolare usata ad esempio per costruire i tetti; l’arco, utilizzato per aperture di passaggio; la volta, che deriva dall’arco. La struttura a telaio è formata da due pilastri e una trave, rigidamente connessi e ripetuti. Altre strutture più recenti sono le strutture reticolari spaziali e le tensostrutture.

LEZIONE 69

Edificio: fasi di costruzione Dopo la redazione del progetto e la richiesta dell’autorizzazione al Comune, si possono iniziare i lavori di costruzione. Viene allestito il cantiere e si inizia con lo scavo e la costruzione delle fondazioni in cemento armato. Vengono poi costruiti i muri in elevazione o i pilastri, i solai e la copertura, cioè il tetto. Segue la costruzione dei muri perimetrali e dei tramezzi interni. Si procede quindi alla realizzazione degli impianti. Seguono le opere di finitura: la realizzazione degli intonaci e la posa delle piastrelle, la posa delle finestre, delle porte e dei sanitari. Si termina con la tinteggiatura dei locali.

L E Z I O N I 70 E 71

Impianti All’interno degli edifici i principali impianti sono l’impianto idrico-sanitario, a cui è associato l’impianto di scarico delle acque chiare e nere, l’impianto termico per il riscaldamento, l’impianto del gas per alimentare quello termico, l’impianto elettrico per fornire l’energia elettrica e l’impianto telefonico.

Spazi interni di un'abitazione Lo spazio interno delle abitazioni deve rispecchiare gli standard abitativi stabiliti dai regolamenti edilizi. La superficie abitativa viene distinta in monolocale, bilocale e appartamento. A ogni abitante deve essere garantita una superficie minima abitabile di 14 m2.

LEZIONI 72 E 73

Case ecocompatibili Negli edifici costruiti secondo i principi della bioedilizia vengono utilizzati materiali da costruzione naturali, seguendo tecnologie che consentono il risparmio energetico. L’architettura bioclimatica si occupa di costruire edifici efficienti dal punto di vista energetico, privilegiando l’impiego di fonti rinnovabili e utilizzando sistemi attivi come collettori solari, pompe di calore geotermiche e pannelli fotovoltaici, o sistemi passivi che sfruttano l’energia solare e la circolazione dell’aria.

Inquinamento all'interno dello spazio domestico Le abitazioni devono poter respirare non solo tramite porte e finestre, ma anche attraverso i muri e il tetto, in modo da creare una ventilazione ed evitare l’inquinamento indoor. I principali inquinanti nelle abitazioni sono il gas radon, il monossido di carbonio, i composti organici volatili, l’elettrosmog, l’inquinamento acustico.

230

Costruzione e abitazione

ESERCIZI

UNITÀ 2

Conoscenze

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’impianto idrico-sanitario è il primo a essere realizzato. V

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. Nella rete delle acque chiare passano gli scarichi provenienti dai WC.

3. Esistono impianti di riscaldamento con pannelli a pavimento.

4. Il combustibile più utilizzato per il riscaldamento nelle abitazioni è il carbone.

1. Le case a schiera si sviluppano in modo verticale per occupare meno suolo.

2. Le case multipiano sono tipiche per la loro estensione su vaste superfici di terreno.

3. Nelle zone a clima piovoso i tetti delle case sono spioventi.

4. Nelle zone aride per trattenere il calore si costruiscono prevalentemente case in legno.

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. Aggiungi il termine mancante. 1. Le principali forze che agiscono su una struttura edilizia sono b. la flessione c. la .................................. a. la trazione 2. Nella capriata il monaco si trova tra b. i saettoni a. la catena

c. i

.....................................

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La struttura a telaio deriva dal sistema trilitico.

2. Uno dei vantaggi delle strutture reticolari spaziali è la facilità di assemblaggio.

3. Le tensostrutture sono costruite esclusivamente in legno.

4. L’arco è costituito da una serie di volte.

4. Metti in ordine le fasi di costruzione di un edificio. a. posa delle fondazioni b. sbancamento del terreno c. allestimento del cantiere d. analisi del sito e. autorizzazione a edificare f. realizzazione delle opere di finitura g. posa dei tubi per gli impianti h. realizzazione della copertura i. realizzazione delle strutture verticali 1. ......................................... 2. ........................................ 3. ........................................ 4. ......................................... 5. ........................................ 6. ........................................ 7. ......................................... 8. ......................................... 9. ........................................

1. Il monolocale è formato da due locali, un angolo cottura e un bagno.

2. Secondo gli standard abitativi l’altezza interna dei vani deve essere di almeno 5 metri.

3. La cucina fa parte della zona giorno.

4. La domotica si occupa di analizzare il territorio e individuare la posizione migliore per un’abitazione.

7. Scegli l’alternativa corretta. 1. La bioarchitettura utilizza materiali di origine a  sintetica b  naturale 2. Nella casa ecocompatibile si predilige l’energia proveniente da fonti a  rinnovabili b  non rinnovabili 3. I collettori solari per la produzione di energia termica sono sistemi a  attivi b  passivi 8. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti. inquinamento acustico – elettrosmog – inquinamento indoor 1. L’.............................................. è l’inquinamento che deriva dall’uso delle apparecchiature elettriche. 2. L’.............................................. indica l’insieme degli effetti negativi causati dai rumori prodotti dall’uomo. 3. L’inquinamento degli edifici è definito

..............................................

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Provate a fare un elenco di elementi (anche oggetti) che secondo voi sono costituiti da strutture. Poi cercate di scoprire quali sono i carichi e le sollecitazioni a cui sono sottoposte. 2. Come dovrebbe essere strutturata una casa per soddisfare le esigenze di un ragazzo?

3. Per quale motivo, secondo te, è importante che costruendo un edificio si seguano tutte le fasi nell’ordine corretto? 4. Quali sono gli elementi indispensabili nella costruzione di una casa ecocompatibile? 5. Quali sono i fattori fondamentali da tenere presente nella divisione degli spazi interni di una casa?

231

MAPPA DELL’AREA INFRASTRUTTURE – – – – – –

strade autostrade ferrovie porti e aeroporti viadotti ponti

IMPIANTI TECNOLOGICI – acquedotto – rete fognaria – rete elettrica – rete di distribuzione del metano – rete telefonica – rete per la gestione dei rifiuti

diversi livelli di antropizzazione

ABITARE IL TERRITORIO

INSEDIAMENTI URBANI

allacciamento tra la rete degli impianti cittadini e gli impianti domestici

– paesi – città – metropoli

EDILIZIA

INQUINAMENTO E RISCHI AMBIENTALI – inquinamento dell’aria – dissesto idrogeologico – rischio sismico

– strutture portanti – fasi di costruzione

BIOEDILIZIA per il rispetto dell’ambiente

232

ABITAZIONI impianti domestici – idrico-sanitario – termico – del gas – elettrico – telefonico

Abitare il territorio

VERIFICA

AREA 5

Conoscenze

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Individua l’intruso.

2. Gli ambienti naturali incontaminati sono caratterizzati dalla presenza di un alto livello di antropizzazione. V

3. Solitamente il centro della città ospita i grandi centri commerciali.

4. La città di Milano ha una pianta radiocentrica.

5. Il gas metano viene trasportato ai luoghi di consumo tramite la linea dell’alta tensione.

6. I cavi telefonici sono in rame o in fibra ottica.

7. Il termovalorizzatore è anche chiamato sistema di teleriscaldamento.

8. L’acqua degli acquedotti può provenire da fiumi e laghi.

9. Nella discarica controllata lo strato impermeabile è costituito di sabbia.

10. I fanghi derivati dalla depurazione delle acque vengono inceneriti.

11. I doppini telefonici trasportano impulsi luminosi.

12. Il calore prodotto dai termovalorizzatori può essere usato per produrre acqua calda per gli impianti di teleriscaldamento.

1. I primi insediamenti urbani risalgono all’VIII secolo a.C.

1. Quale delle seguenti piante non indica la struttura di una città? a  pianta a scacchiera b  pianta radiocentrica c  pianta verde 2. Quale delle seguenti operazioni non è un metodo per lo smaltimento dei rifiuti? a  incenerimento nel termovalorizzatore b  trattamento con i fanghi attivi c  deposito nella discarica controllata 3. Quale di questi elementi non è uno tra i principali inquinanti presenti nelle città? a  benzene b  cloroformio c  monossido di carbonio d  anidride carbonica 4. Quale delle seguenti iniziative non migliora la qualità dell’aria nelle città? a  usare il carbone come combustibile b  limitare l’uso dell’auto c  aumentare il verde pubblico d  riciclare i materiali 2. Inserisci i termini mancanti. 1. Per

..............................................

si intende l’insieme dei fenomeni di

erosione, smottamenti, frane e alluvioni. 2. L’impianto che produce energia dai rifiuti solidi urbani è il ..............................................

3. La

.............................................

indica un agglomerato urbano costitui-

to da un grosso centro e da centri minori. 4. Nelle abitazioni si utilizza la tensione a

....................................................

volt. 3. Scegli l’alternativa corretta. 1. L’antropizzazione indica le modifiche sul territorio attuate per le necessità a  degli animali b  dell’uomo

5. Completa il testo scegliendo tra le due alternative. La rete di potabilizzazione/fognaria raccoglie le acque reflue, cioè di falda/di rifiuto, che provengono dagli scarichi domestici/ industriali (l’acqua contiene le sostanze derivanti dai prodotti per la pulizia e l’igiene personale) e dagli scarichi domestici/industriali (l’acqua raccolta può contenere sostanze inquinanti/fanghi attivi). Sono comprese anche le acque controllate/meteoriche, cioè la pioggia convogliata nelle condotte sotterranee/ drenanti. 6. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. tipologie edilizie – edifici – ville – residenziali – case multipiano In funzione del tipo di attività prevalente che si svolge al loro interno, gli

.............................................

si classificano in

............................................,

2. Fanno parte dei reflui urbani le acque a  meteoritiche b  meteoriche

artigianali, commerciali, industriali, destinati ad attività culturali,

3. Per facilitare il riciclaggio è necessario effettuare la raccolta a  differenziata b  indifferenziata

legate alla destinazione residenziale comprendono case rurali,

4. In Italia esiste una mappatura degli eventi a  sismici b  alluvionali 5. La rete elettrica fornisce a negozi e piccole aziende elettricità a a  220 V b  380 V

ricreative, sportive, legate al culto o al ristoro. Le ..............................................

e villette, case a schiera,

......................................

..............................................

7. Quale tra i seguenti nomi non indica una struttura portante? struttura a telaio – capriata – tensostruttura – struttura reticolare spaziale – struttura antisismica

233

VERIFICA 8. Quale tra i seguenti nomi non indica un arco o una volta?

11. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

volta a crociera – volta rivoltata – arco ribassato – volta a botte – arco a tutto sesto – arco a sesto acuto

progetto – impianti – analisi – fondazioni – cantiere – PRG – sbancamento – solai – perimetrali – cemento armato Per costruire un edificio è necessario redigere un

9. Scegli l’alternativa corretta.

conforme alle norme del

1. Per costruire la copertura di un hangar si utilizza a  la struttura a telaio b  la capriata

del Comune. Si co-

mincia con un’................................................... del sito su cui sorgerà la costruzione e si procede con l’allestimento del .............................................. .

2. La rotazione di un arco attorno al proprio asse genera a  una volta a crociera b  una cupola

Seguono i lavori di

3. Quando un terreno è poco stabile si realizzano a  fondazioni a platea b  fondazioni con plinti

le strutture verticali in

..............................................

del terreno e si realizzano

le .......................................... dell’edificio. Successivamente si costruiscono

4. Negli edifici i muri che dividono lo spazio interno creando i vari locali sono detti a  tramezzi b  muri perimetrali 5. Lo scopo del salvavita è a  scaricare eventuali dispersioni di corrente b  isolare l’impianto in caso di contatto 6. Per ridurre le dispersioni termiche in un’abitazione si tende a a  limitare il numero di finestre sul muro esposto a nord b  costruire su un terreno in leggera pendenza 10. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Lo sbancamento si esegue dopo aver completato le fondazioni.

2. Le opere di finitura di una casa si eseguono prima degli impianti.

3. La bioedilizia prevede che l’impianto fotovoltaico sia posizionato sulla falda del tetto esposta a sud.

4. Gli eventi sismici fanno parte dei carichi variabili a cui le strutture edilizie sono sottoposte.

5. Le tensostrutture sono resistenti ed elastiche.

6. Le costruzioni antisismiche prevedono l’uso obbligatorio di strutture reticolari spaziali.

7. Dopo la realizzazione degli impianti viene steso l’intonaco su soffitti, muri interni ed esterni.

8. La posa degli impianti di un edificio può essere realizzata da chiunque.

10. La domotica permette di gestire tutti gli impianti di un’abitazione con un unico sistema.

11. Un monolocale ha più stanze di un bilocale.

12. In un’abitazione le acque di scarico dell’impianto idrico circolano negli stessi tubi che portano l’acqua V calda ai rubinetti.

..............................................

e i

orizzontali e si prosegue con il tetto e i muri ..............................................

..............................................

e finiture completano l’edificio.

12. Individua l’intruso. 1. Quale delle seguenti lavorazioni non rientra nelle opere di finitura di una villetta? a  installazione di frutti e placche elettriche b  posa dei sanitari c  costruzione dell’intercapedine d  tinteggiatura 2. Quale dei seguenti termini non indica un impianto di riscaldamento di un edificio? a  autonomo b  centralizzato c  a condensazione 3. Quale delle seguenti definizioni non indica una tipologia di caldaia presente nelle abitazioni? a  a flusso chiuso b  a camera aperta c  a camera stagna 4. Quale di questi elementi non è un sistema attivo utilizzato nella progettazione bioclimatica degli edifici? a  collettori solari b  pompe geotermiche c  roof-pond 5. Quale dei seguenti elementi non contrasta il problema dell’inquinamento acustico nelle abitazioni? a  vetri doppi b  muro di Trombe c  pannelli fonoassorbenti 13. Inserisci i termini mancanti. 1. Per misurare la quantità di gas radon presente in un edificio si usa uno strumento chiamato

9. Le camere da letto in genere vengono posizionate nella parte più silenziosa dell’abitazione.

234

..............................................

..................................,

2. Gli ioni

..............................................

fanno depositare al suolo le mo-

lecole inquinanti. 3. Tutte le strutture edilizie sono sottoposte a forze che prendono il nome di

..............................................

4. I giunti che nella struttura reticolare spaziale tengono uniti i F

tubi si chiamano

..............................................

Abitare il territorio

VERIFICA 5. Nella struttura portante di un edificio i solai sono costruiti usando pignatte e

..............................................

in cemento armato.

6. L’isolamento termico a .............................................. consiste nel posare pannelli isolanti sulla facciata dell’edificio. 7. Nelle abitazioni si usa spesso l’impianto termico .............................., che prevede la presenza di radiatori nei quali circola l’acqua calda.

8. L’impianto del gas in un edificio è dotato di

AREA 5

........................................

che consentono l’arresto del gas. 9. La caldaia a camera ..................................................... preleva l’aria direttamente dall’esterno. 10. Il

.....................................................

è un gas radioattivo che si diffonde

nelle falde acquifere.

Competenze 1. Analizza lo spazio urbano in cui vivi. 1. Procurati un foglio da disegno, una matita e una gomma. Chiudi gli occhi e cerca di visualizzare nella mente il territorio che circonda la tua abitazione. Pensa a ciò che vedi uscendo dalla porta di casa, alle strade limitrofe, alla presenza di verde, di edifici pubblici o commerciali; analizza la presenza di acqua (canali, fiumi ecc.) e di tutto ciò che caratterizza il quartiere in cui vivi. Disegna, poi, a mano libera e in pianta, ossia come se lo vedessi dall’alto, ciò che hai immaginato, partendo dalla tua casa. Terminato lo schizzo, tramite Internet accedi a Google Maps, digita il nome della tua città e seleziona la modalità satellite. Usa lo zoom per trovare la tua abitazione. Osserva la planimetria reale e confrontala con quella da te disegnata. Prendi nota degli «errori» commessi. 2. Con l’aiuto di Internet (accedendo, ad esempio, al sito del Comune o della Regione in cui risiedi), di pubblicazioni specifiche e di adulti disponibili ricava il maggior numero possibile di dati e immagini inerenti a tutti gli elementi, sia naturali sia artificiali, che compongono il sistema-territorio. 3. Procurati una macchina fotografica e, percorrendo a piedi lo spazio urbano, cattura le immagini di scorci o costruzioni che, secondo il tuo punto di vista, caratterizzano maggiormente il territorio in cui vivi. 4. Confronta tutta la documentazione raccolta per gli esercizi precedenti (dati, immagini, disegni, planimetrie ecc.) con quella dei tuoi compagni che vivono nel tuo stesso quartiere o paese. Selezionate il materiale più interessante e con esso preparate insieme una presentazione, ad esempio in Microsoft PowerPoint, da mostrare alla classe.

Unità abitativa: dati catastali, tipo di impianto di riscaldamento, numero di vani, superficie, balconi. N.B. Per reperire i dati catastali avrai bisogno di consultare gli atti di acquisto o affitto dell’unità abitativa. 2. Scatta delle fotografie che permettano di visualizzare i vari prospetti dell’edificio e i particolari costruttivi esterni. Riprendi, poi, gli spazi interni più significativi. 3. Role play: immagina di essere un agente immobiliare. Immagina di possedere un’agenzia immobiliare e di dover vendere la casa in cui vivi e di cui hai raccolto in precedenza il materiale. Utilizzando la documentazione e le immagini prepara dei cartelloni significativi che possano catturare l’interesse di un eventuale compratore. 4. Completa lo schema. Osserva lo schema qui rappresentato: cerca di comprendere il suo significato e completalo con didascalie esplicative secondo la tua interpretazione e le tue conoscenze.

2. Analizza l’edificio in cui vivi. 1. Con un programma di videoscrittura (ad esempio Microsoft Word) predisponi una tabella per registrare le informazioni che raccoglierai a proposito dell’edificio e della casa in cui vivi. Edificio: anno di costruzione, tipologia residenziale, numero di piani, tipo di copertura, finitura esterna, tipologia di serramenti e imposte, eventuali materiali di rivestimento, presenza di ascensore, autorimesse, cantine.

4 5 6

235

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Struttura a telaio di un edificio Lo scopo di questa attivitĂ Ă¨ realizzare una struttura a telaio e verificare quale effetto un terremoto puĂ˛ avere su di essa.

ti trezzi occorren Materiali e at 1 pannello di espanso rivestito di cartone di 5 mm, chiamato polyplat o cartonfoam 10 stecchi per spiedini lunghi 20 cm, con diametro 3 mm 4 cannucce per bibite Riga, matita, forbici, cutter, punteruolo

1. Disegniamo sul pannello di espanso tre rettangoli da 29 x 16 cm.

2. Con un cutter affilato ritagliamoli.

3. Su uno dei rettangoli ottenuti tracciamo quattro linee a 1 cm dal bordo.

4. Individuiamo quattro punti equidistanti sui lati lunghi e tre sui lati corti, che corrispondono ai punti in cui porremo i pilastri.

5. Sovrapponiamo in modo preciso i tre pannelli, ponendo in alto quello su cui abbiamo individuato i punti.

6. Con un punteruolo, tenendolo in verticale e ben diritto, facciamo pressione in modo da bucare i tre pannelli nei dieci punti.

7. Con una forbice tagliamo dalla cannuccia un segmento di 8,3 cm. Ripetiamo su quattro cannucce ricavando otto pezzi, ciascuno da 8,3 cm.

8. In un angolo del pannello inseriamo uno stecco in legno.

9. Proseguiamo negli altri tre angoli esterni. Infiliamo i quattro pezzi di cannuccia, che servono da distanziatori.

236

Abitare il territorio

AREA 5

10. Appoggiamo un pannello, che rappresenta il primo solaio, facendo attenzione a centrare con precisione i fori.

11. Con una leggera pressione inseriamo nei fori i quattro stecchi di legno, e abbassiamo fino ad arrivare alle cannucce. Inseriamo nei quattro angoli le altre quattro cannucce distanziatrici.

12. Posizioniamo l’ultimo pannello, che funge da secondo solaio.

13. Inseriamo gli altri sei stecchi in legno: per questi non sono necessarie le cannucce, perché le otto che abbiamo messo precedentemente sono sufficienti a fare da distanziatori.

14. Ecco la nostra struttura a telaio di due piani, con dieci pilastri. Ma che cosa succede a questa struttura in caso di terremoto? Verifichiamone la stabilità.

15. Teniamo la base ferma con una mano e spingiamo lateralmente la parte superiore. Abbastanza facilmente, la struttura si piega e si inclina. Nella realtà questi movimenti possono far crollare tutto o in parte l’edificio. Nelle nuove costruzioni è possibile adottare diversi sistemi per rendere l’edificio antisismico; ma per gli edifici esistenti?

16. Nella nostra struttura la distanza fra una trave e l’altra è di 8,6 cm, mentre l’altezza è di 8,3 cm. Ritagliamo quindi quattro rettangoli di espanso di uguale misura.

17. Posizioniamo questi quattro rettangoli al centro, tra i pilastri. Nella realtà questi pannelli sono in cemento armato.

18. Ripetiamo ora la prova di stabilità, cercando di applicare la stessa forza. Come possiamo notare, la resistenza della struttura è notevolmente aumentata.

237

AREA

Risorse energetiche

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U2-U3 VIDEO Forno solare AUDIO + VIDEO In breve U1-U2-U3 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 77-78-79-81-82-83-84 Esercizi U1-U2-U3 Verifica di Area Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE BIC: batteri idrocarburoclastici Lez. 77 Scisti bituminosi Lez. 77 Nucleare Lez. 79 La diga... come la Grande Muraglia Lez. 81 Progetto Archimede Lez. 82 Semiconduttori Lez. 82 VIDEO Estrazione e trasporto del petrolio Lez. 77 Gas naturale Lez. 78 Energia nucleare Lez. 79 Centrale termoelettrica Lez. 80 Energia idroelettrica Lez. 81 Energia fotovoltaica Lez. 82 Centrali solari Lez. 82 Energia eolica Lez. 83 Energia geotermica Lez. 84 Digestione anaerobica Lez. 85

238

MANIFESTAZIONI DELL’ENERGIA

8 marzo 1883 A Milano viene costruita la prima centrale elettrica dell’Europa continentale, in via Santa Redegonda. La centrale è alimentata a carbone e produce energia sufficiente ad alimentare 4 800 lampadine poste nelle vicinanze del Duomo. Demolita nel 1926, ora rimane una lapide commemorativa nella stazione della metropolitana.

1800

1850

1807 Il gas illuminante, un gas prodotto nel processo di trasformazione del carbone litantrace in coke, viene impiegato per la prima volta a Londra come combustibile per l’illuminazione pubblica, da cui prende il nome di «gas di città». Il gas viene distribuito tramite tubazioni lungo le strade e sue scorte sono stoccate in strutture, dette gasometri.

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere le fonti energetiche e

Valutare le conseguenze di scel-

L’alunno riconosce nell’ambiente

te e decisioni relative a situazioni problematiche. Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia (ad esempio: preparazione e cottura degli alimenti).

che lo circonda i principali sistemi tecnologici […] È in grado di ipotizzare le possibili conseguenze di una decisione o di una scelta di tipo tecnologico […] Sa utilizzare istruzioni tecniche per eseguire compiti complessi […] Progetta e realizza rappresentazioni grafiche o infografiche […]

saperle classificare.

Conoscere le tecnologie per produrre energia e analizzarne l’impatto sull’ambiente. Conoscere le tecnologie usate per estrarre e trasportare i combustibili fossili e valutarne le criticità. Esprimere valutazioni su di un uso energetico consapevole.

ENERGIE NON RINNOVABILI

ENERGIE RINNOVABILI

1901-1954 Il fisico italiano Enrico Fermi si trasferisce negli Stati Uniti divenendo cittadino americano. Nel 1935 ottiene la fissione dell’uranio e per questo motivo nel 1938 gli viene assegnato il Premio Nobel per la fisica. Nel 1942 progetta e guida la costruzione, presso l’università di Chicago, della prima pila atomica a uranio. Collabora, inoltre, allo sviluppo della prima bomba atomica.

1900

1950

2000

1947 L’azienda petrolifera statunitense KerrMcGee costruisce la prima piattaforma offshore, al largo della Louisiana, nel Golfo del Messico. La ricerca del petrolio avviene sott’acqua, a circa cinque metri di profondità.

1954 Negli Stati Uniti i laboratori Bell realizzano la prima cella fotovoltaica in silicio monocristallino, inizialmente per studi nel settore dei semiconduttori e, pochi anni dopo, per applicazioni nei generatori di energia elettrica per satelliti. Solo negli anni Settanta prende avvio la produzione industriale.

239

Risorse energetiche Risorse energetiche

UNITÀ

AREA 6

Manifestazioni dell'energia LEZIONE

74. Forme di energia Si definisce energia la capacità posseduta da un corpo di compiere un lavoro. L’energia è una fonte indispensabile del nostro quotidiano. Non esiste alcun processo fisico o chimico in cui essa non sia necessaria. Si trova infatti applicata a tutto ciò che ci circonda: in casa per il funzionamento degli elettrodomestici, negli uffici per i computer, nei mezzi di trasporto per far funzionare il motore, nelle industrie per le catene di montaggio, in tutte le macchine utensili e per l’illuminazione privata e pubblica. Il nostro stesso corpo è una meravigliosa macchina che produce energia muscolare e termica, ma non ne sono esenti neanche le piante, che per la loro crescita hanno bisogno dell’energia emessa dalle radiazioni del Sole. Il vento, lo scorrere dell’acqua dei fiumi, il moto ondoso del mare, i fulmini sono un’immensa risorsa economica e strategica che l’uomo sta cercando di utilizzare per il proprio sviluppo.

LINK ➜ STORIA Il nostro modello di civiltà si basa sulla produzione e sullo sfruttamento di energia, necessaria per garantire ogni forma di progresso tecnologico. Nell’arco di molti secoli, l’osservazione dei fenomeni naturali e lo studio del loro possibile sfruttamento hanno permesso sviluppi tecnologici tali da migliorare il nostro stile di vita. Tutto ebbe inizio durante la preistoria, circa un milione di anni fa, quando l’uomo anziché sfruttare l’unica forma di energia conosciuta, quella muscolare, cominciò a trasformare e utilizzare come fonti energetiche il fuoco, l’acqua e il vento. Si iniziò quindi a sfruttare il vento per far muovere le barche, l’acqua per far girare la macina dei cereali e il fuoco per riscaldarsi, cuocere gli alimenti e l’argilla, forgiare utensili e armi in ferro, fondere la silice per produrre il vetro. Nel Medioevo furono realizzate le prime macchine che sostituirono l’energia muscolare di uomini e animali.

240

Gli scambi commerciali favorirono poi l’introduzione delle tecnologie di altre civiltà che contribuirono a migliorare molti aspetti della vita. L’uso del carbone fossile e l’invenzione, nel 1776, della macchina a vapore consentirono un cambiamento radicale nelle modalità di lavoro, dando il via alla Rivoluzione industriale. Aumentò quindi la richiesta di energia e la necessità di macchine sempre più competitive. Successivamente, con l’invenzione del motore a scoppio prese avvio lo sfruttamento del petrolio, dal quale tutt’oggi si ricava la benzina e che è utilizzato anche per produrre energia elettrica.

Manifestazioni dell’energia › Le forme dell’energia Energia meccanica Fornisce il movimento a una macchina. In ambito meccanico si distingue in: energia cinetica, è l’energia che un corpo possiede quando è in movimento. L’acqua di una cascata o di un fiume producono energia di movimento; energia potenziale, è l’energia che un corpo possiede quando si trova in uno stato di quiete (fermo) a una certa altezza dal suolo. Ne è un esempio l’acqua all’interno di una diga.

Energia termica È l’energia che viene trasmessa da un corpo più caldo a uno più freddo. Le macchine che utilizzano questa energia, come il motore dell’auto, prendono il nome di macchine termiche.

Energia chimica È la capacità che posseggono alcune sostanze di unirsi con altre, sviluppando energia sotto forma di calore, luce ed elettricità. Ad esempio la pila sfrutta trasformazioni chimiche per produrre energia elettrica.

UNITÀ 1

Energia elettrica È la forma di energia più utilizzata per la sua versatilità: può infatti essere trasformata da una forma a un’altra. È data dal movimento degli elettroni che circolano all’interno dei corpi conduttori, come i metalli.

ENERGIA

Energia elastica Si tratta dell’energia che un corpo elastico immagazzina quando viene deformato da una forza esterna e che poi restituisce per ritornare alla forma iniziale sotto forma di lavoro. È il caso tipico delle molle e degli archi da tiro.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è l’energia? 2. Q uali sono le forme con cui l’energia si manifesta?

Le trasformazioni di energia comportano sempre alcune perdite. Dividendo la quantità di energia in entrata per la quantità di quella in uscita si ottiene il rendimento. Ad esempio, una lampadina a incandescenza ha un rendimento del 10% circa. Ciò significa che di 100 unità di energia fornite sotto forma di corrente elettrica, solamente 10 si trasformano in energia luminosa, mentre le rimanenti 90 circa si trasformano in calore. Il rendimento, quindi, indica quanta parte di energia e di materiali immessi in ogni azione e in ogni processo è andata a buon fine e quanta, invece, è andata persa.

Energia di legame Indica il lavoro necessario per vincere le forze che tengono unita la materia. Per l’atomo, ad esempio, l’energia di legame è quella forza messa in atto per separare il nucleo dagli elettroni.

Energia nucleare È l’energia termica che si ottiene mediante la scissione del nucleo di uranio oppure con la fusione di due atomi leggeri per ottenerne uno pesante. Energia radiante È data dalle radiazioni luminose emesse dal Sole che, propagandosi nello spazio, arrivano sulla Terra condizionando ogni forma di vita.

L'energia L’energia è fondamentale per lo svolgimento di qualsiasi attività dell’uomo e delle macchine che quotidianamente compiono dei lavori. Secondo un principio fisico, questa energia non può essere né creata né distrutta ma trasformata da una forma all’altra. ENERGIA IN ENTRATA

SISTEMA DI CONVERSIONE

ENERGIA IN USCITA

Energia chimica

Digestione

Energia meccanica

Energia chimica

Combustione

Energia termica

Energia radiante

Reazione chimica

Energia elettrica

Energia cinetica

Energia meccanica

Energia elettrica

241

AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

75. Classificazione delle fonti Le fonti di energia messe a disposizione dalla natura forniscono all’uomo il mezzo necessario per ottenere, attraverso idonee trasformazioni, un lavoro oppure una utilità immediata. Il maggior approvvigionamento dell’energia che giornalmente utilizziamo proviene dai combustibili fossili, cioè petrolio, carbone, gas naturale, che si trovano concentrati in alcune zone della Terra. A questi si aggiunge l’uranio, un minerale radioFONTI attivo che viene utilizzato come combustibile nei reattori nucleari grazie ENERGETICHE all’altissimo potenziale di energia che può sprigionare. Questi combustibili, che si sono formati nel corso di milioni di anni con il processo di fossilizzazione delle sostanze organiche, sono definiti fonti non Non rinnovabili Rinnovabili rinnovabili o esauribili perché la loro disponibilità è limitata nel tempo. Il Sole, l’acqua, le biomasse, il vento, il calore della Terra sono, al contrario, Petrolio, Sole, acqua, vento, calore terrestre, carbone fossile, definiti fonti rinnovabili o alternative perché risultano sempre disponibibiomasse gas naturale, li e teoricamente non finiranno mai: il loro sfruttamento non ne fa dimiuranio nuire la quantità perché si rinnovano continuamente. Non è raro trovare le fonti energetiche suddivise in diverse categorie. • Le fonti primarie sono quelle esistenti in natura: petrolio, carbone, gas naturale, uranio, legna, Sole, vento, maree, energia geotermica. • Le fonti secondarie sono definite così in quanto ottenute dalla trasformazione delle fonti primarie: benzina, gasolio, elettricità, acqua calda. • Le fonti inquinanti sono il carbone fossile, il petrolio, il gas naturale, la termovalorizzazione da rifiuti. • Le fonti pulite sono il Sole, il vento, il calore terrestre, il moto ondoso, il movimento dell’acqua. Un’ulteriore classificazione distingue tra: • fonti rinnovabili, riproducibili dall’uomo come la legna e le biomasse; • fonti inesauribili, presenti in quantità illimitata (Sole, vento, acqua, calore della Terra).

I combustibili Le fonti esauribili sono costituite principalmente da combustibili e questi rappresentano una riserva di energia insostituibile, necessaria a soddisfare le richieste della produzione e del lavoro. Ma che cosa vuol dire combustibile? Il combustibile è tutto ciò che brucia: legna, carbone, gas, derivati del petrolio, carta. Il comburente è l’ossigeno necessario alla combustione. La combustione è una reazione chimica che si innesca tra un combustibile e un comburente.

La combustione con l’uso continuo di combustibili fossili per generare energia termica, meccanica ed elettrica è responsabile delle più alte percentuali di emissione nell’ambiente di gas serra.

242

Da questa reazione si sviluppa sempre energia termica, che può essere usata nel modo più conveniente, ad esempio per riscaldare l’acqua o cuocere gli alimenti, oppure il calore può essere trasformato in altre forme di energia per far funzionare le macchine delle industrie e per produrre elettricità. A seconda dello stato in cui si presentano in COMBUSTIBILI natura, i combustibili si distinguono in solidi, liquidi e gassosi. Solidi Liquidi Gassosi Legna da ardere, carboni fossili

Petrolio, oli combustibili

Metano, gas di città

Manifestazioni dell’energia

UNITÀ 1

Tutto comincia dal Sole

L’energia solare rappresenta la fonte primaria di energia sulla Terra, rende possibile la vita e da questa energia derivano più o meno direttamente quasi tutte le altre fonti energetiche disponibili, come i combustibili fossili, l’energia eolica, quella idroelettrica, da moto ondoso, da biomasse; fanno eccezione l’energia nucleare e quella geotermica.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si classificano le fonti di energia? 2. C he cosa sono i combustibili? 3. Q uale ruolo svolge il Sole nella formazione delle altre fonti energetiche? 4. Q ual è la differenza tra riserve e risorse?

Si è soliti suddividere le energie rinnovabili in energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica, da biomasse, energia marina… ma, se si riflette un momento, è dal Sole che deriva il 99% dell’energia presente sulla Terra. I raggi solari rivestono un ruolo fondamentale perché influenzano le altre fonti energetiche. • I vegetali, attraverso la fotosintesi, accumulano grandi quantità di energia radiante convertita poi in energia chimica. Nel corso dei secoli una parte di essa è rimasta immagazzinata negli organismi stessi, che si sono trasformati con il tempo in combustibili fossili. • I raggi solari consentono la formazione delle molecole organiche che vanno a costituire le biomasse. • Il calore del Sole determina i grossi movimenti d’aria e quindi genera energia cinetica trasformabile in energia eolica. • Il Sole aziona, inoltre, il ciclo dell’acqua e i suoi grandi movimenti, influenzando così indirettamente la produzione di energia idroelettrica.

Le riserve e le risorse Per comprendere al meglio le questioni energetiche è opportuno chiarire il significato di due termini: riserve e risorse. Le riserve sono tutti i giacimenti conosciuti dall’uomo che vengono regolarmente sfruttati, con le tecnologie di cui si dispone, per incentivare la produttività. Così, ad esempio, sono considerate riserve i pozzi petroliferi, i minerali metalliferi, le miniere di carbone, le cave per l’estrazione del granito, del marmo e della sabbia. Le risorse sono le materie prime non utilizzate e che potrebbero diventare estraibili in futuro per i bisogni commerciali dell’uomo. Ovvero sono beni che esistono in natura e che potranno diventare utilizzabili dall’uomo quando ne scoprirà la collocazione e le tecnologie di impiego idonee. Una risorsa diventa riserva se il suo sfruttamento è continuo e vantaggioso, cioè se i ricavi sono maggiori del costo di estrazione.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Il fabbisogno energetico Quasi il 90% del fabbisogno energetico del mondo attualmente è soddisfatto da fonti non rinnovabili: circa il 33% è coperto dal petrolio, il 27% dal carbone, il 21% dal gas naturale e il 6% dal nucleare. Queste fonti non rinnovabili prima o poi si esauriranno e sarà necessario ricorrere a nuove soluzioni. Attualmente, però, le fonti alternative sono poco sfruttate e solo il 13% circa del fabbisogno energetico è coperto da fonti rinnovabili. A livello mondiale questo tipo di fonti energetiche, grazie agli investimenPetrolio ti fatti nella ricerca e nell’innovazione tecnologica, sta vivendo un periodo 33% di grande sviluppo. Carbone L’Unione Europea svolge un ruolo importante in questo processo, con buo27% ni risultati soprattutto nei Paesi che hanno fortemente creduto e investito Energie nelle fonti energetiche «pulite». La Germania, ad esempio, si è impegnata rinnovabili Gas 13% in modo considerevole nella produzione di energia solare diventando il naturale Nucleare maggiore produttore europeo. Il 25% del suo fabbisogno energetico è co21% 6% perto dalle energie pulite; l’Italia, invece, si attesta su valori attorno al 10%. L’Unione Europea si è posta un importante obiettivo per il 2020: il valore dell’energia prodotta da fonti rinnovabili deve raggiungere il 20% del conIl fabbisogno energetico mondiale è sumo energetico totale. Nel settore dei trasporti, che dipende quasi esclusoddisfatto principalmente dalle fonti sivamente dal petrolio, l’obiettivo è che il consumo di biocarburanti arrivi esauribili. a rappresentare il 10%.

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IN BREVE Forme di energia

LEZIONE 74

Si definisce energia la capacità di un corpo di compiere un lavoro. È utilizzata negli uffici, nei mezzi di trasporto, nelle industrie, per il funzionamento degli elettrodomestici e per l’illuminazione pubblica e privata. Storia Il combustibile più conosciuto e antico utilizzato dall’uomo è il cibo. Infatti, l’energia chimica liberata nel nostro organismo dalla sua trasformazione viene utilizzata come energia meccanica dai muscoli. L’uomo ben presto imparò a usare altre fonti energetiche, come il fuoco per ottenere calore e luce, il vento per spingere le vele delle imbarcazioni e la forza dell’acqua per far muovere la ruota dei mulini. Associando fuoco e acqua l’uomo fu in grado di creare il vapore, la prima grande fonte di energia che ha innescato un’importante rivoluzione tecnologica. Forme di energia L’energia che viene sfruttata dall’uomo si trova in natura sotto varie forme. Secondo un principio fisico l’energia non si crea e non si distrugge ma si trasforma da una forma all’altra. Le forme con le quali si manifesta l’energia sono diverse: energia meccanica, energia termica, energia chimica, energia elettrica, energia nucleare, energia radiante, energia di legame ed energia elastica.

Classificazione delle fonti

LEZIONE 75 Petrolio 33%

Energie rinnovabili 13% Nucleare 6%

Carbone 27% Gas naturale 21%

Le fonti di energia presenti sulla Terra sono utilizzate per eseguire lavori utili all’uomo. In funzione della loro disponibilità futura sono classificate in fonti non rinnovabili (petrolio, carbone, gas naturale, uranio) e fonti rinnovabili (Sole, acqua, vento, calore terrestre e biomasse). Un’ulteriore suddivisione le distingue in fonti primarie, cioè esistenti in natura, fonti secondarie, ottenute dalla trasformazione delle fonti primarie in altre fonti di energia, ad esempio la benzina e l’acqua calda, fonti inquinanti come carbone e petrolio, e fonti pulite, cioè le energie rinnovabili. Combustibili La combustione è una reazione chimica che si innesca tra un combustibile e un comburente. Il combustibile è tutto ciò che brucia: legna, carbone, gas, derivati del petrolio, carta; il comburente, invece, è la sostanza che fornisce l’ossigeno necessario alla combustione. Inoltre, è necessaria un’alta temperatura (scintilla d’avvio) che inneschi la reazione. Durante questo processo si sviluppa sempre energia termica e luminosa, oltre a una serie di gas tipici della combustione. Il Sole e la sua energia L’energia del Sole è la più importante perché grazie a questa forma di energia si sono formate sulla Terra tutte le altre. Infatti, per mezzo dell’energia legata alla luce che consente il processo di fotosintesi le piante possono trasformare le sostanze nutritive del terreno in sostanze utilizzabili; all’energia del Sole è legata anche una serie di energie come quella derivata dai combustibili fossili, dalle biomasse e l’energia eolica. Riserve e risorse Per comprendere al meglio le fonti energetiche è bene fare una distinzione tra riserve e risorse. Le riserve sono i giacimenti conosciuti che vengono sfruttati, in modo conveniente dal punto di vista economico, con le tecnologie disponibili. Le risorse sono depositi conosciuti ma attualmente non sfruttabili, per mancanza di una tecnologia appropriata o perché i costi risultano non competitivi, e che potranno essere sfruttabili in un prossimo futuro.

FONTI ENERGETICHE

Non rinnovabili Petrolio, carbone fossile, gas naturale, uranio

244

Rinnovabili Sole, acqua, vento, calore terrestre, biomasse

ESERCIZI Conoscenze

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Individua l’intruso. 1. Quale non fu una delle prime fonti energetiche sfruttate dall’uomo? a  vento b  acqua c  sottosuolo 2. Quale forma di energia non è prodotta dal corpo umano? a  muscolare b  radiante c  termica 2. Completa la tabella inserendo i sistemi di conversione che permettono di trasformare l’energia. Energia in entrata Energia chimica degli alimenti Energia chimica della legna Energia radiante Energia cinetica del fiume

Sistema di conversione

Energia in uscita Energia meccanica

Energia elettrica

2. Il gas naturale viene utilizzato come combustibile in appositi reattori.

3. I combustibili possono essere distinti in solidi, liquidi e gassosi.

4. Il carbone è una fonte rinnovabile.

6. Abbina ciascun termine alla sua definizione. 1. combustibile 2. comburente 3. combustione 4. energia termica

............................

7. Inserisci i termini mancanti. 1. I giacimenti conosciuti e sfruttati sono detti dono il nome di b

elastica

..............................................

3. La fonte primaria di energia sulla Terra è quella ............................ . 8. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. comburente – combustibile – combustione – termica – ossigeno

4. Inserisci i termini mancanti. 1. Dalla scissione del nucleo di uranio si ricava energia

.................

2. Un corpo che viene deformato da una forza esterna imma..............................................

......................................

2. Le materie prime che potrebbero diventare utilizzabili pren-

3. Secondo un principio fisico l’energia a  si trasforma b  si distrugge

gazzina energia

Energia elettrica

1. Il motore delle automobili sfrutta l’energia a  termica b  di legame 2. La molla possiede energia a  chimica

1. La combustione dei combustibili fossili immette nell’ambiente gas serra.

a. quantità di calore sprigionato dalla combustione b. ossigeno necessario per la combustione c. tutto ciò che può essere bruciato d. reazione chimica che fa bruciare il combustibile

Energia termica

3. Scegli l’alternativa corretta.

.............................

UNITÀ 1

Manifestazioni dell’energia

3. Un corpo in movimento possiede energia

I combustibili sono quei materiali che attraverso la

................................

producono energia termica e meccanica. La combustione è una reazione chimica che si innesca tra un

..............................................,

cioè

tutto ciò che brucia, e un .............................................., cioè la sostanza che fornisce l’.............................................. necessario alla combustione. Duran-

.........................................

te questo processo si sviluppa sempre energia ........................................ .

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Illustrate, con immagini tratte dai giornali, le varie forme di energia che usate quotidianamente e realizzate un cartellone da esporre in classe. 2. Prova a spiegare perché tutta l’energia presente sulla Terra (eccetto quella nucleare e quella geotermica) proviene dal Sole.

3. Perché nel corso della propria giornata l’uomo necessita di diverse forme di energia? 4. In che modo i combustili fossili condizionano l’ambiente e che cosa bisognerebbe fare per tutelarlo? 5. Perché le fonti alternative sono considerate le fonti energetiche del futuro?

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Risorse energetiche Risorse energetiche

UNITÀ

AREA 6

2 Energie

non rinnovabili LEZIONE

76. Carbone Torba

Partendo dal più giovane ricordiamo torba, lignite, litantrace e antracite. • Torba: di recente formazione, rappresenta il prodotto della decomposizione di alghe, muLignite schi e graminacee che si trovavano nelle paludi o nelle brughiere. I giacimenti di torba, chiamati torbiere, prendono il nome dalla loro origine: vi sono quindi torba di brughiera, palustre e di foresta. Ha un contenuto di carbonio inferiore al 60% e un potere calorifico compreso fra 3 000 e 4 000 kcal/kg. La torba è impiegata nel settore florovivaistico; in passato era utiLitantrace lizzata per ricavare gas e carbone coke, mentre è scarsamente usata come combustibile. • Lignite: ha subìto un processo di decomposizione più lungo della torba. Il contenuto Antracite di carbonio è del 70% circa e il potere calorifico varia tra 4 000 e 6 000 kcal/kg. Oltre a essere usata come combustibile, è un’ottima materia prima per ottenere carbone coke, gas, paraffina, catrame. • Litantrace: si estrae da giacimenti situati tra 400 e LINK ➜ STORIA 1 200 m di profondità. Di aspetto nero e legnoso, con la combustione produce molto fumo. Per il suo alto potere Il carbone coke calorifico, tra 7 000 e 8 000 kcal/kg, è il combustibile La fusione industriale dei minerali del ferro inizialmente più importante e il più usato nell’industria. Dal litantraavveniva con il semplice carbone fossile che, però, a causa di molte sue impurità, rendeva il ferro poco affidabile a ce si ottiene anche il coke metallurgico impiegato negli sopportare sforzi meccanici. A risolvere il problema riuscì altiforni. nel 1709 l’ingegner Coke attraverso un processo di distil• Antracite: la formazione geologica più antica fa dell’anlazione del carbone. Oggi si utilizza una tecnologia più tracite il carbone più pregiato ma meno diffuso. Ha un avanzata ma il principio è simile: il carbone naturale viene aspetto metallico, brucia lentamente, con scarsissime portato ad altissime temperature, liquefatto e, in assenza emissioni di fumo. Vista la scarsa reperibilità ha costi moldi aria, solidificato. Questo particolare carbone è la fonte to elevati. Ha un contenuto di carbonio pari al 90% circa di carbonio per le acciaierie e gli altiforni. e il potere calorifico è compreso fra 8 000 e 8 500 kcal/kg.

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Energie non rinnovabili PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si è formato il carbone? 2. Q uali sono i carboni fossili utilizzati dall’uomo? 3. C ome avviene l’estrazione del carbone?

UNITÀ 2

L’Italia attualmente importa il 90% del carbone utilizzato, perché il nostro Paese è geologicamente giovane e quindi non dispone di grossi giacimenti fossili. Tra tutti i combustibili fossili, il carbone è considerato il più inquinante, con 330 g circa di anidride carbonica emessa per ogni kW/h di energia elettrica prodotta. La sua combustione determina l’emissione di biossido di azoto, responsabile delle piogge acide, anidride carbonica, che concorre all’effetto serra, e monossido di carbonio, che si sviluppa nei processi di combustione incompleti ed è velenoso per l’uomo. Tuttavia nel mondo più del 20% dell’energia elettrica viene prodotta in centrali che utilizzano il carbone come combustibile.

L'estrazione del carbone Le miniere a cielo aperto Se il giacimento di carbone si trova a una profondità inferiore ai 30 metri, viene praticata un’estrazione «a cielo aperto». Dopo aver asportato il terreno di superficie, giganteschi escavatori asportano e frantumano gli strati di carbone e, a mano a mano che vengono estratti, la miniera si allarga finché la riserva non si esaurisce. Lo scavo produce quindi significative modifiche al territorio, dovute all’asportazione del terreno nella zona in cui si trova il giacimento.

In Europa le miniere a cielo aperto sono concentrate prevalentemente nei Paesi centro-settentrionali, come la regione tedesca della Ruhr.

› La miniera sotterranea  Pozzo di ventilazione Il pozzo serve per fornire l’aria fresca nelle cavità della miniera. 1

Nelle miniere a cielo aperto si ricorre a grandissimi escavatori, dotati di ruote a tazze. Per comprendere le misure basta confrontare la dimensione della ruota con quella dei due minatori.

6  L’aria esce da un pozzo di aspirazione.

5  Il carbone estratto viene portato in superficie da montacarichi attraverso il pozzo di aspirazione. 4  Nastro trasportatore Porta il carbone frantumato in grandi contenitori. 2  Il pozzo di ventilazione è anche usato dai minatori per raggiungere, tramite montacarichi, il giacimento sotterraneo.

3  Una macchina dotata di una grossa ruota dentata frantuma il carbone.

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AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

77. Petrolio Il petrolio si è formato nel corso di milioni di anni, durante i quali è avvenuta la decomposizione di organismi animali e vegetali che vivevano nel mare o nei laghi preistorici. Questi si sono depositati sul fondo e sono stati ricoperti da sedimenti che il tempo ha trasformato in roccia. Successivamente, a causa di eventi sismici esse sono sprofondate e, in presenza di microrganismi anaerobici, di alte temperature e forti pressioni, la materia organica si è trasformata in idrocarburi, cioè composti chimici costituiti da idrogeno e carbonio. Il liquido formatosi, di un colore variabile dal giallo al marrone scuro, ha iniziato a espandersi fra gli interstizi della roccia madre, così come può fare un liquido nella sabbia o in una spugna, fino a quando ha incontrato uno strato superiore impermeabile, detto roccia trappola, che ne ha impedito la risalita. Nella roccia serbatoio il giacimento, rispetto alla densità, risulta così stratificato: nella parte più bassa si trova l’acqua salmastra, poi il petrolio e, nello strato superiore, il gas.

L’industria petrolifera nacque il 27 agosto 1859 in Texas, negli Stati Uniti, a opera di Edwin L. Drake, che con una trivella fece sgorgare il petrolio da una profondità di 20 metri. L’invenzione del motore a scoppio determinò il successo del petrolio, che in seguito divenne una materia prima insostituibile per la produzione di energia e per l’industria chimica.

La ricerca petrolifera Per la ricerca del petrolio si compiono diversi studi, il primo dei quali si basa sull’analisi delle condizioni geologiche della regione, che influiscono sulla formazione del petrolio. Per approfondire questa indagine ci si avvale della fotografia aerea, che utilizza sofisticati strumenti collocati su aerei o satelliti artificiali in grado di monitorare il terreno. Si ottengono così mappe molto precise che evidenziano la densità delle rocce superficiali. Seguono studi con il metodo sismico a riflessione. Questo consiste nel far esplodere delle cariche poste a pochi metri di profondità. Si creano in questo modo onde sismiche che si propagano nel sottosuolo: a seconda del tipo di roccia incontrata, queste vengono riflesse verso la superficie con velocità differenti. Con particolari sensori chiamati geofoni si registrano i movimenti delle onde sismiche riflesse; i dati raccolti vengono utilizzati per tracciare mappe della struttura del sottosuolo e stabilire se esistono le condizioni per ospitare un giacimento petrolifero. Per confermare la presenza del petrolio in modo definitivo viene eseguito un prelievo della roccia con una particolare trivellazione, che prende il nome di carotaggio e che ha lo scopo di determinare con certezza se la trappola contiene idrocarburi.

› La ricerca del petrolio Derrick

Cariche esplosive o masse vibranti provocano onde sismiche.

Rocce permeabili Rocce impermeabili Gas naturale Petrolio

Acqua salmastra

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Le onde vengono riflesse e, tramite sensori, vengono registrate.

Energie non rinnovabili

Carrucola

Fango

La trivellazione La perforazione del terreno inizia dopo aver impiantato la torre a traliccio, chiamata derrick. Si tratta di una struttura alta circa 50 metri che regge il peso della colonna perforante. L’asta motrice, provvista di particolari scalpelli diamantati, penetra nel suolo sgretolando anche la roccia più dura. Durante la trivellazione si utilizzano fanghi bentonitici, misti ad acqua e additivi chimici. Il fango viene iniettato dalla cavità superiore delle aste e fatto uscire dall’estremità opposta. Il fango, risalendo poi lungo il condotto, oltre a portare in superficie i detriti della perforazione, evita smottamenti, il surriscaldamento dello scalpello ed eventuali esplosioni dovute alla presenza di gas naturale.

Lubrificante: fango bentonitico misto ad acqua

Colonna perforante

Asta di perforazione in cui scorre il fango Il fango risale nell’intercapedine, trasportando la roccia frantumata. Scalpelli diamantati che frantumano la roccia

UNITÀ 2

L'estrazione

Conclusa la fase di perforazione, nel condotto ottenuto vengono inseriti e cementati i tubi dentro cui passerà il petrolio appena estratto, chiamato greggio. La torre viene smontata per lasciare il posto all’impianto di produzione, su cui viene montata una serie di valvole, chiamata albero di Natale, che serve a interrompere il flusso in caso di pericolo. Inizialmente, a causa di una maggiore pressione interna, il petrolio sgorga spontaneamente. Quando la pressione naturale diminuisce entrano in funzione delle pompe aspiranti; quando anche le pompe non aspirano più viene iniettata nel giacimento, attraverso una perforazione laterale, dell’acqua che spinge verso l’alto il petrolio rimasto. Il petrolio estratto dai pozzi petroliferi, prima di essere inviato alla raffineria, subisce una serie di trattamenti che mirano a eliminare tutte le impurità e separano il greggio dall’acqua salata e dal gas. Segue la dissalazione per eliminare i sali, come il Albero di Natale cloruro di sodio, e la desolforazione per eliminare lo zolfo e l’anidride carbonica.

Agli inizi dell’era petrolifera i liquidi estratti dai pozzi venivano raccolti in barili di legno. L’unità di misura è rimasta in vigore e ancora oggi il petrolio viene indicato in dollari per barile e non per metri cubi o litri. Il barile usato per gli idrocarburi corrisponde a circa 159 litri.

Pompa aspirante

La perforazione può avvenire anche su piattaforme in mare, dette offshore. Queste sono giganteschi impianti ancorati ai fondali marini che permettono la creazione di pozzi petroliferi anche a notevole profondità. Per ottenere una maggiore produzione con una sola piattaforma, si praticano delle perforazioni con inclinazioni diverse.

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AREA 6

Risorse energetiche

Il trasporto

Il trasporto con le petroliere rappresenta un grosso rischio per l’ecosistema marino: spesso, infatti, si sono verificati incidenti con conseguente perdita del carico in mare. Per evitare il ripetersi di disastri ambientali, una normativa internazionale stabilisce che le petroliere costruite dal 1996 debbano avere un doppio scafo in grado di mantenere il petrolio chiuso all’interno della nave anche in presenza di una falla esterna.

A seconda della distanza rispetto alla raffineria, il trasporto del greggio può avvenire mediante oleodotti o navi cisterna. L’oleodotto è formato da una serie di tubi in acciaio che attraversano, per centinaia o migliaia di chilometri, territori e fondali marini. Per vincere i dislivelli presenti lungo il percorso, il petrolio viene sottoposto, tramite stazioni di pompaggio, a pressione costante fino all’arrivo al porto o alla raffineria. La sicurezza dell’oleodotto viene garantita da una serie di sistemi elettronici che, al variare della pressione, possono interrompere il flusso. Quando le distanze sono notevoli, per il trasporto del petrolio si utilizzano navi cisterna, dette petroliere, con capacità di migliaia di megagrammi. Una volta giunte nel porto di destinazione, le petroliere attraccano a una boa al largo della costa, collegata con dei tubi alla terraferma per permettere le operazioni di carico o scarico del petrolio.

La raffinazione Il greggio, cioè il petrolio appena estratto, è formato dall’unione di molti idrocarburi. Per poterlo utilizzare è necessario procedere alla ripartizione dei vari elementi che lo costituiscono. Il processo di raffinazione, o topping, inizia facendo passare il greggio, contenuto inizialmente in appositi serbatoi della raffineria, in ambienti riscaldati

› La raffinazione del petrolio greggio

9  A diverse altezze, nella torre si trovano dei piatti, sui quali i vapori condensano e si depositano, e possono quindi essere raccolti con delle tubazioni.

Scambiatore di calore Il petrolio viene riscaldato a 400 °C trasformandosi in vapore. 5

1  Pozzo di trivellazione

Alla base la temperatura è più alta; a mano a mano che si sale diminuisce. 8

7  Torre di frazionamento, in acciaio, alta circa 30 metri e con diametro di circa 3 metri. Al suo interno avviene la distillazione frazionata.

Oleodotto o impianto per il trasporto del petrolio fino alla raffineria

Gas: etano, butano e propano

20-70 °C

Carburante per motori a benzina

70-150 °C

Virgin naphta

Carburanti: 150-250 °C kerosene

250-350 °C Gasolio

Petrolio greggio vaporizzato

Oli combustibili lubrificanti, 350-400 °C paraffina, bitume

250

20 °C

3  Serbatoio per il petrolio greggio 4

Bruciatore

Energie non rinnovabili

UNITÀ 2

a 80 °C per far evaporare l’acqua ancora presente nella sua composizione chimica. Successivamente viene immesso in uno speciale forno a una temperatura di 400 °C, per trasformare il suo stato fisico da liquido a gassoso.

Il greggio estratto dai pozzi che non viene trasportato con oleodotti viene messo in serbatoi di stoccaggio, prima di poter essere caricato sulle petroliere.

IMMAGINA E PROGETTA 1. P erché l’uso del petrolio e dei suoi derivati è così diffuso? 2. C ome possiamo proteggere l’ambiente naturale dagli effetti negativi prodotti dallo sfruttamento del petrolio? Elenca i tuoi suggerimenti.

A questo punto viene introdotto in una torre di frazionamento, nella quale sale dal basso verso l’alto. Lungo il percorso una serie di ostacoli, a forma di piatti, rallenta il passaggio del vapore. A mano a mano che questo sale, all’interno della torre di frazionamento incontra zone a temperature sempre più basse, che lo fanno ricondensare nelle diverse frazioni liquide, secondo il rispettivo punto di ebollizione. Si avranno, quindi, tra 350 e 400 °C la formazione di oli combustibili, lubrificanti, paraffina e bitume; tra 250 e 350 °C il gasolio, usato come combustibile per motori Diesel e per il riscaldamento; segue, tra 150 e 250 °C, il kerosene, un combustibile usato per alimentare gli impianti di riscaldamento e come propellente per gli aerei. Procedendo sempre verso l’alto si raggiungono i 70-150 °C e si ottiene la nafta (o Virgin naphta), impiegata come combustibile per trazione e come materia prima per le industrie plastiche. Infine, tra 20 e 70 °C, si ottengono i carburanti per i motori. Al di sotto dei 20 °C rimane una frazione gassosa, che contiene anche l’etano e una miscela di butano e propano, compressa a forte pressione e conosciuta con il nome di GPL (gas propano liquido). Oltre alla distillazione frazionata, negli impianti di raffinazione avvengono altri processi di lavorazione. • Cracking: è un trattamento con cui i prodotti meno pregiati, formati da catene molecolari molto lunghe, vengono spezzati a una forte pressione e un’alta temperatura per ottenere benzina e gasolio. • Reforming catalitico: è un processo secondario di raffineria che si effettua per aumentare il numero di ottani delle benzine, in modo da migliorarne le caratteristiche antidetonanti e per eliminare lo zolfo.

CITTADINANZA ATTIVA

NUOVE TECNOLOGIE

Il petrolio e il suo impatto ambientale

Diminuire le emissioni di gas serra

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AREA 6

Val Fo (Impor NO e OL

Risorse energetiche LEZIONE

78. Gas naturale

Dai luoghi di produzione il metano viene trasportato allo stato gassoso per mezzo di gasdotti o metanodotti. Individuato il tracciato, si scava una trincea e vengono posati i tubi d’acciaio precedentemente saldati. Per prevenire eventuali perdite, ogni saldatura viene controllata accuratamente. Il metanodotto viene interrato e il terreno viene riportato alle condizioni originarie. Tutta l’Europa è attraversata da lunghi gasdotti di cui non si nota la presenza: il loro tragitto è infatti sotterraneo, per non deturpare il paesaggio. La presenza del condotto è resa evidente da una speciale segnaletica.

Il gas naturale è un combustibile fossile che non possiede né odore né colore. È costituito da una miscela di idrocarburi, principalmente metano e in misura minore propano, butano ed etano, e da sostanze gassose come anidride carbonica, azoto, idrogeno solforato. Il gas naturale si trova quasi sempre insieme al petrolio. Estrarlo dal sottosuolo è abbastanza facile: a causa della pressione, infatti, non appena si finisce di trivellare, il gas schizza fuori. Prima dell’utilizzo, il gas naturale viene trattato per eliminare l’anidride carbonica, l’azoto e l’idrogeno solforato, un gas tossico e corrosivo. Ciò che resta è prevalentemente metano, un gas più leggero dell’aria, che non ha colore né odore e non è tossico. Per il suo trasporto si utilizzano i metanodotti. Lungo il tragitto, ogni 100200 chilometri vengono installate stazioni di compressione che ristabiliscono la pressione sufficiente a far muovere il metano a una velocità di 20 chilometri all’ora. La rete di metanodotti comprende anche stazioni di stoccaggio, costituite da giacimenti esauriti di gas naturale riutilizzati oggi come veri e propri magazzini per il gas: per le loro caratteristiche geologiche garantiscono, infatti, la massima sicurezza contro eventuali perdite. Quando non è possibile effettuare il trasporto tramite un metanodotto, perché le distanze da superare sono eccessive o bisogna attraversare oceani, il metano viene liquefatto e trasportato con speciali navi, dette metaniere. Attualmente il 25% del metano viene trasportato con questo mezzo.

La costruzione di impianti di rigassificazione è oggetto di controversie. Se da un lato vi sono timori sulla sicurezza di tali impianti a causa dell’elevata infiammabilità del metano allo stato gassoso, dall’altro si pone la necessità di raggiungere l’indipendenza energetica evitando quindi l’approvvigionamento da Paesi politicamente poco stabili, che possono imporre prezzi molto alti. PAROLE DELLA TECNOLOGIA Liquefazione: è il passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido.

› Il trasporto con metaniere 2  Il metano viene raffreddato in appositi impianti e portato alla temperatura di –161 ºC. A questa temperatura il metano diventa liquido e il suo volume si riduce di circa 600 volte.

1  Dal giacimento il metano allo stato gassoso viene portato fino alla costa. 4  Il trasporto avviene tramite speciali navi, dette metaniere. Il metano viene immagazzinato in cisterne isolate, all’interno delle quali la temperatura è tale da mantenere il metano liquefatto.

252

3  Il metano liquefatto viene portato, con tubazioni, in speciali banchine dove attraccano le navi metaniere.

Val Formazza (Importazione NORVEGIA e OLANDA)

Energie non rinnovabili

Tarvisio (Importazione RUSSIA)

UNITÀ 2

L'utilizzo del metano L’uso più comune del metano è quello residenziale (riscaldamento, cucine a gas, produzione di acqua calda), perché rispetto agli altri combustibili fossili il metano è il più pulito e il più conveniente. Le industrie fanno ricorso al metano non solo per scaldare o rinfrescare gli ambienti, ma anche per rendere più efficienti i processi di produzione. Mazara del Vallo L’industria metallurgica lo utilizza come combustibile nei forni per trat(Importazione ALGERIA) tamenti termici. L’industria dei laterizi e della ceramica impiega il metano per alimentare i forni di essiccazione e di cottura usati nella produAttualmente il metano arriva in Italia dalla zione di piastrelle e vasellame e per produrre i laterizi, ad esempio Norvegia e dall’Olanda attraverso il gasdotto mattoni e tegole. Il metano alimenta anche i forni a ciclo continuo per la del passo Gries in Val Formazza; dalla Russia fusione e la produzione del vetro. passando da Tarvisio; dall’Algeria attraverso il Inoltre, negli ultimi anni il metano si è trasformato nel combustibile fosgasdotto di Mazara del Vallo. sile più usato per alimentare le centrali turbogas, a ciclo combinato e di cogenerazione per la produzione dell’energia elettrica. Il metano è poi un combustibile più ecologico rispetto agli altri: le vetture alimentate a metano, rispetto alle auto a benzina, emettono circa il 25% in meno di anidride carbonica. Il metano ha un basso contenuto di carbonio, non contiene zolfo, piombo, benzene né altri composti aromatici e non produce particolato, cioè fumo e fuliggine.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è il gas naturale? 2. I n quanti modi si può trasportare il metano? 3. Q ual è il principale utilizzo del metano? 4. C he differenza c’è tra metano e GPL?

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Anche il metano inquina La combustione del metano immette nell’atmosfera meno anidride carbonica rispetto agli altri combustibili fossili, ma non va dimenticato che il metano è considerato la seconda causa dell’aumento dei gas serra. Il metano è rilasciato nell’atmosfera da fenomeni naturali (come le eruzioni vulcaniche, il riscaldamento di zone paludose e la decomposizione delle sostanze organiche) e dalle attività umane, in particolar modo gli allevamenti di bovini, le discariche di rifiuti, le fasi di estrazione e trasporto del gas e la decomposizione incontrollata di sostanze vegetali.

› La rigassificazione  Utilizzando l’acqua del mare, il metano viene riportato a temperatura ambiente: il metano allo stato liquido si espande di 600 volte diventando nuovamente gas. 3

A seconda delle richieste del mercato, dettate anche dalle condizioni climatiche del periodo, il gas viene inviato a uno scambiatore di calore. 2

Una volta che la nave metaniera è giunta in porto, il gas arriva, con speciali tubazioni, all’impianto di rigassificazione, dove viene immagazzinato in serbatoi e mantenuto alla temperatura di –161 ºC. 1

Il GPL (gas di petrolio liquefatto) è una miscela di propano e butano, derivati dalla distillazione del petrolio. Questi due gas, se sottoposti a lievi pressioni e a basse temperature, passano facilmente dallo stato gassoso a quello liquido, per cui è possibile lo stoccaggio in bombole. Il GPL è usato come combustibile domestico e carburante. Come il metano, è considerato più ecologico rispetto alla benzina.

4  Il gas viene quindi immesso nella rete di distribuzione nazionale. Poiché è incolore e inodore, il metano viene miscelato con una sostanza odorizzante, così da percepirlo in caso di perdite nell’impianto o nell’abitazione.

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AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

79. Energia nucleare L'uranio

Una centrale termica di medie dimensioni produce 50-100 Mw di energia bruciando migliaia di tonnellate di combustibile (carbone, petrolio, gas), mentre una centrale nucleare delle stesse dimensioni ne produce circa 1 000 Mw impiegando poche tonnellate di uranio.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome si ottiene l’uranio combustibile? 2. C ome avviene il funzionamento di una centrale nucleare? 3. C he cos’è una fissione nucleare? 4. Q uali sono i vantaggi e gli svantaggi dell’uso del nucleare?

Neutrone

Nucleo di uranio 235 Scissione del nucleo e rilascio di energia

Emissione di neutroni

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L’uranio è un metallo che si estrae da minerali come la pechblenda ed è costituito per il 99,3% da uranio 238 e solo per lo 0,7% da uranio 235, quello che può essere usato nei reattori nucleari. L’estrazione dell’uranio dal suo minerale prevede la triturazione del materiale, seguita da diversi trattamenti con acidi per sciogliere i composti uranici. Si ottiene così un concentrato uranifero, che viene poi sottoposto a un ulteriore processo di arricchimento, che consiste nel far aumentare la percentuale di uranio 235 nella miscela di isotopi che compongono l’uranio naturale. Questa operazione può essere realizzata con una centrifuga. Dopo vari processi si ottiene, quindi, una polvere di uranio che viene compressa in pastiglie, le quali vengono inserite in tubi metallici lunghi circa 4 metri. I tubi, assemblati in gruppi, costituiranno il combustibile della centrale nucleare.

La centrale nucleare a fissione

Energie non rinnovabili

UNITÀ 2

› La centrale nucleare Il funzionamento di una centrale nucleare di nuova generazione si basa su tre circuiti indipendenti che effettuano gli scambi termici. 4

Uno scambiatore di calore cede il calore a un secondo circuito in cui scorre dell’acqua che, riscaldata, si trasforma in vapore.

Il liquido che circola nel circuito primario si riscalda a centinaia di gradi, ma rimane allo stato liquido perché si trova a forte pressione. 3

11  Dalle torri di raffreddamento esce vapore acqueo, lo stesso che è presente nelle nuvole.

La rotazione viene trasmessa all’alternatore con la conseguente produzione di energia elettrica. 6

10  Flussi ascensionali d’aria fanno condensare l’acqua calda che circola nel terzo circuito, raffreddandola.

5  Il vapore viene inviato sulle pale di una turbina, mettendola in rotazione.

9  In un terzo circuito scorre l’acqua prelevata da un fiume o dal mare per raffreddare il condensatore.

1  Nel nocciolo del reattore sono presenti le barre del combustibile e l’acqua del circuito primario.

Barre di controllo

8  Il vapore in uscita dalle turbine viene inviato a un condensatore per raffreddarsi. L’acqua viene reimmessa in circolo.

7  La tensione in uscita dagli alternatori viene innalzata con trasformatori a migliaia di volt e viene immessa in linee ad alta tensione.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI

Le scorie nucleari, sia quelle prodotte nelle centrali sia quelle industriali, sono suddivise in tre categorie a seconda del tempo necessario perché la loro radioattività diminuisca fino a non essere più pericolosa. Per i rifiuti di I e II categoria (vestiti, guanti, rifiuti ospedalieri) i tempi vanno da 30 a 300 anni, mentre per la III categoria servono non meno di 250 mila anni.

I vantaggi

Le problematiche

• La centrale nucleare non immette nell’atmosfera anidride carbonica, responsabile dei gas serra. • Una singola centrale produce continuamente grandi quantità di energia elettrica, al contrario delle fonti rinnovabili. • L’uranio, usato per produrre l’energia nucleare, si trova in Paesi politicamente stabili. • La produzione dell’energia nucleare ha costi minori rispetto a quella prodotta con fonti rinnovabili. • Sono allo studio centrali nucleari alimentate con altri combustibili, come il torio, e nuove tecnologie per realizzare la fusione nucleare in modo vantaggioso dal punto di vista energetico.

• In caso di incidente la fuoriuscita di radiazioni può avere effetti letali sulla popolazione e sull’ambiente. • Le scorie sono un serio problema: non vengono smaltite, ma semplicemente depositate nel sottosuolo per centinaia di migliaia di anni. • La centrale nucleare necessita di un impianto di raffreddamento come le altre centrali termiche. • L’uranio non è una fonte rinnovabile, pertanto i minerali si esauriranno. • Costruire un impianto nucleare è inizialmente costoso e richiede diversi anni. • Lo smantellamento di un impianto al termine del ciclo di vita è costosissimo.

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AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

Eolico 3% Fotovoltaico 4% Biomasse 4%

80. Centrale termoelettrica

Idrico 16%

Termoelettrico 73%

In Italia l’80% dell’energia elettrica necessaria viene prodotta nelle centrali termoelettriche, bruciando combustibili fossili.

La centrale termoelettrica è una centrale che produce energia elettrica grazie al calore ottenuto bruciando un combustibile. Come si può vedere dallo schema a fianco, la maggior parte dell’energia elettrica prodotta nel mondo proviene dalle centrali termoelettriche, che funzionano mediante lo sfruttamento dei combustibili fossili: carbone, petrolio e gas naturale. Per poter impiegare al meglio ciascuna di queste fonti si costruiscono apposite centrali che permettono di trasformare la materia prima in energia elettrica. Queste centrali differiscono a livello costruttivo a seconda del combustibile utilizzato, che può essere carbone, olio combustibile o gas.

Una centrale generica Il funzionamento dei diversi tipi di centrale è accomunato dalla presenza di tre elementi fondamentali: la turbina, l’alternatore e il trasformatore.

La turbina a vapore La turbina a vapore è una particolare macchina rotante che funziona grazie alla forza di espansione generata dal vapore. È formata da un asse, detto albero, sul quale si alternano ruote fisse e ruote mobili dotate di palette. Il vapore ad altissima temperatura e a forte pressione generato dalla caldaia entra nella turbina; attraversando le varie sezioni, perde una

› La centrale a olio combustibile 11  I fumi prodotti nella camera di combustione (che variano a seconda del combustibile usato), vengono inviati a speciali filtri per abbattere polveri e particolato prima di essere immessi in ciminiere, alte anche 200 metri, e rilasciati nell’atmosfera.

Caldaia Bruciando i combustibili si ottiene l’energia termica necessaria per trasformare l’acqua contenuta nella caldaia in vapore. 3

La rotazione delle turbine viene trasmessa all’alternatore. 5

4  Turbina Il vapore viene inviato sulle pale delle turbine.

10  Torre di raffreddamento Quello che esce da queste torri è vapore acqueo, simile a quello presente nelle nuvole. Le sostanze inquinanti escono dal camino e non sempre sono visibili.

6  L’alternatore produce energia elettrica.

1  Deposito combustibile

Bruciatore. 9  L’acqua ritorna alla caldaia per iniziare un nuovo ciclo.

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7  Il vapore in uscita dalle turbine non può essere riscaldato. Viene quindi inviato a un condensatore costituito da una serpentina immersa in un bacino d’acqua che lo condensa.

8  Usando acqua fredda proveniente da un fiume, da un lago o dal mare, oppure utilizzando torri di raffreddamento (come in questo caso) il vapore viene raffreddato e trasformato in acqua.

Energie non rinnovabili

UNITÀ 2

parte della sua pressione ma aumenta di volume per cui, agendo sulle palette, mette in movimento l’albero. Questo tipo di macchina motrice permette di trasformare l’energia termica in energia meccanica, imprimendo alla turbina una velocità dell’ordine di 20 000 giri al minuto.

L'alternatore L’alternatore è la parte principale della centrale perché trasforma l’energia meccanica prodotta dalla turbina in energia elettrica. La sua struttura è costituita da uno statore, la parte fissa, e da un rotore che gira al suo interno. Entrambi sono provvisti di avvolgimenti, costituiti da fili di rame isolati, che formano due circuiti distinti. Questi hanno la funzione di creare rispettivamente il campo magnetico e la forza elettromotrice, fattori indispensabili per generare energia elettrica. Il trasformatore La tensione che esce dall’alternatore ha valori di circa 20 000 volt; se venisse trasportata con questi valori, si renderebbe necessario l’impiego di grossi cavi e, inoltre, buona parte dell’energia andrebbe dispersa per effetto Joule. Per questo motivo la tensione viene innalzata, mediante grandi trasformatori, fino a 380 000 volt prima di essere immessa sui tralicci dell’alta tensione e trasportata per lunghe distanze.

Oltre alle emissioni di anidride carbonica che contribuiscono ad aggravare l’effetto serra, la combustione del carbone produce molti inquinanti: biossido di zolfo, ossidi di carbonio, di zolfo e di azoto, idrocarburi aromatici e metalli pesanti, considerati i maggiori responsabili del fenomeno delle piogge acide.

I combustibili delle centrali termoelettriche In questi tipi di centrale le parti che differiscono tra di loro riguardano principalmente il tipo di combustibile impiegato. • Nelle centrali a olio combustibile o gasolio, il trasporto del combustibile avviene con oleodotti fino alla centrale, dove viene immagazzinato in cisterne; il combustibile viene poi utilizzato per alimentare i bruciatori in prossimità della caldaia. • Le centrali alimentate a carbone vengono costruite vicino agli impianti di estrazione per facilitare il trasporto della materia prima. Altre volte vengono costruite vicino alle coste, così il carbone può essere trasportato tramite convogli ferroviari fino al porto più vicino, per poi essere caricato sulle navi; in prossimità della costa, con nastri trasportatori, viene trasportato sino ai forni di combustione della centrale termoelettrica.

L'inceneritore o termovalorizzatore

Pochi sono disposti ad accettare la costruzione di un inceneritore vicino casa (nella foto, il termovalorizzatore di Brescia). Bisogna però rendersi conto che è necessario migliorare la raccolta differenziata e generare meno rifiuti, preferendo prodotti con pochi imballaggi.

Si tratta di un particolare impianto che sfrutta la combustione dei rifiuti solidi urbani (RSU) per ottenere energia termica ed elettrica. Dopo la raccolta differenziata, i rifiuti della frazione secca che non è possibile riciclare vengono trasportati con grossi camion presso l’inceneritore, dove vengono immagazzinati in locali chiusi per evitare la dispersione di esalazioni nocive nell’ambiente. I rifiuti vengono poi bruciati per scaldare l’acqua di una caldaia e, tramite una turbina e un alternatore, producono energia elettrica. Capita spesso che l’opinione pubblica non sia favorevole a questo tipo di impianto, ma la termodistruzione dei rifiuti solidi urbani oggi è considerata una forma di recupero energetico sicura e vantaggiosa. L’attenzione, se mai, va rivolta a come la centrale viene costruita, valutando se sono state adottate tutte le misure necessarie per evitare l’inquinamento, specie da polveri sottili, dannose e difficilmente filtrabili perché molto piccole. I termovalorizzatori contribuiscono a ridurre del 90% la necessità di ricorrere a una discarica; inoltre, il calore residuo rilasciato dalla produzione di energia elettrica può essere impiegato in un impianto di teleriscaldamento.

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AREA 6

Risorse energetiche

› L’inceneritore

6  I gas di scarico vengono emessi da una ciminiera.

Il calore prodotto dalla combustione trasforma in vapore l’acqua contenuta in una caldaia. 3

2  Nel forno si verifica lo stesso procedimento che avviene nella centrale termoelettrica.

4  Il vapore è utilizzato per azionare una turbina, che trasforma l’energia termica in energia meccanica di rotazione.

I rifiuti combustibili vengono prelevati da una gru, che li deposita nel forno di combustione. 1

5  Tramite un alternatore, l’energia meccanica di rotazione viene convertita in energia elettrica.

La centrale a turbogas

Le centrali a turbogas, non avendo bisogno dell’acqua di raffreddamento, possono essere costruite in qualsiasi luogo.

› La centrale a turbogas  Compressore Ha lo scopo di prelevare l’aria dall’ambiente esterno e iniettarla ad alta pressione nella camera di combustione.

4  Camera di combustione Avviene la combustione vera e propria del gas, sprigionando una elevata quantità di calore.

1  Presa e filtro dell’aria.

La centrale a turbogas è simile a una centrale termoelettrica ma, invece della caldaia e del bruciatore, impiega una turbina a gas, cioè una macchina termica rotativa che converte il calore in lavoro. La centrale a turbogas è basata sullo stesso principio sfruttato dai propulsori negli aerei a reazione. L’aria aspirata dal compressore viene compressa e immessa nella camera di combustione in cui il combustibile, gasolio o metano, viene bruciato. La miscela di aria e gas ad alta temperatura viene inviata direttamente sulle pale di una turbina, dove avviene la conversione dell’energia termica in energia meccanica la quale, dopo essere stata trasmessa all’alternatore, permette di produrre energia elettrica. Questo tipo di impianto presenta diversi vantaggi, tra cui costi ridotti di costruzione e mantenimento, oltre a semplicità e rapidità di costruzione; inoltre, a differenza delle centrali termoelettriche non necessita dell’acqua di raffreddamento per trasformare il vapore in acqua. Infine, impiega il gas metano, che è il meno inquinante tra i combustibili fossili.

Entrata del gas.

8  I gas di scarico vengono emessi da una ciminiera. 6  Alternatore Trasforma l’energia meccanica di rotazione in energia elettrica.

Turbina a gas L’energia chimica della combustione viene immediatamente utilizzata dalla turbina a gas per generare energia meccanica di rotazione. 5

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7  Tramite trasformatori la tensione viene alzata a migliaia di volt prima di essere immessa sulle linee dell’alta tensione.

UNITÀ 2

Energie non rinnovabili INTERVIENI E PRODUCI

La centrale termoelettrica a ciclo combinato

1. R ealizza, usando materiale «povero», un modello di centrale termoelettrica. 2. V erifica, con l’aiuto degli adulti, se nella tua regione, oppure in quelle vicine, sono presenti centrali termoelettriche. Quale combustibile impiegano? Informati, disegna la cartina delle regioni, localizza gli impianti e riporta i dati sul tuo quaderno.

Una centrale termoelettrica a ciclo combinato si basa sull’accoppiamento di due impianti: nella centrale a turbogas i gas di scarico prodotti dalla combustione hanno temperature ancora molto elevate e vengono pertanto inviati in un impianto tradizionale in grado di recuperare il calore. Il vantaggio di questo tipo di tecnologia è il minore consumo di combustibile a parità di energia prodotta. Solamente la fase di riscaldamento nel ciclo a gas viene effettuata per mezzo di un combustibile, mentre la seconda avviene mediante il recupero del calore disponibile nei gas di scarico della centrale a gas. Impiegando una minore quantità di combustibile, aumenta quindi il rendimento dell’impianto. Il rendimento di una centrale termoelettrica tradizionale è di circa il 40%, mentre in una moderna centrale a ciclo combinato supera il 50%.

› La centrale termoelettrica a ciclo combinato 2  Il vapore viene indirizzato sulle pale di una turbina a vapore, mettendola in veloce rotazione.

1  I gas scaricati dalla turbina a gas hanno una temperatura di circa 500 °C: vengono quindi utilizzati per riscaldare l’acqua presente nella caldaia.

5 3

Alternatore

Trasformatore

Condensatore

TECNOLOGIE SOSTENIBILI L’impatto ambientale delle centrali Tutte le attività umane che utilizzano fonti di energia provocano danni all’ambiente, più o meno gravi; tuttavia, è all’utilizzo di fonti energetiche non rinnovabili, quali carbone e petrolio, che si imputano i danni principali. Il loro processo di combustione produce l’emissione nell’atmosfera di anidride carbonica, un gas naturale indispensabile per la vita del pianeta. Tuttavia, il gas che immettiamo oggi nell’atmosfera era stato assorbito milioni di anni fa dagli organismi viventi e la sua reintroduzione causa l’aumento dei gas serra. La combustione provoca quindi inquinamento e l’alterazione degli equilibri naturali, oltre alla continua riduzione delle risorse naturali. Va ricordato che circa un quarto dell’energia prodotta in tutto il mondo è fornita dal carbone. Recentemente sono stati progettati metodi di abbattimento delle polveri e delle componenti acide dai fumi emessi da queste tipologie di centrali, ma, vista la grande quantità di carbone del sottosuolo, occorrerebbe investire in tecnologie che rendano questo combustibile meno inquinante. Al degrado ambientale concorrono anche le fonti energetiche rinnovabili che, se non vengono utilizzate con opportune cautele e impiegando tecnologie adeguate, possono creare ripercussioni ambientali negative. È quindi auspicabile che, nella scelta del tipo di fonte energetica da sfruttare, venga sempre tenuto conto del rischio che l’ambiente corre in conseguenza del suo uso. L’UE ha aderito al Protocollo di Kyoto, un trattato internazionale che riguarda il problema del riscaldamento globale, impegnandosi a ridurre progressivamente le proprie emissioni di CO2 per limitare l’effetto serra.

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IN BREVE LEZIONE 76

Carbone Il carbone si è formato nel periodo carbonifero da organismi vegetali sepolti nel sottosuolo, in presenza di alti livelli di temperatura e pressione, grazie all’azione di microrganismi anaerobici. Il succedersi delle varie ere geologiche ha determinato la formazione di torba, lignite, litantrace e antracite. A seconda della profondità, il carbone viene estratto in miniere a cielo aperto o miniere sotterranee. Tra i combustibili fossili, il carbone è il più inquinante.

LEZIONE 77

Petrolio Il petrolio si è formato, nel corso di milioni di anni, dalla decomposizione di organismi animali e vegetali. Per individuare la presenza di petrolio nel sottosuolo si effettua una ricerca e si esegue la perforazione del terreno tramite una torre a traliccio. La perforazione può avvenire anche su piattaforme in mare, dette offshore, ancorate ai fondali marini. Conclusa la fase di perforazione, vengono sistemati i tubi di acciaio per favorire il passaggio del greggio, cioè il petrolio appena estratto. Il trasporto alle raffinerie avviene mediante oleodotti o, per lunghe distanze, mediante petroliere. Per poter essere utilizzato, il greggio deve essere suddiviso nei vari elementi che lo costituiscono. Il petrolio viene riscaldato trasformandosi in vapore e viene immesso nella torre di frazionamento. A mano a mano che sale si condensa e si ottengono oli combustibili, gasolio, kerosene, virgin naphta, benzina e gas.

LEZIONE 78

Gas naturale Il gas naturale è un combustibile fossile, costituito da una miscela di idrocarburi, principalmente metano. In natura si trova quasi sempre insieme al petrolio. Dopo la sua estrazione, che si esegue con le stesse tecniche per l’estrazione del petrolio, viene trasportato con metanodotti. Per il trasporto su lunghissime distanze, che avviene tramite navi metaniere, il gas viene portato allo stato liquido; prima di essere utilizzato, viene riportato allo stato gassoso in impianti chiamati rigassificatori.

LEZIONE 79

Energia nucleare Il funzionamento di una centrale nucleare si basa su barre di combustibile di uranio 235, poste all’interno di un reattore. Nel reattore avviene la fissione dell’uranio tramite una reazione a catena. Da questa reazione si origina una grande quantità di calore, utilizzata per riscaldare l’acqua di un apposito circuito trasformandola in vapore. Il vapore, inviato sulle pale di una turbina, la mette in moto. La rotazione viene trasmessa a un alternatore, con la conseguente produzione di energia elettrica. Le barre di combustibile in uscita dalla centrale nucleare, chiamate scorie nucleari, sono pericolose perché emettono radioattività per un periodo che va da 30 a migliaia di anni.

LEZIONE 80

Centrale termoelettrica Le centrali termoelettriche possono essere alimentate a carbone, gasolio o gas. Il funzionamento si basa sul riscaldamento dell’acqua contenuta in una caldaia che, grazie all’energia termica sviluppata dalla combustione del carburante, si trasforma in vapore. Il vapore viene inviato sulle pale delle turbine, mettendole in veloce rotazione. L’energia meccanica di rotazione delle turbine viene trasmessa all’alternatore, con conseguente produzione di energia elettrica. Centrale a turbogas È una centrale termoelettrica che, bruciando gas all’interno di una turbina a gas, converte direttamente l’energia termica in energia meccanica di rotazione. L’energia di rotazione trasmessa all’alternatore produce energia elettrica. Centrale termoelettrica a ciclo combinato Si basa sulla capacità di recuperare il calore dei gas di scarico prodotti nella centrale a gas. Il calore in uscita dalla turbina a gas viene utilizzato per riscaldare l’acqua di una caldaia e, tramite una nuova turbina e un alternatore, produce energia elettrica. Il rendimento di una centrale termoelettrica a ciclo combinato è più elevato rispetto ad altri tipi di centrale.

260

Energie non rinnovabili

ESERCIZI Conoscenze

6. Abbina gli elementi dei due gruppi.

1. Inserisci i termini mancanti. 1. Il carbone metallurgico è chiamato carbone 2. Il

..............................................

UNITÀ 2

.....................................

è il responsabile delle piogge acide.

1. durante la fissione nucleare 2. nel processo di fissione si utilizza 3. il processo di fissione produce 4. l’energia nucleare 5. lo smantellamento di una centrale nucleare a. uranio 235 b. non rilascia anidride carbonica nell’atmosfera c. scorie radioattive d. è costosissimo e. una parte della materia si trasforma in energia

2. Scegli l’alternativa corretta. 1. La combustione del carbone fossile produce a  monossido di carbonio b  perossido di idrogeno 2. Il carbone fossile si è formato dai resti di a  animali b  vegetali

3. Inserisci i termini mancanti.

....................

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Il petrolio è un ..............................................: è infatti costituito da idrogeno e carbonio.

1. Le scorie radioattive sono delle barre di combustibile esaurito.

2. Nel metodo sismico a riflessione, i sensori che registrano le

2. Il nocciolo è la parte esterna della centrale nucleare.

3. La fissione nucleare è una reazione a catena che avviene per l’urto dei neutroni.

onde sismiche sono detti

..............................................

3. Le valvole di sicurezza montate per l’estrazione del petrolio prendono il nome di

..............................................

. 8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il reforming catalitico è un processo secondario di raffineria.

2. Nello scambiatore di calore il petrolio viene trasformato in vapore.

3. Il fango che risale lungo l’asta di perforazione riscalda lo scalpello.

4. La torre derrick si trova nelle raffinerie.

5. Lo sfruttamento del petrolio causa inquinamento.

1. La turbina è presente in tutti i tipi di centrale termoelettrica.

2. Il trasformatore è costituito da un rotore e uno statore. V

3. Il termovalorizzatore usa il gasolio come combustibile. V

9. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. turbina – trasporto – termoelettrica – vapore – alternatore – trasformatore – energia meccanica La centrale

......................................................

5. Scegli l’alternativa corretta.

...............................................,

1. Per essere trasportato, il gas viene a  liquefatto b  solidificato

turbina è azionata dal

2. Generalmente i giacimenti di gas naturale si trovano insieme a  ai minerali b  al petrolio

è un impianto formato da una

un alternatore e un

..............................................

. La

. L’..............................................

sfrutta l’................................................... prodotta dalla turbina per generare elettricità. Il trasformatore, infine, innalza il valore della tensione permettendo il

..............................................

della corrente elettrica.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Utilizzando Internet svolgi un approfondimento sulla distribuzione dei giacimenti petroliferi nel mondo. Riporta i dati su un planisfero e fai le tue deduzioni. 2. Su un cartellone realizzate un planisfero e colorate gli Stati produttori di petrolio.

3. Per quale motivo, secondo te, il petrolio è il combustibile più utilizzato nel mondo? 4. In che modo l’estrazione dei combustibili fossili concorre a modificare la morfologia strutturale dell’ambiente? 5. L’energia nucleare è considerata da molti come un pericolo: qual è la tua opinione?

261

Risorse energetiche

UNITÀ

AREA 6

3 Energie

rinnovabili LEZIONE

81. Energia idroelettrica L'energia dall'acqua L’acqua, presente in abbondanza sul nostro Pianeta, è una delle più importanti risorse rinnovabili di energia. Il suo sfruttamento avviene grazie al ciclo idrologico che ne garantisce il continuo approvvigionamento con le piogge.

LINK ➜ STORIA La ruota ad acqua Tra i primi utilizzatori della forza dell’acqua vi furono nel 202 a.C. i Cinesi, seguiti dai Romani e dai Babilonesi, i quali trasformarono la classica ruota con asse orizzontale in una con asse verticale che, per mezzo di un semplice ingranaggio a ruota dentata, moltiplicava il numero dei giri aumentandone la velocità e di conseguenza il lavoro. Il lavoro eseguito con la ruota idraulica fu attivo fino alla scoperta del motore a vapore e successivamente del motore elettrico, che ne decreteranno il suo disuso. Solamente qualche artigiano ha continuato nel tempo a mantenere in funzione il vecchio mulino.

Il movimento dell’acqua, o meglio il suo scorrere, genera sempre un’energia, che prende il nome di energia cinetica o energia di movimento. È questa che l’uomo sfrutta per ottenere un lavoro, come far muovere una ruota oppure, attraverso una serie di trasformazioni, per produrre energia elettrica. Tale energia aumenta con la velocità di scorrimento o la caduta da una cascata. Se, invece, l’acqua è tenuta ferma in un bacino, possiede una forma di energia immagazzinata, detta energia potenziale, che verrà sfruttata, tramite lo scorrimento dell’acqua, per avere energia cinetica e quindi un lavoro.

La centrale idroelettrica La centrale idroelettrica è un impianto che sfrutta il movimento naturale dell’acqua al fine di produrre energia elettrica. Inizialmente queste centrali venivano costruite nelle zone di montagna, dove erano presenti un forte dislivello e una portata di acqua sufficientemente costante. Oggi la tecnologia ha messo a punto una serie di innovazioni che consentono di sfruttare anche le acque dei grandi fiumi, così come quelle dei corsi d’acqua con una portata limitata.

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Energie rinnovabili

UNITÀ 3

La centrale a bacino

› La centrale idroelettrica a bacino 3  La condotta forzata collega la diga con la sala macchine. Il dislivello tra il bacino e la sala macchine può arrivare a 1 000 metri.

Bacino

2  La diga artificiale crea un invaso dove l’acqua accumula l’energia potenziale.

4  Nella sala macchine, l’acqua che esce dalle condotte colpisce le pale di una turbina, mettendola in veloce rotazione.

Rete elettrica

Turbina Pelton 6

La rotazione viene trasmessa a un alternatore, che genera energia elettrica.

7  Per limitare le perdite di trasporto dell’energia, la tensione in uscita dall’alternatore viene inviata a un trasformatore, che la innalza a migliaia di volt prima di immetterla sui tralicci dell’alta tensione.

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AREA 6

Risorse energetiche L’acqua in uscita dalla turbina si ferma nel bacino inferiore. Durante le ore notturne, quando cioè la richiesta di energia è minore perché le industrie sono chiuse e di conseguenza anche il costo dell’energia è minore, parte dell’energia elettrica prodotta viene utilizzata per alimentare una serie di pompe che provvedono, tramite condotte, a portare l’acqua dal bacino inferiore a quello superiore. Di giorno l’acqua dal bacino superiore viene nuovamente fatta fluire a valle producendo energia elettrica.

La centrale idroelettrica fluviale La Diga delle Tre Gole, sul Fiume Azzurro in Cina, è il maggiore impianto per la produzione di energia idroelettrica. La diga, lunga 2,3 km e alta 185 metri, ha formato un bacino di 600 km. L’impianto ha 26 generatori che, a pieno regime, forniscono 84 miliardi di kW/h annui.

Dove sono disponibili notevoli masse d’acqua ma non si hanno alti dislivelli di caduta, come lungo i grandi fiumi, si realizzano centrali idroelettriche fluviali. Se la portata d’acqua è considerevole, questi impianti possono funzionare anche senza un bacino. Il principio di funzionamento è molto simile a quello delle centrali idroelettriche a serbatoio; tuttavia, poiché i dislivelli di caduta dell’acqua sono molto esigui, dell’ordine di decine di metri, si utilizzano turbine Francis e Kaplan.

› La centrale idroelettrica fluviale 1  Lo sbarramento ferma il corso d’acqua e permette il posizionamento delle turbine.

Il dislivello può variare da pochi metri a qualche decina di metri. 2

Grazie all’alternatore si produce energia elettrica.

3  L’acqua fluente mette in movimento rotatorio la turbina, che genera energia meccanica.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI Gli impianti per il micro e il mini idroelettrico Gli impianti per il micro e il mini idroelettrico sono di ridotte dimensioni e producono una quantità limitata di energia elettrica. Rispetto alle tradizionali centrali idroelettriche, queste non necessitano di grandi opere di sbarramento. Funzionano come un vecchio mulino ma si avvalgono di tecnologie avanzate, che consentono di ottenere buoni risultati. Queste centrali possiedono alcuni vantaggi, in particolare occupano piccoli spazi, possono funzionare con limitate risorse idriche, sono di facile installazione e non provocano gravi danni all’ambiente. In alcune zone, queste mini centrali sono in grado di soddisfare le esigenze energetiche di piccole industrie o di piccoli insediamenti locali e costituiscono un buon esempio di sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili.

264

5  Il trasformatore innalza la tensione in uscita dagli alternatori a migliaia di volt.

6  L’acqua, dopo essere passata nelle pale delle turbine, viene restituita al fiume.

Energie rinnovabili

UNITÀ 3

I diversi tipi di turbina idraulica

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funziona la centrale idroelettrica? 2. Q uali sono i vantaggi di una centrale di pompaggio? 3. Q uali esigenze soddisfano gli impianti per il mini e il micro idroelettrico? 4. P erché le turbine idrauliche non sono sempre uguali?

La turbina idraulica è un sistema meccanico che sfrutta, con un altissimo rendimento, l’energia di movimento di un liquido per ottenere energia meccanica di rotazione. È costruita in leghe metalliche per resistere alla corrosione e agli sforzi dell’impatto con la velocità dell’acqua. A seconda della portata dell’acqua e del dislivello di caduta si utilizza un particolare tipo di turbina.

Turbina Kaplan. È una turbina a reazione usata quando la quantità di acqua è pari a un centinaio di metri cubi al secondo; viene impiegata nelle acque fluenti dei fiumi.

Turbina Francis. Si tratta di una turbina a reazione che si usa se il dislivello non supera i cento metri.

Turbina Pelton. È una turbina ad azione usata quando il dislivello dell’acqua è molto elevato (da un centinaio di metri fino a un chilometro).

NUOVE TECNOLOGIE Il mare e gli oceani potrebbero fornire una grande quantità di energia rinnovabile. Diversi impianti sperimentali sono già stati realizzati e altri sono in fase di costruzione. Inoltre, si stanno compiendo degli studi per valutare l’impatto che questo tipo di sfruttamento potrebbe provocare sull’ambiente.

L’energia dalle maree L’attrazione della Luna e del Sole sulla Terra provoca le maree, movimenti alterni di grandi masse d’acqua che producono un’elevata quantità di energia. Per sfruttare questa energia si ricorre alla costruzione di una diga e un bacino. Durante l’alta marea l’acqua viene lasciata scorrere nel bacino e poi viene trattenuta mediante un sistema di chiuse. Quando vi è bassa marea l’acqua contenuta nell’invaso viene lasciata affluire verso il mare; la rotazione della turbina, trasmessa a un alternatore, genera energia elettrica. Centrali di questo tipo si trovano sulle coste del Nord della Francia, nel Regno Unito, in Norvegia e in Giappone. Sebbene non generino inquinamento, queste centrali possono tuttavia provocare l’erosione delle coste.

Le correnti marine I movimenti delle masse d’acqua del mare dipendono dalle correnti marine. Tali movimenti, se sfruttati opportunamente, sono in grado di fornire una straordinaria quantità di energia. Se la portata delle correnti è costante, si ricorre a turbine che azionano un generatore, con la conseguente produzione di energia elettrica. Un impianto di questo tipo è in funzione da alcuni anni in Irlanda.

Le strutture galleggianti (progetto Pelamis) Si tratta di un particolare tipo di impianto che utilizza un sistema di galleggiamento articolato in grado di sfruttare il moto ondoso. La struttura è formata da elementi cilindrici, uniti da giunti snodati, con un diametro di 3,5 metri e una lunghezza di 150 metri. Il movimento delle onde mette in funzione, nella struttura semisommersa, dei pistoni idraulici che, collegati a un generatore, producono energia elettrica.

La centrale a riconversione termica Questo impianto sfrutta la differenza di temperatura che normalmente esiste negli oceani tra l’acqua calda di superficie e quella fredda di profondità. L’acqua di superficie, di circa 15 °C, viene utilizzata in uno scambiatore di calore per far evaporare l’ammoniaca presente in un circuito chiuso. Il gas che si forma permette di azionare una turbina, e di conseguenza un alternatore, producendo energia elettrica. In un altro scambiatore di calore, il vapore in uscita dalla turbina viene ricondensato utilizzando acqua prelevata dal fondale, che ha una temperatura di 6-8 °C. L’ammoniaca, a questo punto, viene fatta nuovamente evaporare consentendo l’avvio di un ulteriore ciclo. Questo impianto sperimentale è in funzione al largo delle isole Hawaii.

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AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

82. Energia solare Il Sole è la stella più importante per la vita sulla Terra perché irradia energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche. Da sempre l’uomo sa che esponendosi al Sole assorbe energia termica, ovvero calore. Questo fenomeno è più evidente se a essere esposto al calore del Sole è un oggetto di colore scuro. Sulla base di questa osservazione, nel 1767 è stato creato il primo collettore solare, che consisteva in una semplice pentola annerita ed esposta al Sole: il suo scopo era quello di riscaldare l’acqua senza dover ricorrere al fuoco. Oggi il calore del Sole può essere sfruttato sia per produrre calore a basse temperature, e in questo caso mediante collettori solari si riscalda l’acqua a uso sanitario o si riscaldano gli ambienti, sia per ottenere calore ad alte temperature, per produrre energia elettrica in grandi centrali solari. L’irraggiamento solare varia a seconda delle condizioni climatiche e della latitudine: maggiore è la vicinanza ai poli, minore è la quantità di energia solare che è possibile catturare. L’Italia è tra i Paesi europei che più beneficiano dell’irraggiamento solare.

Il collettore solare Il collettore solare è un sistema termico a basse temperature (circa 60-70 °C) che sfrutta il calore del Sole per: • produrre acqua calda nelle abitazioni; • riscaldare gli edifici, ma generalmente in abbinamento ad altre fonti energetiche; in particolare durante la stagione invernale è spesso necessario integrare questo impianto con uno di tipo tradizionale (termosifoni, stufa ecc.); • permettere processi agricoli o industriali (come ad esempio le operazioni di essiccazione). Si tratta di un dispositivo finalizzato a scaldare un fluido (solitamente acqua addittivata con sostanze antigelo) che circola in apposite tubazioni a serpentina, alloggiate in un pannello annerito e termoisolato.

› Il collettore solare 1

2  Vetro Permette ai raggi solari di entrare, ma impedisce ai raggi infrarossi di uscire.

I raggi del Sole colpiscono il pannello.

3  Piastra metallica captante Solitamente in alluminio, acciaio o rame e di colore nero, serve per accumulare e trattenere le radiazioni.

Scambiatore di calore Cede energia termica all’impianto domestico per convezione e conduzione. 5

Serpentina All’interno della serpentina scorre il fluido che si carica di energia termica, per cederla all’acqua sanitaria.

4  Materiale isolante Lo strato di materiale isolante sotto alla piastra impedisce le dispersioni termiche.

8  Ingresso dell’acqua fredda

266

7  Pompa Permette la circolazione del fluido. 9  Acqua calda per uso domestico

Energie rinnovabili

In alcune zone, per la produzione di acqua calda sanitaria, l’impiego di pannelli solari termici integrati in un impianto di riscaldamento può consentire un risparmio notevole sull’utilizzo di gas o gasolio.

Contatti metallici

La superficie del pannello esposta al Sole è chiusa da un vetro trasparente, che lascia entrare le radiazioni luminose impedendone poi la dispersione nell’ambiente circostante. I raggi solari, imprigionati all’interno del pannello, innalzano la temperatura del fluido, che va a riscaldare, tramite uno speciale scambiatore di calore, l’acqua contenuta in un apposito serbatoio. Per rendersi conto di ciò che avviene in un collettore solare basta pensare alla sensazione che si avverte in estate salendo su un’auto lasciata al Sole: la temperatura dell’abitacolo è sempre superiore rispetto a quella esterna. Possiamo dire quindi che il collettore solare, per il suo funzionamento, sfrutta il noto fenomeno dell’effetto serra. Un pannello solare può produrre da 80 a 130 litri al giorno di acqua calda per ogni metro quadrato di superficie esposta. Ovviamente, sull’efficienza incidono l’insolazione e la stagione. Date le ridotte dimensioni dei pannelli, ciascuno dei quali occupa 1 m2 di superficie sul tetto di un’abitazione, non si genera un forte impatto visivo.

La cella fotovoltaica Raggi solari

Migrazione degli elettroni

Circuito

Silicio (N) Circolazione di corrente Contatto metallico

Una cella solare fotovoltaica con una superficie di 10 cm² è in grado di produrre 1,5 watt di potenza con una tensione di circa 0,6 volt.

UNITÀ 3

Silicio (P)

Giunzione P-N

Fotovoltaico significa letteralmente «energia elettrica dalla luce». Questa trasformazione della luce in energia elettrica è possibile grazie alle caratteristiche di alcuni materiali semiconduttori, come il silicio: questi, infatti, se colpiti dai fotoni, cioè particelle dell’energia luminosa, sono in grado di innescare al loro interno un movimento di elettroni tale da generare una corrente elettrica. La tecnologia ha sfruttato questa proprietà producendo le celle fotovoltaiche. Più celle, collegate tra loro in serie o in parallelo, formano un modulo, cioè il componente base di un impianto fotovoltaico. I moduli devono essere collocati e orientati in modo tale da avere la massima esposizione solare. Pertanto gli impianti vengono generalmente installati sul lato dell’abitazione rivolto a sud-est o sud-ovest.

Un modulo fotovoltaico è costituito da celle in silicio mono o policristallino, collegate tra loro in serie e in parallelo e fissate su un supporto. Attorno vi è una cornice in alluminio utile per il fissaggio del pannello alle strutture di sostegno. I moduli generalmente hanno 36, 48 o 72 celle.

Nei pannelli a film sottile lo strato di silicio, o un altro semiconduttore, ha uno spessore molto ridotto. Questi tipi di pannello hanno un’efficienza minore rispetto alle celle fotovoltaiche ma hanno costi inferiori, sono leggeri, flessibili e vengono impiegati per la copertura di capannoni, stalle, fiere o per le grandi coperture industriali.

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AREA 6

Risorse energetiche

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Inverter: è uno dei

componenti più importanti dell’impianto in quanto trasforma la corrente elettrica continua prodotta dal sistema fotovoltaico in corrente elettrica alternata, che è quella comunemente usata nelle abitazioni.

L'impianto fotovoltaico per uso privato La tecnologia fotovoltaica oggi consente a case private, industrie e attività agricole di produrre energia elettrica installando i pannelli fotovoltaici sul tetto, sui terrazzi o sui terreni. Tali impianti fotovoltaici possono essere di due tipi: autonomo o senza accumulo. L’impianto autonomo, detto anche «a isola», non è connesso ad alcuna rete di distribuzione dell’energia, per cui sfrutta direttamente sul posto l’energia elettrica prodotta. L’impianto è provvisto di accumulatori o batterie per immagazzinare l’energia prodotta durante il giorno e sopperire al mancato funzionamento durante la notte o nelle giornate di scarsa illuminazione. In uscita dall’impianto si ha una tensione continua di 12-24 volt. Per poter alimentare i normali elettrodomestici all’impianto viene collegato un inverter, un dispositivo elettronico in grado di convertire la tensione di 12-24 volt continua in una tensione alternata, che con un trasformatore viene portata a 220 volt. Negli impianti senza accumulo l’energia elettrica prodotta viene normalmente ceduta alla rete di distribuzione elettrica nazionale. In questo caso l’utente che possiede l’impianto viene dotato di un doppio contatore: il primo registra il flusso di energia elettrica prodotta

› L’impianto autonomo e l’impianto senza accumulo 1  Modulo fotovoltaico Il numero dei moduli fotovoltaici è stabilito in funzione di quanta energia elettrica è necessaria.

3  Inverter Per alimentare l’impianto domestico la tensione continua viene trasformata in tensione alternata a 220 volt.

2  Sistema di accumulo Un accumulatore immagazzina l’energia elettrica a bassa tensione (12-24 volt).

Un secondo contatore posto in entrata misura i normali consumi degli utenti.

Inverter Trasforma la tensione continua in tensione alternata a 220 volt. Il primo contatore permette di calcolare quanta energia è prodotta dall’impianto e quanta viene ceduta alla rete.

NUOVE TECNOLOGIE I pannelli di nuova generazione Gli attuali materiali utilizzati per la produzione delle celle fotovoltaiche sfruttano solamente una parte dello spettro delle radiazioni solari, per cui non tutta l’energia assorbita viene trasformata in cariche elettriche e ciò condiziona il rendimento dell’impianto, che risulta al di sotto del 20% di tutta l’energia assorbita dalle celle fotovoltaiche. Per rendere più efficiente la resa sono in corso molti studi. Uno di questi sta sperimentando dei pannelli di nuova generazione che utilizzano le nanotecnologie, permettendo un’efficienza di resa tra il 30 e il 40%: questo è possibile perché le celle fotovoltaiche sono costituite da sottilissimi strati multipli, ognuno sensibile a una determinata gamma di radiazioni, capaci quindi di sfruttare l’intero spettro solare, compreso l’infrarosso; ciò permetterebbe di produrre elettricità anche in presenza di giornate nuvolose.

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Energie rinnovabili

UNITÀ 3

e la quantità di energia in esubero, che cioè non viene consumata, la quale viene ceduta alla rete durante il giorno; il secondo contatore, posto in entrata, misura il normale consumo domestico, generalmente di sera o quando le condizioni meteorologiche non consentono la produzione di energia.

La centrale fotovoltaica Una centrale fotovoltaica può occupare grandi superfici e avere quindi un impatto negativo sul paesaggio, specie se installata in contesti collinari e su aree agricole. Questo impianto nel deserto californiano utilizza moduli con tecnologia a film sottile producendo 500 MW di energia.

La centrale fotovoltaica funziona assemblando diversi moduli fotovoltaici i quali, collegati tra loro, formano un pannello. Esistono impianti in cui il pannello, tramite un motore, viene fatto ruotare inseguendo il Sole, in modo da sfruttare la maggiore quantità di energia: la cella fotovoltaica, infatti, raggiunge il massimo rendimento se è orientata ad angolo retto verso le radiazioni solari. In altre centrali, invece, i moduli sono fissi e l’angolo di inclinazione viene preventivamente calcolato per ottenere la massima resa. Il numero di pannelli utilizzati per creare l’impianto ne determina la potenza. Quello delle centrali fotovoltaiche è un mercato in grande espansione e oggi vengono costruiti impianti molto estesi. Una delle più grandi centrali fotovoltaiche d’Europa si trova in Italia, in provincia di Rovigo. Si tratta di un impianto composto da 280 mila moduli fotovoltaici, con una potenza di 70,5 MW. Ricopre una superficie di 850 000 metri quadrati, pari a circa 119 campi da calcio, ed è stato realizzato con un investimento di circa 280 milioni di euro. Nel mondo si stanno costruendo grandi impianti fotovoltaici prevalentemente in zone desertiche, in modo da evitare un impatto negativo sul paesaggio.

› La centrale fotovoltaica 1  Cella solare Per produrre energia elettrica si utilizzano celle in silicio mono e policristallino.

2  Modulo fotovoltaico Le celle, di circa 12 cm, vengono assemblate e collegate tra loro per formare il modulo fotovoltaico.

Tutti i moduli sono collegati tra di loro e alla cabina di trasformazione tramite cavi elettrici di potenza.

3  Pannello fotovoltaico Collegando tra di loro più moduli si possono creare pannelli di diversa grandezza.

6  Trasformatore Con trasformatori la tensione alternata viene innalzata migliaia di volte prima di essere immessa nella rete elettrica ad alta tensione.

5  Inverter La tensione continua in uscita dall’impianto viene convertita in tensione alternata, tramite un’apparecchiatura elettronica chiamata inverter.

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AREA 6

Risorse energetiche

Le centrali solari Gli impianti solari ad alta temperatura sono classificati in funzione del loro punto focale. Allo stato attuale si può distinguere tra centrale a concentrazione e centrale termodinamica.

La centrale solare di Siviglia, in Spagna, è costituita da 624 (più altri 1 255) pannelli a specchio, che concentrano le radiazioni solari su una torre alta 165 metri. Produce 20 MW di energia elettrica, in grado di soddisfare le necessità di 10 000 abitazioni.

› La centrale a concentrazione

La centrale a concentrazione Il suo funzionamento si basa sull’impiego di un numero elevato di specchi in grado di seguire il movimento del Sole. Questi riflettono le radiazioni su una caldaia montata sulla sommità di una torre, posta al centro dell’impianto. La concentrazione del calore innalza la temperatura trasformando in vapore l’acqua contenuta in un serbatoio. Il vapore viene inviato a una turbina, il cui movimento aziona un alternatore generando energia elettrica. L’acqua in uscita dalla caldaia viene poi raffreddata tramite l’utilizzo di un condensatore, prima di essere immessa nuovamente nella caldaia.

Raggi solari

3  Caldaia La concentrazione del calore riscalda l’acqua che circola in una caldaia, posta sulla sommità della torre, trasformandola in vapore.

Specchi Gli specchi piani possono ruotare inseguendo il Sole. 1

Torre

8  Scambiatore termico

9  Condensatore Nel condensatore l’acqua si raffredda.

6  Trasformatore Un trasformatore innalza la tensione a migliaia di volt prima che venga immessa nella rete.

5  Alternatore La rotazione meccanica della turbina viene trasmessa a un alternatore, producendo energia elettrica. 4  Turbina Il vapore viene inviato sulle pale di una turbina. 2  Gli specchi piani convergono la luce solare in un punto sulla torre.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funziona il collettore solare? 2. I n che modo avviene il funzionamento della cella fotovoltaica? 3. C ome funzionano le diverse centrali solari?

270

7  Il vapore in uscita dalla turbina viene raffreddato prima di ritornare alla caldaia.

La centrale termodinamica La centrale termodinamica è formata da una serie di specchi parabolici orizzontali che riflettono la luce del Sole su un tubo, posto nel loro punto focale, all’interno del quale circola un fluido ad alta temperatura. Gli specchi parabolici seguono il movimento del Sole, cioè ruotano per avere la massima esposizione. In questo modo il fluido assorbe energia e si riscalda fino a raggiungere centinaia di gradi. Il fluido viene inviato a un serbatoio di accumulo per essere utilizzato anche nei periodi di carenza o assenza dell’energia solare. Nel serbatoio, uno scambiatore di calore cede il calore a un altro circuito in cui scorre l’acqua, che viene trasformata in vapore per

Energie rinnovabili

UNITÀ 3

azionare la turbina. La turbina cede all’alternatore l’energia meccanica necessaria per la produzione dell’energia elettrica. Il fluido viene poi raffreddato e inviato nuovamente agli specchi per riprendere il ciclo.

› La centrale termodinamica In Italia è stata realizzata, a Priolo in Sicilia, una centrale termodinamica con un progetto innovativo di Carlo Rubbia, premio Nobel per la fisica. La caratteristica di questo impianto è l’utilizzo di una miscela di sali resi fluidi dall’alta temperatura, che permette di raggiungere temperature di 550 °C.

2  Fluido In un tubo, posto nel punto focale dello specchio, circola un fluido.

1  Specchi parabolici Gli specchi parabolici orizzontali ruotano per inseguire i raggi solari.

9  Trasformatore Un trasformatore innalza la tensione a migliaia di volt prima che venga immessa nella rete.

La temperatura del fluido può raggiungere i 550 °C.

4  Il fluido, dopo aver attraversato tutti gli specchi, giunge in un serbatoio di accumulo. 5  Scambiatore Uno scambiatore termico riscalda l’acqua di un altro circuito, trasformandola in vapore.

Il vapore in uscita dalla turbina ritorna allo scambiatore di calore. 8

7  Alternatore La rotazione meccanica viene trasmessa a un alternatore, producendo energia elettrica. 6  Turbina Il vapore viene inviato sulle pale di una turbina mettendola in rotazione.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI I vantaggi

Le problematiche

• Lo sfruttamento dell’energia solare non crea emissioni inquinanti per l’ambiente. • Si tratta di una fonte illimitata e gratuita, che non produce scorie. • Il sistema produttivo non consente errori umani e i conseguenti possibili disastri per l’ambiente. • Gli impianti domestici non necessitano di molta manutenzione in quanto non hanno parti mobili o snodate. • La durata dell’efficienza produttiva di un impianto è di circa 30 anni. • Le dimensioni dei pannelli fotovoltaici destinati agli impianti privati sono oggi molto ridotte, per cui potenzialmente tutti gli edifici dotati di una buona insolazione ed esposti verso sud possono esserne attrezzati. • Oggi sono disponibili pannelli fotovoltaici sagomati che sostituiscono a tutti gli effetti la normale copertura delle case, evitando l’impatto visivo.

• Lo sfruttamento dell’energia solare, rispetto all’enorme quantità di energia che giornalmente colpisce la Terra, è minimo. • La tecnologia solare fotovoltaica sfrutta, al momento, una fonte di energia non continua, in quanto dipende dalle condizioni atmosferiche oltre che dall’alternanza del dì e della notte. • I costi per la realizzazione di un impianto sono ancora elevati e i tempi di ammortamento della spesa sono lunghi, soprattutto se non si ricorre agli incentivi statali, che vengono pagati da tutti i cittadini con maggiorazioni sulla comune bolletta elettrica. • Le centrali solari fotovoltaiche necessitano di ampi spazi: hanno quindi un forte impatto negativo sul paesaggio e contribuiscono in determinati luoghi a sottrarre terreni all’agricoltura.

271

AREA 6

Risorse energetiche LEZIONE

83. Energia eolica L'energia del vento L’energia del vento, chiamata eolica, era conosciuta già 5 000 anni fa. È stata usata dagli Egizi per la navigazione sul Nilo, mentre i Babilonesi, più tardi, la impiegarono per alimentare i mulini a vento e macinare il grano e le olive. Oggi, un forte impulso allo sfruttamento del vento viene dato dalle nuove applicazioni tecnologiche per la produzione di energia elettrica con gli aerogeneratori. Molti Stati come Cina, Stati Uniti e diversi Paesi europei hanno dato una grossa spinta all’utilizzo di questa energia alternativa, perché è considerata pulita e, naturalmente, è inesauribile.

La centrale eolica

L’Italia sta sperimentando lo sfruttamento dell’energia eolica sugli Appennini, lungo le fasce costiere meridionali, nell’isola di Pantelleria, in Sardegna e in Sicilia.

La centrale eolica è costituita da una serie di aerogeneratori che sfruttano la forza cinetica del vento. L’aerogeneratore è costituito da una torre, che può raggiungere gli 80 metri di altezza, sulla cui sommità è montata la navicella, o gondola, a cui è collegato il rotore con due o tre pale (del diametro di circa trenta metri). La spinta del vento impone alle pale, collegate a un dispositivo moltiplicatore, un movimento rotatorio. Il moltiplicatore di giri, costituito da una serie di ruote dentate, fa aumentare il numero dei giri prima di trasmettere il movimento rotatorio al generatore per la produzione di energia elettrica. Gli aerogeneratori sono dotati di una centralina di controllo e dispositivi di sicurezza per bloccare il sistema in caso di anomalie o di vento troppo forte. Un singolo aerogeneratore è in grado di produrre energia tra 1,5 e 3 MW; tuttavia, i più grandi arrivano a produrne fino a 6 MW.

› La centrale eolica Regolatore di velocità e dispositivo di sicurezza per bloccare l’aerogeneratore Moltiplicatore di giri

Le pale possono avere un diametro di circa 30 metri.

Sul mozzo sono fissate le pale

Aerogeneratore Navicella Un trasformatore innalza la tensione a migliaia di volt prima di immetterla sulle linee di media o alta tensione.

Generatore di tensione

La torre, che può raggiungere gli 80 metri, all’interno è cava. Una scala permette l’accesso alla navicella.

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Sottostazione di controllo Cavi elettrici che provengono dai generatori

Energie rinnovabili

UNITÀ 3

Tramite cavi elettrici, l’energia elettrica prodotta raggiunge un trasformatore, dove viene innalzata a migliaia di volt prima di essere immessa e trasportata sulle linee dell’alta tensione. Affinché l’impianto funzioni correttamente è necessario che il vento abbia una direzione regolare e che superi i 12 km/h.

La dislocazione degli impianti eolici può avvenire anche in mare (offshore), dove l’impatto visivo è minore. Recentemente nel Mare del Nord si stanno realizzando numerosi parchi eolici.

Negli ultimi anni si è assistito a una crescita esponenziale, nel mondo, della produzione di energia elettrica a partire dal vento, raggiungendo una potenza totale di circa 200 GW. I Paesi che hanno maggiormente investito in questa forma di energia sono la Cina, gli Stati Uniti, la Germania, la Spagna, l’India e l’Italia. In Italia risultano installati circa 500 impianti, dislocati principalmente in Puglia, Campania, Sicilia, Sardegna, Calabria e Basilicata con una produzione di circa 10 GW.

Il minieolico e il microeolico Si tratta di impianti dotati di pale orizzontali o verticali con un diametro compreso fra 3 e 20 metri e una torre che non supera i 20 metri di altezza. Rispetto a un normale aerogeneratore, questi piccoli impianti si adattano meglio sia ai venti deboli sia a quelli di una certa intensità o a raffiche improvvise. Il microeolico produce una potenza inferiore ai 20 kW e il minieolico una potenza elettrica compresa tra i 20 e i 200 kW. Si tratta di due tipi di impianti utili per soddisfare le esigenze energetiche delle piccole industrie o dei privati.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è l’energia eolica? 2. C ome funziona la centrale eolica? 3. Q ual è la differenza tra minieolico e microeolico? 4. Q uali sono i vantaggi e gli svantaggi dell’eolico?

TECNOLOGIE SOSTENIBILI L’energia eolica è una fonte rinnovabile a cui si guarda con un certo interesse per un futuro energetico sostenibile. Anche questo tipo di energia presenta, però, vantaggi e problematiche.

I vantaggi • È una valida fonte energetica rinnovabile, abbondante e inesauribile ed è disponibile in moltissime zone della Terra. • È una fonte di energia pulita: non utilizza sostanze pericolose per l’ambiente né produce gas tossici. • L’impianto eolico è reversibile perché si può ripristinare facilmente il territorio preesistente. • I costi dell’impianto e della manutenzione sono relativamente ridotti (il costo si aggira attorno a 1,3 milioni di euro per MW).

Le problematiche • Questa energia non è sfruttabile in modo costante a causa dell’imprevedibilità delle condizioni atmosferiche. • Le grandi centrali eoliche hanno un forte impatto paesaggistico essendo visibili anche da notevoli distanze: l’altezza media delle torri, infatti, è di 50-80 metri, con pale rotanti che salgono in verticale per altri 30 metri circa. • La parte più esterna di una pala si muove a circa 70 km all’ora. Gli uccelli non sono in grado di riconoscere visivamente le pale e possono trovarvi la morte. • Sulla terraferma i luoghi maggiormente sfruttabili sono sui crinali di colline e montagne oppure lungo le coste, con conseguente impatto visivo.

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84. Energia geotermica L'energia dal calore della Terra Sotto la crosta terrestre vi è una massa fusa di magma. In alcune zone del Pianeta questo magma si trova a una profondità di pochi chilometri dalla superficie, quindi fratture della crosta terreste permettono a falde acquifere o fiumi sotterranei di venire a contatto con questo calore, trasformandosi in vapore. La geotermia, che vuol dire «calore della Terra», sfrutta questo calore come fonte energetica.

LINK ➜ STORIA Da quando nel 1904 a Larderello, in Toscana, per la prima volta al mondo è stata utilizzata l’energia geotermica per la produzione di energia elettrica, sono state introdotte numerose modifiche tecniche che hanno reso gli impianti e la produzione compatibili con l’ambiente. Non si emettono più nell’aria quei gas che per molti anni hanno creato forti disagi agli abitanti delle zone vicine alla centrale.

La centrale geotermica Con trivelle simili a quelle per l’estrazione del petrolio si eseguono perforazioni fino a qualche chilometro di profondità. Da queste trivellazioni, tramite una serie di tubi detti vapordotti, il vapore ad alta temperatura viene portato fino alla centrale geotermica. I vapordotti sono tubazioni in acciaio resistente alla corrosione, coibentati per minimizzare le perdite di calore. Posati sulla superficie del terreno, non hanno un percorso rettilineo, presentano invece diverse curve per evitare rotture dovute alla dilatazione termica. In Italia nell’area geotermica toscana vi sono più di 400 km di vapordotti. Il vapore, dopo essere stato separato da eventuale acqua, viene inviato sulle pale di una turbina, e un alternatore genera energia elettrica.

› La centrale geotermica 4  Trasformatori Provvedono a innalzare la tensione a migliaia di volt prima che venga immessa sulle linee dell’alta tensione. 3  Alternatore Il movimento di rotazione inviato all’alternatore permette di produrre energia elettrica. 2  Turbine Il vapore mette in rotazione le turbine.

6  Torri di raffreddamento Provvedono a raffreddare l’acqua presente nel condensatore.

5  Condensatore Il vapore in uscita dalle turbine viene inviato a un condensatore per essere raffreddato.

Una serie di vapordotti porta il vapore nella centrale, dove sono presenti le turbine. 7  Il vapore raffreddato, diventato acqua, può quindi essere immesso nuovamente nel sottosuolo tramite una tubazione.

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Energie rinnovabili

UNITÀ 3

Il vapore in uscita dalla turbina, mediante condensatori, viene ritrasformato in acqua, dispersa in superficie o iniettata nuovamente nel sottosuolo.

L’Islanda è uno dei Paesi leader nella produzione e nell’utilizzo dell’energia geotermica. Sta sviluppando progetti di trivellazione in profondità, che potrebbero consentirle di esportare energia elettrica. L’acqua proveniente da fonti geotermiche permette di riscaldare l’85% delle case, delle scuole, dei centri sportivi, degli ospedali e delle industrie, oltre a numerose piscine termali.

IMMAGINA E PROGETTA 1. U tilizzando Internet svolgi un approfondimento sulla centrale geotermica di Larderello. Stabilisci e organizza, con i tuoi compagni, il programma per un’eventuale gita alla centrale.

I giacimenti di energia geotermica si dividono in diverse categorie. • Giacimento a vapore secco: è costituito da vapore ad alta temperatura e si usa per produrre energia elettrica. Uno dei più importanti impianti al mondo si trova a Larderello, in Toscana. • Giacimento a vapore umido: è costituito da vapore misto ad acqua a una temperatura di poco superiore a 100 °C. Il vapore viene utilizzato per la produzione di energia elettrica, mentre l’acqua calda viene impiegata per riscaldare abitazioni, attività industriali, piscine termali. • Giacimento di acqua a bassa temperatura: l’acqua, che non supera i 90 °C, viene utilizzata principalmente per riscaldare abitazioni, piscine termali, impianti industriali, serre. In Italia lo sfruttamento delle risorse geotermiche per produrre energia elettrica è sviluppato nell’area toscana dei campi di Larderello e del Monte Amiata, dove sono concentrati 30 impianti geotermici, con una potenza complessiva di 800 MW. Nonostante l’Italia vanti diversi primati in questo campo, altri Paesi utilizzano in maniera più massiccia ed efficiente questa fonte di energia, tra cui l’Islanda sul confine del Circolo Polare Artico. Nel mondo la potenza complessiva degli impianti geotermici raggiunge circa gli 11 000 MW.

La Laguna Blu, in Islanda, a pochi chilometri dalla capitale Reykjavik, consiste in piscine termali naturali all’aperto, con acqua a 38 °C. Queste sono alimentate dal vicino impianto geotermico, che produce energia elettrica, e sono un esempio di come un impianto industriale possa essere utilizzato anche a fini turistici e di svago.

NUOVE TECNOLOGIE La geotermia a bassa entalpia L’impianto geotermico a bassa entalpia (bassissima temperatura) è utilizzato per rinfrescare o riscaldare edifici. Funziona sfruttando la temperatura di circa 14 °C che qualunque terreno possiede a una profondità compresa tra 20 e 100 metri, e che non viene influenzata dalle variazioni climatiche stagionali. Dopo la perforazione del terreno, viene introdotta una sonda al cui interno, in funzione del tipo di impianto, può circolare un liquido termovettore o l’acqua calda della falda, oppure viene posta una serpentina dopo aver sbancato parte del terreno. A questa è collegata una pompa di calore, ossia una macchina termodinamica che ha una duplice funzione: in inverno sottrae il calore al terreno per cederlo all’ambiente tramite pannelli radianti, mentre in estate restituisce al terreno il calore dell’abitazione, mediante il processo inverso.

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85. Biomasse e biocombustibili Le tecnologie per ottenere energia dalle biomasse sono diverse e possono essere ricondotte a due grandi categorie: i processi termochimici e i processi biochimici.

I processi termochimici (combustione) I processi termochimici sono basati sull’azione del calore, che innesca le reazioni chimiche necessarie a trasformare le biomasse secche in energia. Le biomasse più adatte sono la legna secca e tutti i suoi derivati: segatura, trucioli, residui di potatura della vite e degli alberi da frutto, sottoprodotti colturali come paglia di cereali e alcuni scarti di lavorazione. La vegetazione che copre il nostro Pianeta è composta da materie organiche che prendono il nome di biomasse. Grazie all’energia solare, attraverso il processo di fotosintesi clorofilliana, l’anidride carbonica dell’atmosfera e l’acqua del suolo si combinano per produrre gli zuccheri immagazzinati nelle biomasse.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Batteri eterotrofi: si tratta di organismi che si nutrono di sostanze organiche decomponendole.

I processi biochimici I processi di conversione biochimica permettono di ricavare energia tramite reazioni chimiche; queste avvengono grazie all’azione di microrganismi, cioè batteri, enzimi e funghi, che in determinate condizioni di temperatura e umidità, crescendo nella biomassa, digeriscono la materia organica liberando biogas e producendo fertilizzanti. Per la conversione biochimica si possono impiegare alcuni sottoprodotti colturali, scarti di piante ortive, liquidi reflui zootecnici, deiezioni di animali, rifiuti dell’industria agroalimentare e la frazione organica dei rifiuti urbani. Le due tecnologie principalmente impiegate sono la digestione anaerobica, per ottenere biogas, e quella aerobica, per ricavare il compost, cioè il terriccio.

La digestione anaerobica Per digestione anaerobica si intende la degradazione della sostanza organica da parte di microrganismi anaerobici in mancanza di ossigeno. La biomassa, costituita ad esempio dai rifiuti dell’industria zootecnica, come deiezioni di animali bovini e suini, viene depositata in un grosso serbatoio detto digestore anaerobico, ermeticamente chiuso e isolato termicamente. Qui, in assenza di ossigeno, le sostanze organiche vengono decomposte a opera di batteri eterotrofi producendo un biogas costituito per il 50-70% da metano e per la restante parte da anidride carbonica e altri gas. Il biogas che esce dal digestore viene convogliato in un serbatoio per l’accumulo.

Nel digestore aerobico, a seconda del tipo di batteri utilizzati, l’impianto lavora a una temperatura tra i 37 °C e i 52 °C, sfruttando eventualmente l’energia che si ricava bruciando parte del gas prodotto.

276

A seconda delle dimensioni dell’impianto, il biogas può essere utilizzato come combustibile per alimentare caldaie a gas o turbine a gas destinate alla produzione di energia elettrica oppure per alimentare motori nell’autotrasporto. Alla fine del processo la parte solida rimanente, detta digestato, viene utilizzata come fertilizzante per i campi oppure può subire un successivo processo di digestione aerobica.

La digestione aerobica La digestione aerobica è la decomposizione delle materie organiche da parte di microrganismi come batteri e funghi, in presenza di ossigeno. Il materiale che si ottiene è il compost, detto anche terricciato o composta.

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UNITÀ 3

Viene utilizzato come fertilizzante sui prati prima dell’aratura oppure viene insaccato e messo in commercio per il settore florovivaistico, orticolo e per il giardinaggio. L’aggiunta di compost migliora la struttura del suolo, arricchisce il terreno di elementi nutritivi come fosforo e azoto e aumenta la microflora nel terreno.

Il biodiesel e il bioetanolo sono considerati biologici solo se provengono da coltivazioni non destinate all’alimentazione umana o da scarti industriali. Diversamente, se i terreni sono coltivati appositamente per produrre carburante, possono insorgere ripercussioni sui prezzi dei generi alimentari; quest’ultima pratica non è considerata sostenibile.

I biocombustibili Da specifiche coltivazioni di piante industriali e da sottoprodotti agricoli si possono ricavare combustibili, chiamati biodiesel e bioetanolo.

Il biodiesel Il biodiesel rappresenta una fonte di energia rinnovabile in quanto è ricavato da coltivazioni di piante industriali, in particolare quelle oleifere: si ottiene dalla spremitura dei semi di colza e dalla raffinazione di oli vegetali di scarto, oltre che da grassi animali. Il biodiesel può essere mescolato con il gasolio e impiegato nei moderni motori Diesel. Come combustibile permette di ridurre le emissioni inquinanti nell’atmosfera, in particolare lo zolfo, una sostanza che concorre alla formazione delle piogge acide. Inoltre, la quantità di anidride carbonica che il biodiesel rilascia durante la combustione è uguale a quella che viene assorbita dalle piante durante la loro crescita, quindi non si aggrava il fenomeno dell’effetto serra.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono le biomasse? 2. C he cosa si ottiene con la digestione anaerobica? 3. C he cosa sono i biocombustibili e come si ottengono? 4. Q uali sono i vantaggi e gli svantaggi dei biocombustibili?

Il bioetanolo Il bioetanolo è prodotto mediante un processo di fermentazione alcolica delle biomasse ricche di zucchero, come scarti di lavorazione della barbabietola da zucchero, della canna da zucchero o dei cereali. In campo energetico viene utilizzato come carburante miscelato alla normale benzina. Alcuni Paesi, come il Brasile, hanno investito molto nella produzione di bioetanolo usando come materia prima gli scarti di lavorazione della canna da zucchero, che fino a non molto tempo fa rappresentavano solo un rifiuto da smaltire e quindi un costo.

Le biomasse possono essere considerate come la fonte energetica più antica e tutt’oggi, in molti Paesi, continua a essere l’unica utilizzabile.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI I vantaggi • La combustione delle biomasse non aggrava l’effetto serra perché l’anidride carbonica sprigionata durante la combustione è assorbita dalle piante con la fotosintesi clorofilliana. Quindi si ha un bilanciamento tra inquinante prodotto e inquinante assorbito. • Con la combustione, la formazione di zolfo e altri inquinanti avviene in quantità trascurabili, per cui questi non incidono sul fenomeno delle piogge acide. • L’utilizzo delle biomasse può sostituire il consumo dei combustibili fossili, come il petrolio e il carbone. • L’impiego dei residui organici per produrre biogas o compost concorre positivamente a risolvere in parte la già difficile situazione delle discariche.

Le problematiche • Se non si adottano azioni di sostenibilità, anche le biomasse possono arrecare gravi danni all’ambiente e alle popolazioni, come la deforestazione di ampie superfici per la coltivazione di monocolture, destinate alla produzione di piante industriali. • I trattamenti con erbicidi e pesticidi a cui le piantagioni vengono sottoposte causano l’inquinamento delle falde acquifere.

277

IN BREVE LEZION E 81

Energia idroelettrica La centrale idroelettrica è un impianto che sfrutta il movimento naturale dell’acqua per produrre energia elettrica. Nella centrale a bacino l’acqua contenuta nel bacino naturale o artificiale, posto a centinaia di metri più in alto rispetto alla centrale, viene convogliata con una serie di tubi, chiamati condotte forzate, sulle pale di una turbina (Pelton), mettendola in rotazione. La rotazione viene trasmessa a un alternatore, generando quindi energia elettrica. Dove sono disponibili notevoli quantità di acqua, ma dislivelli di caduta di pochi metri come lungo i grandi fiumi, si realizzano centrali idroelettriche fluviali con turbine Francis o Kaplan.

LEZIONE 82

Energia solare Il collettore solare è un dispositivo capace di sfruttare direttamente i raggi solari per scaldare l’acqua sanitaria. La cella fotovoltaica è in grado di trasformare, mediante l’effetto fotovoltaico, l’energia solare direttamente in energia elettrica. Più celle collegate assieme (36-48-72) formano i moduli fotovoltaici, che possono essere montati sui tetti delle abitazioni realizzando un impianto solare privato per produrre energia elettrica. L’impianto può essere autonomo o senza accumulo, e in quest’ultimo caso l’energia prodotta può essere immessa nella rete elettrica nazionale. Nella centrale fotovoltaica i moduli vengono assemblati realizzando diversi pannelli che danno vita a grandi impianti fotovoltaici. La centrale a concentrazione si basa sull’impiego di una serie di specchi che riflettono i raggi solari su una caldaia, così che l’acqua contenuta si trasformi in vapore. Il vapore alimenta una turbina che, collegata a un alternatore, produce energia elettrica. La centrale termodinamica utilizza specchi parabolici per riscaldare un liquido contenuto in un tubo. Con uno scambiatore di calore l’energia termica del liquido viene utilizzata per produrre vapore e, tramite una turbina e un alternatore, per produrre energia elettrica.

LEZIONE 83

Energia eolica La centrale eolica è formata da una serie di aerogeneratori che sfruttano la forza cinetica del vento. Gli aerogeneratori sono costituiti da una torre, alta circa 80 metri, sulla cui sommità è montata la navicella, a cui è collegato il rotore generalmente con tre pale. La spinta del vento impone un movimento rotatorio alle pale che, collegate a un dispositivo moltiplicatore, aumentano il numero dei giri. Questo movimento meccanico viene trasmesso al generatore, con la conseguente produzione di energia elettrica.

LEZIONE 84

Energia geotermica Si basa sullo sfruttamento del calore presente negli strati profondi della Terra. Con trivelle simili a quelle per l’estrazione del petrolio si eseguono perforazioni fino a qualche chilometro di profondità. Con tubi, detti vapordotti, il vapore ad alta temperatura viene portato alla centrale geotermica, dove viene inviato sulle pale di una turbina. L’energia del vapore viene trasformata dalla turbina in energia meccanica di rotazione che, trasmessa all’alternatore, permette di generare energia elettrica.

LEZIONE 85

Biomasse e biocombustibili La vegetazione che copre il nostro pianeta è composta da materie organiche, chiamate biomasse. Le biomasse secche (legna) possono essere impiegate per ottenere, tramite combustione, energia termica. Un altro sistema per ottenere energia dalle biomasse è l’utilizzo di biomasse verdi o rifiuti provenienti dall’industria zootecnica: tramite la digestione anaerobica (in assenza di ossigeno) si produce biogas (metano); oppure, tramite processi aerobici (in presenza di ossigeno) da parte di microorganismi come batteri e funghi, si ottiene compost o terriccio. Biocombustibili Da piante oleifere (semi di colza, oli vegetali) si può ottenere il biodiesel, un sostituto del gasolio; da piante ricche di zucchero (scarti di barbabietola e canna da zucchero) si ottiene, invece, bioetanolo, un sostituto della benzina.

278

Energie rinnovabili

ESERCIZI

UNITÀ 3

Conoscenze

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La centrale eolica è costituita da aerogeneratori.

1. Riordina le fasi relative alla produzione di energia elettrica in una centrale a bacino.

2. Nell’aerogeneratore è presente un moltiplicatore di giri.

a. rotazione trasmessa all’alternatore b. creazione di un bacino c. trasformazione dell’energia cinetica in energia meccanica d. passaggio dell’acqua nelle condotte forzate e. attivazione delle turbine f. produzione di energia elettrica

3. Un impianto di microeolico fornisce maggiore potenza V elettrica rispetto a un impianto di minieolico.

4. Un impianto di minieolico può soddisfare le esigenze energetiche di una piccola industria.

1. .................................

2. .................................

3. ................................

vapore – alternatore – vapordotti – meccanica – trivellazione

4. .................................

5. .................................

6. ................................

Tramite una

1. Per la centrale idroelettrica fluviale è necessario avere a  alti dislivelli b  poco dislivello 2. Il mini idroelettrico può soddisfare le esigenze energetiche di a  una nazione b  un’industria 3. Abbina i componenti del collettore solare alla corretta definizione. 1. calore del Sole 3. scambiatore di calore 5. pompa 7. serbatoio

2. pannello solare 4. serpentina 6. acqua sanitaria

a. serbatoio dentro cui viene ceduto il calore all’acqua b. energia da sfruttare c. tubo dentro cui circola il fluido caldo proveniente dal pannello d. sistema che trattiene il calore aumentando la temperatura interna e. sistema che fornisce la pressione necessaria per la circolazione dell’acqua f. contenitore di riserva dell’acqua calda g. acqua riscaldata 1.

............................

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

............................................................

.................................................,

2. Scegli l’alternativa corretta.

si fa uscire dal sottosuolo il

che viene incanalato in

................................................

fino alle turbine della centrale geotermica. Queste si mettono in movimento generando energia

........................................................,

sfruttabi-

le dall’.............................................. per creare l’energia elettrica. 6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Nella centrale geotermica il condensatore serve a portare il vapore sulle turbine.

2. L’Italia è il maggiore produttore di energia geotermica al mondo.

3. L’impianto geotermico a bassa entalpia è usato per scaldare o raffreddare un edificio.

7. Scegli l’alternativa corretta. 1. Dalle biomasse si può ottenere energia mediante processi a  biochimici b  sintetici 2. La digestione anaerobica avviene in a  presenza di ossigeno b  assenza di ossigeno 8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il biodiesel è un combustibile.

2. Dalla digestione anaerobica si ottiene il bioetanolo.

3. Dalla digestione aerobica si ottiene il compost.

Verso le Competenze Prevedere, immaginare e progettare 1. Descrivete una fonte rinnovabile di cui avete visto l’utilizzo. 2. Riassumi in una tabella le trasformazioni delle forme di energia nelle varie centrali (ad esempio, centrale idroelettrica: acqua = energia potenziale; condotte forzate = energia cinetica; turbina = energia meccanica; alternatore = energia elettrica).

3. Se dovessi aver bisogno di produrre dell’acqua calda, senza però poter utilizzare una caldaia o uno scaldabagno, che cosa faresti? 4. Fai delle considerazioni personali sulle biomasse e i biocombustibili, indicando quando la loro produzione per ottenere energia diventa vantaggiosa e quando, invece, risulta svantaggiosa.

279

MAPPA DELL’AREA CARBONE – centrale termoelettrica a carbone

PETROLIO

NON RINNOVABILI Sono esauribili e la loro disponibilità è limitata nel tempo.

– derivati del petrolio: centrale termoelettrica a olio combustibile

ENERGIA TERMICA

GAS NATURALE – centrale termoelettrica a gas – centrale a turbogas – centrale termoelettrica a ciclo combinato

È l’energia più utilizzata perché: – può essere facilmente trasportata e distribuita – può trasformarsi in altre forme

URANIO (ENERGIA NUCLEARE) – centrale nucleare

RISORSE ENERGETICHE

ENERGIA MECCANICA

IDROELETTRICO

La trasformazione dell’energia meccanica avviene tramite: – generatore – alternatore

– centrale idroelettrica (a bacino, di pompaggio, fluviale)

EOLICO – centrale eolica

GEOTERMICO RINNOVABILI Sono inesauribili e sempre disponibili. Sono anche chiamate risorse alternative.

– centrale geotermica

BIOMASSE – digestore anaerobico – digestore aerobico

BIOCOMBUSTIBILI – biodiesel – bioetanolo

SOLARE – – – – –

280

collettore solare impianto fotovoltaico a uso privato centrale fotovoltaica centrale solare a concentrazione centrale solare termodinamica

ENERGIA ELETTRICA

ENERGIA TERMICA

Risorse energetiche

VERIFICA Conoscenze

AREA 6 5

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. carbone – carbonio – effetto serra – piogge acide – anaerobici

1. Individua l’intruso.

Il .............................................. è originato dalla trasformazione subita dai

1. Quale tra i seguenti elementi non fu una delle prime forme di energia sfruttate dall’uomo? a  lavoro muscolare b  calore del fuoco c  cherosene

vegetali sepolti nel sottosuolo che, in presenza di alti livelli di

2. Quale delle seguenti fonti energetiche non è pulita? a  vento b  Sole c  petrolio

1. L’energia cinetica è un tipo di energia a  meccanica b  termica

...........................................................

La combustione del carbone determina l’emissione di biossido .........................................................................)

e di

anidride carbonica (causa dell’.......................................................................). 6. Scegli l’alternativa corretta.

2. Nella centrale termoelettrica il trasformatore serve per a  innalzare la tensione b  motivi di sicurezza

2. L’acqua contenuta in un bacino possiede energia a  di legame b  potenziale

3. L’alternatore è un meccanismo che genera energia a  meccanica b  elettrica

3. L’uranio è un combustibile di natura a  vegetale b  minerale

4. Il petrolio viene raffinato a  nel forno

4. Dalla combustione si sviluppa energia a  termica b  meccanica

nella torre di frazionamento

5. La centrale fotovoltaica produce una corrente a  continua b  alternata

5. I giacimenti di idrocarburi si trovano localizzati in rocce a  permeabili b  impermeabili

6. La centrale a concentrazione trasforma a  l’acqua in vapore b  il calore in corrente

6. Il petrolio viene trasportato con navi a  metaniere b  petroliere

7. Individua l’intruso. 1. Quale componente non si trova nella centrale idroelettrica? a  turbina b  alternatore c  riduttore

3. Inserisci il termine mancante. ..............................................

perché

bruciano in una combustione. 2. Il moto ondoso e il vento sono considerati fonti

............................

perché non inquinano.

3. Il movimento delle masse d’aria genera energia cinetica, trasformabile in energia

arricchiti di

hanno perso l’idrogeno e l’ossigeno e si sono

1. La centrale a turbogas utilizza una turbina a  Pelton b  a gas

2. Scegli l’alternativa corretta.

..................

..............................................,

di azoto (responsabile delle

3. Quale dei seguenti elementi non è considerato una biomassa? a  scarti vegetali b  rifiuti inorganici c  rifiuti organici

1. Il carbone e la legna sono dei

temperatura e pressione e grazie all’azione di microrganismi

..............................................

2. Quale componente non si trova nella centrale solare a concentrazione? a  specchi b  caldaia c  pannelli fotovoltaici 3. Quale delle seguenti definizioni non indica un giacimento di energia geotermica? a  a vapore umido b  criogenico c  a vapore secco 8. Completa le frasi scegliendo tra i termini seguenti.

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Il carbone si ottiene dalla distillazione del petrolio.

biomassa – bioetanolo – biochimici – biodiesel

2. Il petrolio è di recente formazione.

1. Dalla fermentazione della canna da zucchero o del mais si

3. Il gas naturale è una miscela di idrocarburi.

4. L’uranio si estrae dalla pechblenda.

5. Le riserve sono i giacimenti conosciuti e sfruttati.

6. La torba è un tipo di carbone fossile.

3. Dalle piante oleifere si ricava il

7. Il litantrace è un tipo di petrolio.

4. Compost e biogas sono il risultato di processi ................................ .

ottiene il 2. Per

..............................................

..................................................

si intende il combustibile di origine

organica. ..............................................

281

VERIFICA 9. Individua l’errore commesso nella sequenza.

Tuttavia, anche biodiesel e

La produzione di energia elettrica in un impianto geotermico procede nelle seguenti fasi:

danni all’ambiente: spesso le terre destinate alle coltivazioni

1. incanalamento del vapore nei vapordotti 2. rotazione della turbina 3. trasmissione del movimento all’alternatore 4. produzione di energia elettrica 5. trasformazione della tensione con l’invertitore 6. innalzamento della tensione con il trasformatore 7. trasporto della corrente sui cavi dell’alta tensione

...................................

possono arrecare dei

sono sottratte all’.................................................. tradizionale e si coltivano piantagioni

.......................................................

carburante; inoltre, i trattamenti

appositamente per produrre

....................................................

necessari

per ottenere la massima produzione inquinano pesantemente le

..............................................

acquifere.

13. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

10. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’energia è la capacità di un corpo di produrre un effetto.

2. Il petrolio ha un alto potere calorifico.

3. Il gas si trova generalmente insieme al petrolio.

4. Negli oleodotti si trasforma il petrolio.

5. L’energia elettrica è già presente in natura.

6. Il vapore è utilizzato per far muovere la turbina.

1. L’energia eolica viene utilizzata fin dall’antichità.

2. Il collettore solare serve per produrre acqua sanitaria.

3. Il condotto forzato è uno dei componenti della centrale solare.

4. La centrale di pompaggio è un tipo di centrale idroelettrica.

5. La centrale solare non emette sostanze che inquinano l’ambiente.

6. La centrale geotermica utilizza il calore della Terra come fonte energetica.

7. Le centrali elettriche non causano alcun tipo di impatto ambientale negativo.

7. Il biodiesel è un derivato della benzina.

8. Il carbone si è formato in modo sintetico.

8. Nel digestore anaerobico si produce il concime.

9. La centrale termodinamica utilizza solo il gas naturale.

9. Nel digestore anaerobico si forma il biogas.

10. La biomassa può essere trasformata e impiegata come concime.

11. La centrale geotermica produce calore.

12. Gli impianti fotovoltaici funzionano prevalentemente di notte.

11. Scegli l’alternativa corretta. 1. La centrale di pompaggio è formata da a  due bacini b  un bacino 2. Più celle fotovoltaiche in serie formano a  un modulo b  una centrale 3. L’impianto eolico funziona se il vento supera i a  120 km/h b  12 km/h 4. La trasformazione delle biomasse in energia mediante processi termochimici avviene sfruttando a  il calore b  i microrganismi 5. Con la cella fotovoltaica si produce a  acqua sanitaria b  corrente elettrica

14. Abbina ciascuna centrale alla sua descrizione. 1. centrale 2. centrale 3. centrale 4. centrale 5. centrale

12. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

a. sfrutta b. sfrutta c. sfrutta d. sfrutta e. sfrutta

monocolturali – antiparassitari – falde – fossile – organiche – bioetanolo – biocombustibili – agricoltura

6. La centrale a ciclo combinato funziona utilizzando a  due tipi di centrale b  una sola centrale

.........................................,

che sono ricavati da materie

.........................................,

geotermica idroelettrica termonucleare termoelettrica eolica

l’energia della fissione l’energia cinetica dell’acqua il calore dei combustibili la forza cinetica del vento la forza di espansione del vapore

....................

hanno un minore impatto ambientale rispetto ai combustibili di

15. Stabilisci quale dei seguenti combustibili fossili è il meno inquinante.

origine

carbone – petrolio – gas naturale

282

...................................

Risorse energetiche

VERIFICA

AREA 6 5

Competenze 1. Analizza la produzione energetica. Nella tabella sono evidenziati i dati relativi alla produzione elettrica in Italia nel 2010, espressi in TW/h. 1 TW/h (terawattora) = 1 000 000 000 000 wattora Fonti fossili

Fonti alternative

Gas Naturale 140,6 TW/h

I droelettrica 45,3 TW/h

Carbone 40,7 TW/h

B ioenergie 10,1 TW/h

Altri combustibili 24,5 TW/h

S olare 10,1 TW/h

Importazioni

4 5,7 TW/h

3. Osserva le immagini e rispondi sul quaderno alle domande. 1. Che cosa rappresentano le tre immagini? 2. La prima e la seconda immagine hanno un elemento in comune: quale? 3. Il fenomeno illustrato nella terza immagine è strettamente legato al contenuto delle altre due. Perché?

E olica 9,8 TW/h G eotermica 5,3 TW/h

Fonte: GSE – Rapporto Statistico 2011 «Impianti a fonti rinnovabili»

1. Prepara un areogramma (con tre «spicchi») che rappresenti chiaramente la produzione globale di energia da fonti esauribili, quella da fonti rinnovabili e le importazioni. 2. Cerca in Internet gli stessi dati analizzati nella tabella ma relativi alla produzione mondiale di energia (anno 2010) e illustrali tramite areogramma. 3. Fai un confronto tra i due areogrammi realizzati ed esprimi le tue considerazioni in merito.

4. Analizza le trasformazioni energetiche nelle centrali elettriche.

4. Disegna un «areogramma ideale» rappresentativo di come dovrebbe essere, secondo il tuo punto di vista, la produzione energetica italiana facendo comparire, questa volta nel dettaglio, tutte le tipologie di fonti.

1. Analizza, riassumendole sul quaderno, le fasi del ciclo produttivo di una centrale idroelettrica. Scrivi poi quali forme di energia (ad esempio energia potenziale, termica, meccanica, cinetica ecc.) sono coinvolte nel corso di tale processo.

2. Realizzate un manifesto per un futuro sostenibile.

2. Ripeti l’esercizio analizzando le trasformazioni energetiche che avvengono in una centrale termoelettrica, in una centrale eolica e in una centrale solare.

Un manifesto è un documento scritto da un movimento o da una corrente politica, artistica o religiosa, per esprimere i propri principi su di uno specifico argomento, in cui crede fortemente, da sottoporre al giudizio pubblico. Preparate un manifesto per promuovere e sostenere l’utilizzo delle fonti rinnovabili in Italia.

5. Role play: immagina di essere un giornalista.

2. Preparate un’introduzione e raggruppate le vostre argomentazioni in almeno cinque punti.

3. Elaborate il documento creando, a scelta, un cartellone o una piccola dispensa stampata e rilegata.

Rielabora la documentazione trovata e prepara un testo sintetico da leggere in classe.

1. Iniziate scrivendo liberamente tutto ciò che riguarda l’argomento, ricercando anche documentazione varia.

283

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Forno solare Lo scopo di questa esperieza è quello di realizzare una superficie specchiante per incanalare i raggi solari in un punto e utilizzare il calore per riscaldare o cuocere i cibi.

ti trezzi occorren Materiali e at 1 scatolone Cutter 1 foglio da disegno 1 pellicola di plastica riflettente

Nastro adesivo Mattoni Listelli di legno 1 pentola con coperchio

1. Usando il cartone di uno scatolone, ritagliamo degli spicchi per costruire la struttura della superficie specchiante.

2. Su un foglio di carta da disegno, in scala 1 a 1 oppure 1 a 4, disegniamo una circonferenza con diametro 92 cm e dividiamola in 24 parti.

3. Uniamo i punti trovati sulla circonferenza. Quanto misura l’altezza e il lato più corto dei singoli triangoli?

4. L’altezza misura 45,6 cm mentre il lato corto è di 12 cm. Ora disegniamoli uno di fronte all’altro sul cartone.

5. Tracciamo una retta. Tracciamo la sua perpendicolare. Tracciamo una parallela a 45,8 cm di distanza.

6. Su una delle rette individuiamo 10 punti ogni 12 cm. Sull’altra retta individuiamo un primo punto a 6 centimetri, poi i punti ogni 12 cm.

7. Tracciamo le parallele ai punti trovati. In questo modo individuiamo i triangoli che costituiscono gli spicchi della nostra struttura.

8. Con un cutter ritagliamo con precisione 15 triangoli. Ecco i triangoli ritagliati.

9. Stendiamo il foglio di plastica riflettente autoadesivo, appoggiamo un primo triangolo, poi un secondo ruotato di 180 gradi, in questo modo risparmiamo sull’utilizzo della pellicola riflettente.

284

Risorse energetiche

AREA 6

11. Avviciniamo due spicchi e uniamoli con del nastro adesivo in carta. Avviciniamo l’altro spicchio e fissiamolo. Proseguiamo con gli spicchi successivi.

12. Dopo aver unito 21 spicchi, uniamo il primo e l’ultimo, ottenendo in questo modo un oggetto riflettente, simile a una parabola.

13. Cottura In una giornata d’estate, nel primo pomeriggio, abbiamo posto dei mattoni uno sull’altro, creando due pile. Sopra poniamo due listelli di legno. Posizioniamo la parabola riflettente, incliniamola in modo che i raggi del sole siano perpendicolari al fuoco della parabola.

14. Sopra i due listelli poniamo una piccola pentola nera. Il numero dei mattoni è stato calcolato in modo che il fondo della pentola si trovi esattamente nel fuoco della parabola, cioè a 48 cm.

15. Non ci resta che provare il nostro forno solare. Rompiamo un uovo nella pentola. Poi mettiamo il coperchio. A questo punto dobbiamo solo attendere. Il Sole è molto caldo, il cielo è limpido, quindi l’insolazione è buona, speriamo che tutto vada per il meglio!

16. Dopo mezz’ora, attraverso il coperchio vediamo che l’uovo si sta rapprendendo, ma aspettiamo ancora un po’...

17. Dopo un’ora di trepidazione, proviamo a togliere il coperchio. Wow, il nostro uovo è cotto perfettamente!

48 c

10. Con un cutter, ritagliamo la pellicola a filo del cartone e procediamo per gli altri spicchi.

18. Ora, se volete scaldare un po’ d’acqua o cuocere del cibo, sapete come fare.

285

AREA

Elettricità e macchine

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1-U2 VIDEO Lampada di design AUDIO + VIDEO In breve U1-U2 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 90-97-100 Esercizi U1-U2 Verifica di Area

CORRENTE ELETTRICA

1736-1819 L’ingegnere britannico James Watt mette a punto la prima macchina in grado di trasformare il vapore in movimento. Grazie a questa invenzione aumenta enormemente la disponibilità di energia utilizzabile nelle industrie e nei trasporti. A Watt è dedicata l’unità di misura della potenza.

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Magnetismo Lez. 90 Inquinamento elettromagnetico Lez. 93 Robotica Lez. 101 VIDEO Corrente elettrica in un circuito Lez. 87 Dinamo e motore a corrente continua Lez. 89 Dal magnetismo alla corrente elettrica Lez. 89 Trasformatore Lez. 89 Macchine semplici Lez. 96

286

1800

1800 Il fisico italiano Alessandro Volta giunge a formulare l’effetto elettrico tra metalli diversi. La sua invenzione viene poi battezzata pila per via della sua struttura caratteristica. Il nome è rimasto per indicare tutte le batterie, indipendentemente dalla loro forma.

1850

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Capire come funziona un im-

Pianificare le diverse fasi per la

L’alunno conosce i principali proces-

pianto elettrico domestico e sapere realizzare circuiti semplici. Conoscere gli effetti dell’elettricità e i suoi pericoli. Capire il funzionamento delle macchine semplici, la trasmissione del moto e l’automazione. Ipotizzare le conseguenze dell’uso dei motori a combustione interna.

realizzazione di un oggetto impiegando materiali di uso quotidiano. Smontare e rimontare semplici oggetti, apparecchiature elettroniche o altri dispositivi comuni. Utilizzare semplici procedure per eseguire prove sperimentali nei vari settori della tecnologia […]

si di trasformazione di risorse […]

Conosce e utilizza oggetti, strumenti e macchine di uso comune […]

Utilizza adeguate risorse […] per la progettazione e la realizzazione di semplici prodotti […] Sa utilizzare istruzioni tecniche per eseguire compiti operativi complessi […]

ENERGIA MECCANICA

1892 L’ingegnere tedesco Rudolf Diesel brevetta un motore a cui basta l’alta temperatura generata dalla compressione dell’aria nella camera di scoppio per l’accensione del carburante (gasolio). Ben presto trova impiego nel settore dei trasporti pesanti e successivamente nelle auto.

1900

1860 Il fisico italiano Antonio Pacinotti realizza uno dei primi generatori di corrente continua (definito anello di Pacinotti), costituito da un anello su cui è avvolto un filo di rame, posto tra i poli di un magnete; la rotazione impressa tramite una manovella induce nel filo una corrente elettrica. È il prototipo dell’odierna dinamo/motore.

1950

2000

1947 William Shockley, Walter Brattain e John Bardeen, ricercatori americani del Bell Laboratories, creano il primo transistor, che sostituisce le ingombranti valvole termoioniche. Questa scoperta apre le porte alla miniaturizzazione degli apparecchi elettronici.

287

UNITÀ

AREA 7 Elettricità Elettricità eemacchine macchine

Corrente elettrica LEZIONE

86. Che cos'è la corrente elettrica La corrente elettrica è un flusso di cariche elettriche che si muovono all’interno di un corpo conduttore.

LINK ➜ SCIENZE

Quando in casa si accende il televisore o il computer non si fa altro che permettere il passaggio di un flusso di cariche elettriche, meglio conosciuto come elettricità, che si muove in modo ordinato attraverso un corpo conduttore. L’elettricità non è visibile, ma è possibile osservare i suoi effetti. L’energia elettrica viene generata dagli elettroni, particelle piccolissime della materia a carica elettrica negativa, che ruotano intorno al nucleo dell’atomo. Nei metalli, ad esempio, gli elettroni posti nell’orbita più esterna possiedono una scarsa forza di legame con il nucleo, per cui se viene applicata una forza elettromagnetica si determina una loro migrazione. Si viene a creare così un movimento delle cariche negative verso un polo positivo dell’atomo vicino: l’energia generata dal movimento degli elettroni prende il nome di energia elettrica.

La materia è formata da molecole, composte a loro volta da particelle più piccole chiamate atomi. Nonostante ogni elemento in natura sia caratterizzato da tipi diversi di atomi, si può dire che la struttura elettrone base sia simile per tutti e assomigli a un piccolo sineutrone stema solare. Il nucleo centrale è formato da protoni (carica positiva) e da neutroni (neutri); attorno al nucleo ruotano altre particelle chiamate elettroni protone (carica negativa).

288

Per capire meglio il concetto della straordinaria velocità con cui si muove la corrente all’interno di un corpo metallico si può provare a immaginare un tubo aperto alle due estremità e pieno di palline: che cosa accadrebbe se, esercitando una certa pressione, si cercasse di introdurne delle altre? Sicuramente da una estremità uscirebbero tante palline quante ne vengono introdotte dalla parte opposta. Ciò spiega perché, agendo sull’interruttore, la lampadina si accende all’istante anche se si trova a notevole distanza.

Corrente elettrica Recipiente superiore

Flusso d’acqua

Rubinetto

Mulinello

Pompa

Recipiente inferiore Interruttore Generatore di tensione (pila) Differenza di potenziale Lampadina Corrente elettrica

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è la corrente elettrica? E l’energia elettrica? 2. C he cosa indicano la tensione, l’intensità di corrente e la resistenza? 3. Q uali sono le loro unità di misura? 4. Q ual è la differenza tra corpi conduttori e corpi isolanti?

Il rame è un ottimo conduttore della corrente elettrica per cui viene utilizzato per i cavi elettrici costituiti da decine di fili per essere più flessibili. I cavi sono rivestiti con una guaina in plastica come isolante.

UNITÀ 1

Un'analogia con il circuito idraulico Per comprendere facilmente il fenomeno della corrente elettrica, si può fare ricorso all’analogia tra ciò che accade in campo elettrico e quanto avviene in campo idraulico. Su un piano vengono posti due recipienti pieni d’acqua, collegati da un tubo. I due liquidi in questa situazione risultano in perfetto equilibrio: ora, se si alza uno dei due recipienti, come nella figura di sinistra, si può notare che il liquido si riversa nel contenitore posto più in basso. Nel sistema idraulico per far scorrere l’acqua è necessario avere un dislivello tra i due recipienti: più grande è la differenza di quota, maggiore sarà la velocità di scorrimento dell’acqua e questo si realizza, ad esempio, con una pompa che mantiene costante il flusso dell’acqua. In campo elettrico, questa differenza di altezza prende il nome di tensione elettrica o differenza di potenziale (ddp) e rappresenta la condizione indispensabile per far muovere gli elettroni nel corpo conduttore. Solo in presenza di una tensione elettrica è infatti possibile ottenere il passaggio di corrente e ciò si realizza grazie all’azione di un generatore di tensione. Aumentando la differenza di potenziale, aumenta anche l’intensità della corrente elettrica nel circuito (cioè il numero di cariche che si spostano in un secondo). La corrente elettrica nel conduttore incontra sempre una resistenza, che è tipica di ciascun materiale, con conseguente rallentamento della velocità degli elettroni. Questa forza frenante è definita resistenza elettrica. Le grandezze del circuito elettrico si esprimono con queste unità di misura: la tensione si misura in VOLT (V) l’intensità della corrente elettrica si misura in AMPÈRE (A) la resistenza si misura in OHM (Ω) Nel circuito idraulico, il lavoro che il mulinello compie dipende dalla pressione generata dalla pompa e dalla quantità di acqua che circola nel circuito. Analogamente, nel circuito elettrico la quantità di lavoro compiuta dalla lampadina, calcolato in un secondo, prende il nome di potenza. Per calcolare la potenza si moltiplica la tensione per l’intensità della corrente elettrica P = V × I L’unità di misura della potenza elettrica è il

WATT (W)

Tutti i dispositivi elettrici, compresi gli elettrodomestici, sono interessati da questo valore, che esprime, a parità di tensione a 220 V, il consumo di corrente elettrica.

I corpi conduttori e i corpi isolanti Il passaggio della corrente elettrica è legato alle caratteristiche dei materiali. Quelli che permettono il movimento degli elettroni sono chiamati conduttori perché si lasciano attraversare facilmente dalla corrente elettrica. Tra i materiali conduttori vi sono l’oro, l’argento, il rame, l’alluminio, l’acqua, il corpo umano e in genere tutti i metalli. Altri materiali, invece, oppongono molta resistenza al movimento degli elettroni e sono quindi detti isolanti. Materiali isolanti sono la plastica, il vetro, il legno (solo se asciutto), la gomma, il tessuto, la carta.

289

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

87. Semplici circuiti elettrici SIMBOLI Lampadina Filo conduttore

Il circuito elettrico è un sistema all’interno del quale passa la corrente elettrica. Gli elementi indispensabili che lo costituiscono sono il generatore, il filo conduttore, l’interruttore e l’utilizzatore. Il generatore fornisce l’energia, o differenza di potenziale, che permette il funzionamento dell’utilizzatore (nel nostro caso la lampadina). Interruttore

Interruttore

Flusso di elettroni

Pila Resistenza

Interruttore Corrente elettrica

Generatore Utilizzatore

Generatore di tensione

Filo conduttore

Utilizzatore

Per convenzione il senso della corrente elettrica va dal polo positivo a quello negativo.

Conduttore

Pila da 9 V

Lampadine collegate in parallelo

290

Lampadine collegate in serie

Quando si chiude il circuito con l’interruttore, un flusso di elettroni esce dal polo negativo del generatore, percorre tutto il circuito, passa nel filamento della lampadina e ritorna al polo positivo della pila, ristabilendo il numero delle cariche. Questo flusso di elettroni che attraversa il filo prende il nome di corrente elettrica. Il filo elettrico utilizzato nel circuito deve avere uno spessore adeguato per evitare che si surriscaldi al passaggio della corrente elettrica, mentre il piccolo filamento in tungsteno, posto all’interno della lampadina, oppone una forte resistenza al movimento della corrente elettrica, per cui diventa subito incandescente a tal punto da emettere luce. Quando si apre l’interruttore il flusso di corrente elettrica si interrompe.

Il circuito in serie Se si collegano due o più lampadine una dopo l’altra in modo che siano attraversate dalla stessa corrente, si realizza un circuito in serie. L’inconveniente di questo tipo di circuito è che, se una di esse dovesse fulminarsi, l’intero circuito non funzionerebbe più perché viene interrotto il passaggio della corrente. Il circuito in parallelo Se si collegano le lampadine a una stessa linea di alimentazione, ma ciascuna è indipendente dalle altre, si realizza un circuito in parallelo. Tutti gli utilizzatori vengono collegati alla stessa fonte di energia mediante due fili. In questo modo ogni lampadina è attraversata dalla stessa tensione elettrica e, anche se un utilizzatore dovesse fulminarsi, gli altri continuerebbero a funzionare regolarmente evitando il blocco del passaggio della corrente elettrica nell’intero circuito. Questo tipo di circuito è il più utilizzato nelle industrie e nelle abitazioni.

Corrente elettrica

UNITÀ 1

Anche i generatori che alimentano il circuito possono essere collegati in serie o in parallelo.

Il collegamento in serie Collegando tra loro alternativamente polo positivo con polo negativo si determina una tensione in uscita pari alla somma dei singoli voltaggi. Con due pile da 9 V si ottiene una tensione in uscita di 18 V.

Due pile da 9 V

18 V Lampadina

Due pile da 9 V

9 V

La corrente elettrica è generata dal movimento degli elettroni in un filo metallico. Il verso convenzionale della corrente elettrica va dal polo positivo a quello negativo, anche se gli elettroni (–) si spostano verso i protoni (+) dell’atomo vicino. Elettrone libero

Atomo

Lampadina

Il collegamento in parallelo In questo caso la tensione dei generatori (le pile) non si somma: due pile da 9 V forniscono una tensione in uscita di 9 V. L’intensità della corrente è invece data dalla somma delle singole intensità. Il circuito fornisce l’energia per un tempo maggiore rispetto a una sola pila.

La legge di Ohm Lo scienziato tedesco Georg Simon Ohm (1789-1854) nel 1826 scoprì la relazione che lega tra loro la tensione e la corrente che attraversa un conduttore, enunciando una legge importantissima e tuttora valida: «In un conduttore l’intensità di corrente elettrica è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza che oppone il conduttore». Indicando con: • R la resistenza agli estremi del conduttore; • V la differenza di potenziale o tensione a cui è sottoposto il conduttore; • I l’intensità di corrente che attraversa il conduttore I = V/R possiamo ricavare la formula per calcolare l’intensità:

Conduttore

da cui si ricavano le formule inverse:

GRANDEZZA

1. C he cos’è il circuito elettrico? 2. Q uali sono i diversi tipi di circuito elettrico? 3. C he cosa afferma la legge di Ohm?

V=R⋅I

La resistenza aumenta o diminuisce in funzione del materiale usato per formare il conduttore ed è inversamente proporzionale alla sezione (ciò vuol dire che all’aumento della sezione diminuisce la resistenza) e direttamente proporzionale alla lunghezza del filo.

Flusso convenzionale della corrente elettrica

PUNTI DI DOMANDA

R = V/I

DEFINIZIONE

UNITÀ DI MISURA

Carica elettrica

Proprietà della materia che sta all’origine di tutti i fenomeni elettromagnetici.

coulomb (C)

Tensione elettrica (V)

Differenza di potenziale elettrico o tensione in un circuito.

volt (V)

Resistenza (R)

Ostacolo al passaggio della corrente.

ohm (Ω)

Intensità (I)

Quantità di cariche che attraversano la sezione di un filo conduttore in un certo tempo.

ampère (A)

Potenza (P)

Prodotto tra la differenza di potenziale e l’intensità della corrente.

watt (W)

291

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

88. Generatori chimici LINK ➜ SCIENZE La pila di Volta La prima pila fu costruita nel 1799 da Alessandro Volta (1745-1827), che ottenne la corrente elettrica alternando dischetti di zinco e rame, separati da un panno imbevuto di una soluzione elettrolitica, cioè una sostanza che può condurre elettricità. Collegando il primo disco di zinco posto sulla parte inferiore con il disco di rame posto all’estremità opposta si crea la corrente elettrica. Il fenomeno si spiega perché i due metalli si comportano in modo differente: lo zinco, infatti, cede gli elettroni al rame e si ha così un addensamento di cariche positive da una parte e negative dall’altra, che generano la differenza di potenziale necessaria per la creazione della corrente elettrica.

Pile zinco-carbone e pile alcaline

› L’accumulatore al piombo Polo negativo Polo positivo

I generatori chimici sono particolari dispositivi in grado di produrre energia elettrica per effetto di reazioni chimiche. Ne fanno parte le pile o batterie, che una volta terminata la propria carica non sono più riutilizzabili e vengono gettate, e gli accumulatori o batterie ricaricabili, che possono essere sottoposti a una serie di ricariche.

Le pile Le moderne pile, pur sfruttando il principio della pila di Volta, non utilizzano più una soluzione elettrolitica liquida, bensì un impasto gelatinoso o un elettrolito solido, così da evitare pericolose fuoriuscite di liquido. Sul mercato sono presenti differenti tipi di pile che, a volte, prendono il nome dal metallo e dall’elettrolito usato: • le pile zinco-carbone, o pile Leclanché sono costituite da una barretta di grafite (polo positivo) e da un cilindro di zinco (polo negativo), al cui interno è introdotta la soluzione elettrolitica; • le pile alcaline utilizzano come elettrolito composti di metalli alcalini. Durano di più e si corrodono meno rispetto a quelle in zinco-carbone. Soddisfano le esigenze energetiche di piccoli elettrodomestici e di dispositivi portatili a basso assorbimento; • le pile all’ossido di argento e le pile al litio non ricaricabili sono caratterizzate da dimensioni molto ridotte e dalla forma a bottone. Vengono usate per orologi da polso, calcolatrici tascabili e piccoli dispositivi elettronici.

Se si collegano i due poli della pila a un circuito elettrico, si ottiene al suo interno una migrazione di cariche elettriche, che prende il nome di corrente elettrica. La tensione elettrica generata tra i due metalli che compongono la pila è in genere tra 1 e 2 V; per ottenere tensioni maggiori vengono collegate in serie più pile uguali. Dopo qualche tempo le reazioni che avvengono nella pila cessano e la pila si scarica.

Gli accumulatori

Lamina di separazione Piastra di piombo spugnoso (polo negativo)

292

Piastra di biossido di piombo (polo positivo)

Le piastre sono immesse in una soluzione di acqua e acido solforico.

Tra le pile esistono alcune tipologie costruite in modo diverso: facendo scorrere una corrente elettrica fra i poli nel verso opposto rispetto a quello generato dalla pila, al suo interno si provoca una reazione chimica in grado di accumulare energia, cioè cariche elettriche. Questi generatori sono chiamati accumulatori o batterie ricaricabili. L’accumulatore più diffuso è quello al piombo, utilizzato sulle automobili per avviare il motore, ma trova applicazione anche per mettere in funzione sistemi di emergenza nei casi in cui viene a mancare l’erogazione di energia fornita dalla rete elettrica.

Corrente elettrica

UNITÀ 1

Oggi sono disponibili accumulatori al nichel-cadmio, leggeri, ermetici e con le stesse dimensioni delle pile stilo (AA) o ministilo (AAA), che vengono utilizzati per alimentare dispositivi elettrici ed elettronici. Una caratteristica degli accumulatori al nichel-cadmio è l’effetto memoria ovvero, se vengono caricati ripetutamente prima che si scarichino, col tempo perdono la capacità di ricaricarsi al massimo.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Pile esauste: sono le pile ormai consumate che non funzionano più.

Gli accumulatori agli ioni di litio Gli accumulatori agli ioni di litio (chiamati anche Li-ion) sono batterie ricaricabili comunemente utilizzate nell’elettronica per computer portatili, telefoni cellulari e macchine fotografiche; recentemente hanno trovato impiego anche nell’alimentazione di utensili e attrezzi elettrici come trapani, tosaerba o soffiatori. Possiedono un buon rapporto potenza-peso e hanno il vantaggio di non essere soggetti all’effetto memoria. Un problema delle batterie Li-ion è che presentano un degrado progressivo a partire dal momento della fabbricazione anche se non vengono utilizzate, indipendentemente dal numero di cicli di carica e scarica. Per evitare danni irreversibili, le batterie Li-ion non vanno mai scaricate sotto una certa tensione. Va ricordato, inoltre, che tali batterie possono essere pericolose se impiegate impropriamente e, se vengono danneggiate, potrebbero persino esplodere.

NUOVE TECNOLOGIE Gli accumulatori agli ioni di litio Il grande interesse verso gli accumulatori agli ioni di litio è dovuto al fatto che le case automobilistiche si stanno orientando verso questa alternativa per l’immagazzinamento dell’energia necessaria al funzionamento dei motori elettrici del futuro. La tecnologia agli ioni di litio, infatti, permetterebbe all’auto di percorrere distanze più lunghe con un ridotto peso dell’auto. Le batterie a base di litio, tuttavia, presentano un problema: l’approvvigionamento della materia prima per la loro realizzazione. Il litio è infatti disponibile in natura in quantità limitata e richiede processi di estrazione particolarmente complicati e costosi; inoltre, il mercato è in mano a pochissimi produttori.

CITTADINANZA ATTIVA Smaltire pile e accumulatori esausti

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono i generatori chimici? 2. Q ual è la differenza tra pila e accumulatore? 3. C he cosa sono gli accumulatori agli ioni di litio?

Al termine del loro ciclo vitale, accumulatori e pile esauste diventano pericolosi se non vengono smaltiti correttamente. Al loro interno, infatti, contengono metalli pesanti come piombo, cromo, cadmio, rame, zinco e mercurio, che li rendono materiali altamente inquinanti per il terreno, per le falde acquifere e, se bruciati, per l’atmosfera. Si rende necessario, quindi, effettuare la raccolta differenziata. Inoltre, tramite alcune fasi di riciclo, è possibile recuperare da pile e accumulatori alcuni metalli preziosi che possono essere riutilizzati per garantire altri cicli produttivi, il che concorre a salvaguardare le riserve minerarie, l’ambiente e a contenere le spese per la loro estrazione.

293

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

89. Generatori elettromeccanici e trasformatori La dinamo Qualunque conduttore, se percorso da corrente elettrica, genera un campo magnetico attorno a sé. Se, viceversa, si muove un conduttore all’interno di un campo magnetico, in questo inizia a circolare una corrente, la quale cessa nel momento in cui si interrompe il movimento. Questa caratteristica è alla base della costruzione dei generatori di energia elettrica. La dinamo è una macchina elettrica usata per convertire l’energia meccanica di rotazione in energia elettrica sotto forma di corrente continua. Per ottimizzare la produzione il rotore deve ruotare ad almeno 600 giri al minuto.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Induzione: è il fenomeno

per il quale un corpo vicino a un altro modifica le sue iniziali proprietà; ne è un esempio la magnetizzazione.

› La dinamo 1  Statore È costituito da un magnete fisso che produce un campo magnetico permanente con un polo Nord e un polo Sud.

2  All’interno dello statore vi è il rotore costituito da lamierini di ferro dolce, su cui è presente un avvolgimento di sottili fili isolati di rame. Il rotore, quindi, si trova immerso nel campo magnetico prodotto dallo statore.

3  Per la legge di Faraday, in un conduttore che si muove in un campo magnetico nasce una forza elettromotrice indotta.

La tensione viene prelevata sul collettore mediante due spazzole.

4  Facendo ruotare il rotore nel campo magnetico, si genera una tensione.

I tipi di tensione

Tensione (V)

+ Tempo

La tensione continua, indipendentemente dal suo valore, ha la caratteristica di mantenere inalterata la polarità nel tempo, e quindi la corrente elettrica che si genera scorre sempre nello stesso senso. In un diagramma cartesiano è rappresentata con una riga continua. Un tipico esempio è la debole tensione generata dalle batterie e dagli accumulatori, sui quali è possibile individuare il polo positivo e quello negativo. La tensione continua con bassi valori (2-50 V) è utilizzata per alimentare quasi tutti i dispositivi elettronici, come computer portatili, telefoni cellulari o fotocamere digitali.

Tensione (V)

Periodo

–

Tempo

Tensione (V)

Periodo

+ O

294

–

Tempo

–

Nella tensione alternata monofase sia la polarità sia il senso di movimento cambiano continuamente nel tempo. Viene rappresentata con un’onda sinusoidale e il tempo impiegato da un’intera sinusoide per ripetersi identica prende il nome di periodo. La tensione alternata a 220 V, utilizzata nelle abitazioni, ha una frequenza di 50 Hz. Oltre che per l’illuminazione, è utilizzata per alimentare gli elettrodomestici, i computer desktop, i televisori e, tramite dispositivi come il trasformatore, anche diversi altri apparecchi elettronici. La tensione trifase è un tipo di tensione alternata con tre fasi, sfasate di un terzo di periodo una dall’altra. Per il trasporto necessita di tre cavi più un cavo di terra. Viene impiegata per il trasporto dell’energia sugli elettrodotti e viene utilizzata quasi esclusivamente nel settore industriale, ad esempio per alimentare i motori trifase a 380 V.

Corrente elettrica

UNITÀ 1

L'alternatore Per produrre energia elettrica di elevata potenza generalmente si impiegano gli alternatori. L’alternatore è una macchina elettrica rotante, che trasforma l’energia meccanica di rotazione in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

Osservando il comportamento dei fari di una bicicletta è possibile capire come funziona un alternatore. L’alternatore è costituito da un magnete cilindrico fatto girare dalla rotella zigrinata che si appoggia alla ruota. Le spire di filo di rame, avvolte su un nucleo di lamierini di ferro, sono collegate con un capo alla lampadina e con l’altro al telaio metallico della bicicletta. Quando la ruota gira, gira anche il magnete e, per induzione elettromagnetica, nelle spire si crea una tensione che fa accendere la lampadina. Più si pedala, più la lampadina si illumina; se ci si ferma, la lampadina si spegne.

A destra un motore a corrente alternata di tipo universale, quindi con collettore e spazzole (non presenti nell’immagine). A sinistra un motore a corrente alternata di tipo a induzione. Questo tipo di motore non presenta collettore né spazzole. Nello statore sono presenti gli avvolgimenti del circuito di alimentazione, che creano un campo magnetico rotante in grado di trascinare il rotore.

A seconda delle potenze in gioco le modalità di costruzione degli alternatori possono essere diverse: l’induttore può essere costituito da un magnete fisso oppure da avvolgimenti di filo; allo stesso modo, anche il rotore può essere costituito da un magnete fisso o da avvolgimenti di filo avvolti su lamierini di ferro dolce. Il principio di funzionamento di ogni tipologia di alternatore, comunque, è simile a quello della dinamo. Gli alternatori di grosse dimensioni, azionati dalla forza dell’acqua o messi in movimento da turbine, sono impiegati nelle centrali elettriche per produrre energia elettrica. In diversi settori gli alternatori hanno sostituito la dinamo e vengono impiegati, ad esempio, sulle biciclette per accendere i fari o nelle autovetture per caricare la batteria. In questo caso l’uscita dell’alternatore passa attraverso un raddrizzatore, che trasforma la tensione alternata in tensione continua.

I motori a corrente continua e alternata Il fenomeno dell’induzione elettromagnetica è alla base anche del funzionamento del motore elettrico, cioè un dispositivo che permette di trasformare l’energia elettrica in un movimento rotatorio. Tutti i dispositivi elettrici, dal piccolo giocattolo al grande impianto industriale, sono dotati al loro interno di un motore elettrico.

I motori a corrente continua La dinamo è una macchina elettrica reversibile: se si fornisce una tensione al rotore tramite due spazzole, il dispositivo si comporta come un motore elettrico. I motori a corrente continua, detti motori sincroni, hanno la caratteristica di ruotare a velocità costante. Quelli di piccola potenza sono utilizzati per azionare elettroutensili, elettrodomestici a batteria e i motorini dei radiocomandi. I motori a corrente continua di elevata potenza, invece, sono impiegati nel settore dell’automazione e per il finanziamento di mezzi di trasporto elettrici come treni, metropolitane e tram. I motori a corrente alternata Spesso i motori hanno sia il rotore sia lo statore a filo avvolto, e sono chiamati anche motori universali perché possono essere alimentati con una tensione continua o alternata.  Questi motori hanno dimensioni compatte, un’alta velocità di rotazione, di circa 3 000 giri al minuto, e un buono spunto iniziale. Trovano quindi largo impiego nei piccoli elettrodomestici usati in modo intermittente, in particolare dove è richiesta un’alta velocità di rotazione: ad esempio, frullatore, aspirapolvere, asciugacapelli, lavatrice, trapano. Lo svantaggio è dato dalla presenza del collettore a lamelle, con la conseguente usura delle spazzole che ne compromette l’affidabilità. Nelle applicazioni industriali i motori a corrente alternata monofase sono poco usati, mentre trovano largo impiego quelli alimentati con tensione trifase, anche di grosse dimensioni.

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AREA 7 Elettricità e macchine

Il trasformatore L’induzione elettromagnetica è alla base anche del funzionamento del trasformatore, un dispositivo in grado di innalzare o abbassare la tensione alternata (va ricordato che il trasformatore non può funzionare in presenza di una tensione continua). Il trasformatore è composto da un nucleo di ferro dolce, sul quale sono presenti due avvolgimenti di filo elettrico isolato: quello primario è collegato al generatore, mentre quello secondario è collegato al circuito di utilizzo. La corrente alternata che scorre nell’avvolgimento primario provoca un campo magnetico che, tramite il nucleo di ferro, si trasferisce all’avvolgimento secondario, inducendo così nell’avvolgimento secondario una tensione, il cui valore è proporzionale al numero di spire: il numero delle spire negli avvolgimenti condiziona l’aumento o la diminuzione della tensione. Si avrà quindi un trasformatore elevatore di tensione o un trasformatore riduttore di tensione. I grossi trasformatori sono impiegati per innalzare o abbassare la tensione sulle linee per il trasporto dell’energia elettrica. I piccoli trasformatori, invece, con l’aggiunta di pochi altri componenti elettronici, sono utilizzati per alimentare una vasta gamma di prodotti elettronici.

PUNTI DI DOMANDA 1. A che cosa servono la dinamo e l’alternatore? 2. C he tipo di corrente si genera con la dinamo? E con l’alternatore? 3. C ome possono essere i motori elettrici? 4. A che cosa serve il trasformatore?

Nucleo di ferro, costituito da lamierini di ferro dolce Circuito di utilizzo Avvolgimento primario

220 V Avvolgimento secondario

Se si vuole diminuire la tensione sull’avvolgimento secondario, quello primario deve avere un numero di spire maggiore rispetto al secondario. Viceversa, se si vuole aumentare la tensione sull’avvolgimento secondario, l’avvolgimento primario avrà un numero di spire minore.

NUOVE TECNOLOGIE Il campo magnetico in medicina Una particolare applicazione del magnetismo generato con correnti elettriche è la RMN (Risonanza Magnetica Nucleare). Il campo magnetico, generato con un’apposita apparecchiatura, viene irradiato sul corpo del paziente secondo angolazioni diverse. I dati che si ottengono, elaborati da un computer, permettono di ottenere immagini degli organi in formato tridimensionale. Tale diagnostica consente di ricavare informazioni sulle caratteristiche chimiche e fisiche dei tessuti molli quali muscoli, organi interni, vasi sanguigni e sistema nervoso. I campi magnetici sono inoltre sfruttati nella magnetoterapia. Questa tecnologia utilizza campi magnetici a bassa densità per curare, nei vari settori della medicina, traumi, disturbi articolari, ulcere di origine traumatica e da ustioni, malattie reumatiche, disturbi di tipo infiammatorio. Si tratta di una terapia utilizzata in alternativa ai farmaci e alla quale si ricorre con interesse sempre crescente.

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Corrente elettrica

UNITÀ 1

LEZIONE

Attorno alla calamita si esercita una forza d’attrazione, chiamata campo magnetico, che si manifesta secondo le linee di forza, osservabili facilmente con della polvere o limatura di ferro.

90. Effetto elettromagnetico I magneti naturali In natura esistono dei materiali, ad esempio la magnetite, che si comportano come magneti. Questi magneti naturali, chiamati comunemente calamite, sono detti permanenti perché mantengono nel tempo la loro capacità di magnetizzazione. Tra le caratteristiche delle calamite vi sono la capacità di attrarre solo materiali ferrosi e avere sempre una polarità distinta in polo Nord e polo Sud anche se vengono divisi in più parti. Inoltre, le forze di interazione tra calamite (poli uguali si respingono, mentre poli contrari si attraggono) rimangono tali anche all’interno dell’acqua o in presenza di ostacoli come legno, vetro, tessuti, carta, plastica.

L'effetto elettromagnetico Se si avvolge un filo elettrico isolato, formando un certo numero di spire, attorno a una barretta di ferro e si collegano le due estremità del filo ai poli di una batteria, si crea un’elettrocalamita. La corrente che circola nel filo crea un campo magnetico, che influenza la barretta generando una forza chiamata elettromagnetica, capace di attrarre oggetti di ferro. La forza elettromagnetica si differenzia dal magnetismo della calamita perché può essere interrotta o ripristinata in qualsiasi momento aprendo o chiudendo il circuito elettrico.

Spire di filo elettrico

Barretta di ferro

Interruttore

Pila

Chiodi

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le caratteristiche delle calamite? 2. C he cos’è la forza elettromagnetica? 3. C ome funziona il campanello elettrico?

Il treno a levitazione magnetica, o maglev, è un tipo di treno che viaggia grazie al fenomeno della levitazione magnetica. Il maglev, che è in grado di muoversi a velocità elevatissime e su lunghi percorsi, potrebbe competere con il trasporto aereo, ma l’elevato costo per la realizzazione delle infrastrutture ne ha attualmente limitato l’utilizzo a brevi tratte. I 30 km tra l’aeroporto di Shanghai, in Cina, e il centro città vengono percorsi in circa 7 minuti, a una velocità di 500 km/h.

Nella vita quotidiana spesso si utilizza, senza rendersene conto, l’effetto dell’elettrocalamita, ad esempio quando si premono i pulsanti per suonare il campanello o per aprire il portone di casa. Nelle industrie viene utilizzato per spostare oggetti di ferro oppure rottami o materiali comunque ferrosi.

Il campanello elettrico Il campanello elettrico è un esempio di dispositivo elettromagnetico basato sul principio dell’induzione elettromagnetica, ovvero la capacità posseduta dalla corrente elettrica di creare un campo magnetico. Il componente elettrico ha la funzione di richiamare l’attenzione su un particolare evento, ad esempio la segnalazione di una persona all’ingresso di casa, una situazione di pericolo, un allarme nell’ascensore oppure per indicare l’intervallo o la fine delle lezioni a scuola.

› Il campanello elettrico 2

Chiudendo l’interruttore si alimenta il circuito.

3  Il passaggio della corrente nella bobina crea un campo elettromagnetico.

Pila

4  La forza elettromagnetica attrae la barretta fissata su un perno.

Campana

8  Il ciclo si ripete fin tanto che si permette alla corrente di circolare nel circuito.

5  Il martelletto colpisce la campana e viene emesso un suono.

7  Contemporaneamente la barretta si allontana dalla vite e interrompe il circuito. Tornando nella posizione iniziale, la barretta richiude il circuito.

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AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

91. Effetto termico e luminoso L'effetto termico (effetto Joule) La corrente elettrica che scorre in un corpo conduttore inevitabilmente incontra una certa resistenza dovuta al tipo di materiale, sviluppando e disperdendo dell’energia sotto forma di calore. A questo fenomeno s’interessò James Prescott Joule (1818-1889), fisico inglese che studiò e quantificò la dispersione di calore prodotta dal passaggio della corrente elettrica in un conduttore.

I cavi che trasportano l’energia sono interessati dall’effetto Joule. Quindi, per evitare che una grande quantità dell’energia prodotta si disperda sotto forma di calore, la tensione viene innalzata con trasformatori fino a 380 000 volt, in modo da diminuire il valore della corrente. Questo fa sì che, a parità di energia elettrica trasportata, si riducano le perdite.

Se da una parte la dissipazione di energia risulta svantaggiosa proprio perché si disperde una certa quantità di energia, dall’altra può risultare vantaggiosa perché, sfruttando questo effetto, è possibile ottenere energia termica. La corrente elettrica che circola in un’apposita resistenza la riscalda producendo calore. Questa caratteristica viene sfruttata nel funzionamento di stufe e forni elettrici, ferri da stiro, asciugacapelli, tostapane.

L'effetto luminoso: gli apparecchi di illuminazione Gli apparecchi di illuminazione sono dei sistemi elettrici progettati per trasformare l’energia elettrica in energia luminosa. Il principio generale, secondo Joule, si basa sulla versatilità che ha la corrente di essere trasformata facilmente in calore e luce quando si trova in presenza di una resistenza che diventa incandescente.

Le lampadine a incandescenza Le lampadine a incandescenza sono formate da un’ampolla di vetro sotto vuoto al cui interno è stata tolta l’aria. Internamente si trova un sottile filamento di tungsteno, sorretto da due elettrodi, il quale, al passaggio della corrente elettrica, diventa incandescente determinando l’emissione di luce. Poiché solo il 10% dell’energia viene convertita in effetto luminoso, la Comunità Europea ha decretato che dal 2012, a causa del loro eccessivo consumo di energia, queste lampadine non possono più essere utilizzate per l’illuminazione. Sono disponibili lampadine alogene alimentate direttamente a 230 volt, in genere di potenza, fino a 1 000 watt. Altri modelli molto piccoli (i faretti), alimentati a 12 volt per mezzo di un trasformatore, sono adatti a illuminazioni localizzate e di arredo.

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Le lampadine alogene Le lampadine alogene sono delle particolari lampadine a incandescenza. Sono formate da un bulbo di vetro generalmente di quarzo, con all’interno un filamento di tungsteno e un gas inerte, che limita l’evaporazione del metallo e determina una maggiore efficienza luminosa. Anche per queste lampadine buona parte dell’energia viene trasformata in calore. Raggiungono temperature di 250 °C, per cui durante il funzionamento occorre assolutamente evitare il contatto per non incorrere in pericolose scottature. La loro durata è maggiore rispetto a quella delle lampadine a incandescenza, emettono una luce più bianca e il rendimento arriva al 20%. Sono utilizzate nell’illuminazione domestica e dei negozi, nei fari di automobili, camion e motociclette, ma trovano impiego anche per l’illuminazione di grandi ambienti.

Corrente elettrica

Poiché contengono mercurio, una sostanza tossica per l’uomo, le lampadine fluorescenti vanno depositate negli appositi contenitori e smaltite con sistemi specializzati.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cos’è l’effetto Joule? 2. Q uali tipi di lampadine esistono attualmente sul mercato? 3. C he cos’è il lumen?

UNITÀ 1

Le lampadine a fluorescenza Le lampadine a fluorescenza sono costituite da un tubo di vetro la cui parte interna è rivestita con materiale fluorescente. L’aria presente all’interno viene tolta e sostituita da un gas nobile a bassa pressione come il neon o l’argon, con l’aggiunta di una piccola quantità di mercurio. La corrente che viene fatta passare tra i due elettrodi eccita gli atomi di mercurio favorendo l’emissione di radiazioni ultraviolette che colpiscono il materiale fluorescente, il quale emette a sua volta luce visibile. Cambiando la composizione chimica del materiale fluorescente si può ottenere una luce più calda, tendente al giallo, o più bianca, oppure una luce colorata come avviene per le insegne luminose. Per poter essere accese le lampadine fluorescenti lineari necessitano di un reattore, che porta la normale tensione di rete da 230 volt a circa 400 volt, e uno starter (accenditore) esterno alla lampada. Sono utilizzate prevalentemente negli uffici e nei negozi. Le lampadine fluorescenti circolari e quelle compatte sono usate principalmente in ambito domestico; nell’attacco a vite è presente un circuito elettronico che ne permette l’accensione e l’alimentazione. Le lampadine LED L’invenzione del LED risale a circa mezzo secolo fa, quando era usato come sorgente puntiforme per segnalare l’accensione dei dispositivi elettronici. Da allora si sono perfezionate le tecniche di produzione e oggi viene impiegato anche come sistema illuminante per piccoli e grandi ambienti. I singoli LED, il cui funzionamento si basa sul fenomeno dell’elettroluminescenza dovuto ai fotoni, non emettono molta luce perciò è necessario raggrupparli e assemblarli all’interno della lampadina per formare un sistema unico. Sotto il profilo del consumo, le lampadine LED consentono di risparmiare l’80% di energia elettrica. Hanno un costo ancora piuttosto elevato, ma grazie al risparmio che si ottiene in termini di consumo domineranno il mercato già dai prossimi anni.

POTENZA DELLA LAMPADINA

Di seguito è presentato un confronto tra i consumi di energia dei diversi tipi di lampadina: paragonate a quelle a incandescenza, le altre lampadine consentono un risparmio energetico.

RENDIMENTO LUMINOSO

100 W

1 300-1 400 lumen

75 W

920-970 lumen

60 W

700-750 lumen

40 W

410-430 lumen

25 W

220-230 lumen

L'emissione luminosa A parità di energia consumata, i diversi tipi di lampadina differiscono per la quantità di luce emessa. Sulle confezioni delle lampadine inizia ad apparire il rendimento luminoso espresso in lumen, che sostituisce quello in watt. Si può quindi confrontare immediatamente la quantità di luce emessa dalle lampadine. Per avere l’equivalente di luce di una lampadina a incandescenza da 100 W bisogna sceglierne una da 1 300-1 400 lumen.

NUOVE TECNOLOGIE 100% 90%

100% consumo

risparmio energetico

80% 70-80% consumo

70% 60%

50-60% consumo

50%

Nel prossimo futuro

risparmio energetico risparmio energetico

risparmio energetico

40% 30%

20-30% consumo

20%

<20% consumo

10% 0% Lampadine a incandescenza

Alogene classe C

Alogene classe B

Fluorescenti compatte

LED

OLED è l’acronimo di Organic Light Emitting Diode ovvero diodo organico a emissione di luce. Si tratta di una tecnologia che permette di realizzare display simili a quelli utilizzati per lo schermo delle televisioni, con la capacità di emettere luce propria. Grandi pannelli illuminanti per esterni e interni potrebbero rendere le pareti delle abitazioni delle grandi fonti di luce. La tecnologia OLED ha grandi vantaggi in termini di efficienza energetica, ma attualmente ha costi ancora elevati e una durata operativa limitata.

299

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

92. Elettrodomestici OSSERVA E SPERIMENTA 1. I nserisci in una tabella i consumi elettrici mensili della tua famiglia e analizza i dati. 2. Q uali gesti compi quotidianamente per il risparmio energetico? Spegni la luce quando esci dalla tua camera? Spegni il televisore? Fai un elenco.

Gli elettrodomestici facilitano i lavori domestici e semplificano la vita, ma determinano buona parte dei consumi di energia elettrica in un’abitazione. Il consumo annuale di elettricità in una famiglia dipende dalle ore di utilizzo degli elettrodomestici e dall’efficienza. Per avere un’idea dei consumi energetici dei propri elettrodomestici bisogna leggere la targhetta riportata sugli apparecchi. In caso di acquisto di un nuovo elettrodomestico, è importante scegliere tenendo conto dei dati contenuti nell’etichetta energetica.

La potenza e i consumi L’energia utilizzata da un elettrodomestico è calcolata moltiplicando la potenza dell’elettrodomestico per il tempo di funzionamento, e comunemente la sua unità di misura è il kilowattora all’anno (kW/h annui). = E = ENERGIA P = POTENZA

Quando si appoggia una pentola in materiale ferroso sul piano di cottura, l’energia elettromagnetica provoca il surriscaldamento del fondo della pentola permettendo la cottura dei cibi. 2

Il piano cottura è dotato di sensori in grado di riconoscere la presenza di una pentola compatibile per la cottura a induzione; recipienti in vetro, alluminio o rame non sono adatti. Appena la pentola viene allontanata, l’energia viene interrotta. 3

Al di sotto del piano cottura in vetroceramica vi è una spirale percorsa da corrente elettrica che genera energia elettromagnetica. 1

Nel forno può essere presente il grill, costituito da una resistenza elettrica. Serve per dorare la parte superiore dei cibi. 2

1  Le microonde sono prodotte da un dispositivo chiamato magnetron, che genera onde elettromagnetiche (2,45 GHz). Queste producono uno scuotimento sulle molecole degli alimenti che contengono acqua, grassi, carboidrati, producendo così per attrito il calore necessario per riscaldare il cibo.

Il rivestimento esterno è in lamiera, l’interno è in plastica e tra questi (4-5 cm) vi è del materiale isolante termico: polistirolo o poliuretano espanso. 1

2  Un motore elettrico aziona il compressore, che comprime il gas refrigerante che circola in un circuito chiuso. Il gas diventa liquido e si raffredda a circa –30°C.

300

Il liquido passa nella serpentina all’interno del frigorifero e sottrae calore all’ambiente. 3

6  Termostato per la regolazione della temperatura. 4  Nella serpentina, posta dietro al frigo, il liquido cede all’ambiente esterno il proprio calore e diventa gas. 5  Il liquido ritorna al compressore per riprendere il ciclo.

T = TEMPO

La cucina a induzione Dopo il fuoco, il piano cottura a gas e quello elettrico, sta cominciando a diffondersi la cucina a induzione, una tecnologia che sfrutta l’energia elettromagnetica.

Il forno a microonde Il forno a microonde sfrutta le onde elettromagnetiche per scaldare o cuocere gli alimenti; ha il pregio di accorciare i tempi di cottura ed è particolarmente indicato per i cibi ricchi d’acqua, come le verdure. Le microonde sono pericolose per l’uomo; per questo motivo l’elettrodomestico è fornito di un dispositivo di sicurezza che interrompe il funzionamento quando viene aperto. Il frigorifero Il frigorifero, attraverso la bassa temperatura, rallenta il moltiplicarsi dei batteri, quindi serve alla conservazione dei cibi. In alcuni casi è presente anche la cella frigorifera, che serve a conservare i prodotti congelati e surgelati, a temperature più basse. I consumi sono influenzati dalla frequenza con cui vengono aperte la porta del frigorifero e quella della cella frigorifera.

Corrente elettrica 3  Il ciclo del lavaggio prevede le seguenti sequenze: prelavaggio, riscaldamento dell’acqua, lavaggio, risciacquo e centrifugazione.

1  Una serpentina riscalda l’acqua contenuta nel cestello in cui sono stati posti la biancheria e il detersivo.

UNITÀ 1

La lavatrice Lo scopo della lavatrice è quello di eliminare lo sporco dalle fibre degli indumenti, utilizzando acqua e detersivo. I consumi dipendono soprattutto dalla temperatura dell’acqua di lavaggio.

2  Un motore, tramite due pulegge e una cinghia, imprime un movimento rotatorio al cestello, in senso sia orario sia antiorario.

Le stoviglie vengono risciacquate con acqua pulita.

1  Un’elettrovalvola convoglia l’acqua nella vasca, poi una resistenza elettrica la riscalda.

6  Alla fine una resistenza elettrica provvede a riscaldare l’aria per asciugare le stoviglie.

3  La pompa, azionata da un motore, aspira dal fondo l’acqua e la dirige sulle stoviglie. Questo ciclo continua per tutto il lavaggio.

Un’elettrovalvola apre lo sportello del detersivo.

La lavastoviglie Il lavaggio nella lavastoviglie avviene grazie all’azione meccanica dell’acqua calda, combinata con l’azione sgrassante del detersivo.

4  Alla fine del lavaggio, l’acqua viene scaricata tramite una pompa nello scarico.

1  L’acqua, contenuta in un serbatoio, viene riscaldata da una resistenza elettrica che può essere collocata a diretto contatto con l’acqua.

2  Un termostato permette di mantenere costante la temperatura dell’acqua.

Lo scaldabagno Lo scaldabagno ha il compito di fornire all’acqua fredda il calore necessario per raggiungere la temperatura desiderata. Ne esistono elettrici o a gas. Lo scaldabagno elettrico è uno degli elettrodomestici che consumano più energia e viene consigliato solo quando non è possibile produrre acqua sanitaria con altri sistemi, come gas o pannelli solari. Lo scaldabagno a gas funziona con uno scambiatore di calore: l’acqua fredda passa in una serpentina e viene riscaldata dalla combustione del gas; la chiusura del rubinetto dell’acqua calda determina l’arresto della combustione. Il ciclo riprende ogni volta che si riapre il rubinetto dell’acqua calda.

L’etichetta energetica In tutti i Paesi dell’Unione Europea sono entrati in vigore i nuovi requisiti di efficienza energetica per gli elettrodomestici. Sulle nuove etichette energetiche, uniformi nei 27 Stati membri per tutti gli apparecchi della stessa categoria, sono state introdotte tre classi energetiche, A+ A++ A+++, andate ad aggiungersi a quelle preesistenti. Il numero totale delle classi energetiche è rimasto sette. L’etichettatura è obbligatoria e riguarda frigoriferi e frigocongelatori, congelatori, cantinette per il vino, lavatrici, lavastoviglie, asciugatrici, condizionatori d’aria, lampade elettriche, apparecchi per l’illuminazione e televisori. Ridurre i consumi di energia è importante per raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico che l’Unione Europea ha fissato per contrastare gli effetti negativi dei cambiamenti climatici.

Nome del produttore o del marchio e codice di identificazione del modello. Classe energetica di efficienza. L’acquirente può facilmente comprendere quanto consuma il prodotto che si appresta ad acquistare: si va dal colore verde per le classi energetiche più efficienti fino al rosso per quelle con consumi più elevati.

Consumo annuo di energia elettrica in kW/h. Pittogrammi che mettono in luce performance e caratteristiche; variano a seconda del tipo di elettrodomestico.

301

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

93. Effetto fisiologico Attraverso scosse elettriche il defibrillatore permette di riattivare il cuore e di salvare dalla morte cardiaca. I tempi di intervento devono quindi essere dell’ordine dei minuti a partire da quando il cuore si è fermato.

L’effetto fisiologico si produce quando la corrente elettrica percorre un corpo vivente, che è un buon conduttore, determinando contrazioni muscolari involontarie. È il caso della scossa elettrica, che può provocare la morte ma, se adeguatamente controllata e dosata (come in un defibrillatore), serve per riattivare il cuore in caso di arresto cardiaco.

La corrente elettrica può essere pericolosa! In casa può capitare di dover sostituire una lampadina che non si accende oppure riparare una presa o una spina elettrica. Per evitare pericoli non bisogna mai iniziare alcun intervento di riparazione sull’impianto elettrico (fili elettrici) o sugli apparecchi utilizzatori (lampadine, elettrodomestici) se prima non si è interrotta l’erogazione dell’energia elettrica. I normali interruttori presenti sull’impianto elettrico interrompono l’energia elettrica su un solo filo, quindi toccando l’altro filo il nostro corpo potrebbe chiudere il circuito con il pericolo di folgorazione. Prima di qualsiasi intervento occorre pertanto agire sull’interruttore generale e metterlo in OFF o staccare la spina dell’apparecchio dalla presa di corrente. Si tratta di un’operazione molto importante, che può salvare la vita. Gli incidenti da contatto elettrico possono capitare per diverse cause e possono avvenire in maniera indiretta o diretta.

LINK ➜ SCIENZE Il corpo umano, essendo formato da una composizione salina, è un buon conduttore, di conseguenza toccando un filo in cui è presente una tensione elettrica si genera una corrente elettrica. Quando la corrente elettrica attraversa il corpo provoca dei danni che dipendono dall’intensità della corrente, dalla durata del contatto e dalle condizioni di salute del soggetto. Il passaggio della corrente elettrica nel corpo umano provoca diverse conseguenze pericolose.

Fibrillazione ventricolare (la corrente, interagendo con gli stimoli elettrici fisiologici del cuore, ne altera il funzionamento). Arresto della respirazione. Contrazione dei muscoli per il periodo di contatto (tetanizzazione).

Ustioni con bruciatura della parte colpita, dovuta all’effetto Joule.

Il contatto diretto avviene quando il nostro corpo viene a contatto, ad esempio, con un filo scoperto dell’impianto elettrico oppure con una spina in cui, per cause accidentali, un filo si è staccato. Il contatto indiretto avviene quando un apparecchio utilizzatore (ad esempio il frigorifero, la lavatrice, la lavastoviglie), per cause accidentali, presenta sulle parti metalliche una tensione che normalmente non dovrebbe avere. L’impianto di messa a terra, se eseguito a regola d’arte, dovrebbe evitare questo tipo di contatto disperdendo a terra questa corrente: la dispersione di corrente verso terra, infatti, fa scattare automaticamente l’interruttore salvavita.

L'impiantistica e la sicurezza Gli apparecchi elettrici devono riportare il marchio CE, con cui il fabbricante dichiara di aver rispettato i requisiti minimi di sicurezza elettrica.

302

In un’abitazione la prima regola per la sicurezza è quella di avere l’impianto elettrico a norma. La realizzazione e la manutenzione dell’impianto devono essere eseguite da professionisti che, al termine del lavoro, rilasciano un certificato di conformità. Le norme prevedono anzitutto la presenza di cavi rivestiti con materiale autoestinguente, un materiale che, a contatto con una fiamma, non si incendia.

Corrente elettrica

UNITÀ 1

L’impianto elettrico e gli apparecchi utilizzatori prevedono diversi sistemi di sicurezza. • L’interruttore generale permette di disinserire manualmente l’energia elettrica. • L’interruttore differenziale, chiamato anche salvavita, interviene in caso di contatto accidentale, interrompendo istantaneamente l’erogazione di energia elettrica. Almeno una volta al mese andrebbe premuto È bene non inserire prese multiple una l’apposito pulsante presente sull’apparecchio per intervenire manualnell’altra e, soprattutto, non inserire nella stessa mente e verificarne quindi il funzionamento. presa multipla elettrodomestici che consumano • L’interruttore magnetotermico, installato a protezione degli apparecparecchia energia, come il frigorifero e il forno, chi, è in grado di interrompere l’energia elettrica se il dispositivo ha un in quanto le prese potrebbe surriscaldarsi e assorbimento di corrente più elevato del previsto. provocare un principio d’incendio. Meglio • A proteggere un apparecchio potrebbe esserci un fusibile: ha la funzioutilizzare prese multiple chiamate «ciabatte» ne, bruciandosi, di interrompere il passaggio della corrente se l’apparecfacendo attenzione a sceglierne una in grado di supportare la potenza desiderata. chio utilizzatore presenta un assorbimento maggiore di elettricità. • Inoltre, per sicurezza, sempre nel rispetto delle norme vigenti, le prese e l’impianto devono avere un filo di messa a terra (detto conduttore di terra), contraddistinto dalla colorazione giallo-verde della guaina protettiva. Questo filo è collegato a un dispersore di terra (formato da paletti metallici conficcati in profondità nel terreno), il quale ha il compito di disperdere la corrente che accidentalmente potrebbe essere presente sulla superficie degli apparecchi utilizzatori.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. V erifica se nella tua casa è presente un interruttore salvavita: leggi sull’apparecchio ogni quanto tempo occorre provarne il funzionamento e, con l’aiuto dei tuoi genitori, procedi premendo il pulsante.

Oltre alle norme generali di sicurezza, per ogni elettrodomestico e per determinate situazioni esistono delle regole specifiche che vanno rispettate. • Elettrodomestici: non togliere la spina tirando il filo. • Ferro da stiro: staccare la spina prima di rovesciare l’acqua nel serbatoio. • Asciugacapelli: non usarlo con le mani bagnate o umide o quando si ha una parte del corpo, ad esempio i piedi, a contatto con l’acqua; staccare la spina subito dopo l’uso. • Forno a microonde: non accendere il forno senza aver prima inserito il prodotto da riscaldare. Non inserire contenitori metallici, né fogli di alluminio. • Prese: non inserire più spine e prese multiple una nell’altra. • Bagno: non lasciare apparecchi con la spina inserita nella presa, anche se spenti, sui bordi di vasche o lavandini. • Se vi sono bambini piccoli in casa, accertarsi che le prese siano di sicurezza, altrimenti utilizzare copripresa isolanti in plastica in modo da non poter inserire oggetti nelle prese.

L’inquinamento elettromagnetico L’impiego dell’energia negli impianti per le telecomunicazioni e nelle apparecchiature elettriche domestiche ha incrementato l’inquinamento elettromagnetico. Campi elettromagnetici di notevole intensità sono generati dagli elettrodotti e dai tralicci per il trasporto dell’energia elettrica, dai grossi trasformatori e dai ripetitori televisivi e telefonici che, per questo motivo, sono generalmente posizionati a una certa distanza dagli edifici. Anche nelle abitazioni sono presenti campi elettromagnetici a bassa intensità generati da elettrodomestici come forni a microonde, televisori, computer, dai componenti elettronici delle lampadine fluorescenti e dai telefoni cellulari. Nonostante i singoli campi elettromagnetici siano deboli, l’uso sempre maggiore di queste apparecchiature determina un’esposizione sempre più prolungata alle onde elettromagnetiche con effetti sul nostro corpo. Gli studi sugli effetti provocati dalle onde elettromagnetiche sul nostro corpo a volte sono allarmanti. Poiché gli effetti di tali campi diminuiscono se gli apparecchi sono distanti, è buona norma fare in modo che le sorgenti elettromagnetiche siano posizionate a una certa distanza dalle persone, soprattutto dal cervello. In particolare, è meglio tenere le apparecchiature elettriche lontane dal proprio letto.

303

AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

94. Elettronica PAROLE DELLA TECNOLOGIA

Elettronica o elettrotecnica?

Transistor: negli anni

L’elettronica e l’elettrotecnica sono discipline che, pur avendo delle affinità, meritano una chiara collocazione. L’elettrotecnica è lo studio della produzione, del trasporto e dell’utilizzo dell’energia elettrica con intensità di corrente in genere elevata. L’elettronica invece si occupa della realizzazione di dispositivi finalizzati alle applicazioni pratiche. Tali dispositivi utilizzano come veicolo di informazione segnali elettrici con deboli o debolissime correnti. I segnali elettrici possono essere analogici o digitali.

Cinquanta, con il termine transistor venivano chiamate le radio portatili che funzionavano appunto con questi dispositivi.

I componenti elettronici I componenti elettronici vengono divisi in due gruppi: componenti passivi (resistori, condensatori, induttanze, trasformatori) e componenti attivi (diodi, transistor, circuiti integrati e LED).

Resistori I resistori, conosciuti anche come resistenze elettriche, sono elementi che regolano il flusso della corrente elettrica. Il loro valore, misurato in ohm, può essere fisso o variabile. Resistori a valore fisso Sono generalmente di forma cilindrica con delle bande colorate che ne indicano il valore e due terminali metallici, chiamati reofori, inseriti per essere saldati al circuito stampato. Resistori variabili Detti anche potenziometri o trimmer. Il valore della resistenza può essere modificato manualmente ruotando una manopola o una vite. condensatore fisso

condensatore elettrolitico

Condensatori I condensatori sono dei componenti elettronici capaci di immagazzinare una tensione. Questi, una volta sottoposti a tensione, si caricano dello stesso valore della sorgente e la mantengono nel tempo anche dopo il suo distacco dal generatore. Sono costituiti da due armature con materiale conduttore, separate da un isolante chiamato dielettrico, che può essere solido, liquido o gassoso. L’unità di misura è il farad (F) ma si usano quasi sempre i suoi sottomultipli (micro, nano, pico). Sono generalmente utilizzati per mantenere costante la tensione (livellare). Diodi Il diodo è un componente elettronico la cui funzione è quella di consentire il passaggio della corrente in un solo verso e di bloccarla nella direzione opposta. È formato da una giunzione indicata con le lettere P-N, corrispondenti rispettivamente all’anodo e al catodo. Una corrente alternata attraversa un diodo solo se il flusso va nella sua stessa direzione. Questa proprietà viene usata, assieme ad altri componenti, per raddrizzare correnti alternate. I trasformatori veri e propri che servono per portare la tensione da 220 volt a 6-12 volt, e che vengono usati per i più svariati dispositivi elettronici, sono formati dal trasformatore e da 4 diodi che fungono da raddrizzatore.

304

Circuito stampato Trasformatori Sono costituiti da due avvolgimenti in rame, isolati, posti attorno a un nucleo di lamierini di ferro dolce. A parità di potenza sono in grado di ridurre la tensione di uscita rispetto a quella di ingresso, oppure di aumentarla.

Induttanza

Anodo: è il

conduttore elettrico attraverso il quale la corrente entra in un circuito.

Catodo: all’opposto

+ P

– N

dell’anodo, è il conduttore elettrico attraverso il quale la corrente elettrica esce da un circuito.

Giunzione: è il contatto tra due semiconduttori.

Corrente elettrica

UNITÀ 1

LINK ➜ STORIA La storia dell’elettronica nasce nel 1906 per opera dell’inventore statunitense Lee De Forest, che costruì un dispositivo per controllare il flusso della corrente in una valvola termoionica, chiamata triodo. Questa scoperta, nel corso della metà del Novecento, trovò applicazione nel campo delle

Valvole termoioniche

Transistor anni Sessanta

diodo + –

radiocomunicazioni. Dopo la Seconda guerra mondiale fu la volta dell’invenzione del transistor e, successivamente, si sviluppò la tecnologia per la fabbricazione dei circuiti integrati, che si sono rivelati vantaggiosi per l’ingombro ridotto e soprattutto per la migliore affidabilità.

Transistor recenti

Circuito integrato

Microprocessore

LED I diodi emettitori di luce, meglio conosciuti come LED (Light Emitting Diode, cioè diodo che emette luce), si basano sul fenomeno dell’elettroluminescenza. Quando vengono attraversati da una corrente elettrica, emettono una luce. Si trovano come spia di segnalazione su molti elettrodomestici o su sistemi in cui è necessario evidenziare il funzionamento, lo spegnimento o particolari anomalie alle macchine. Esistono anche tipi di LED che emettono una luce non visibile, a infrarossi, utilizzati tra l’altro per i telecomandi, oppure laser ottenuti da speciali diodi per i lettori di DVD e CD. Sono utilizzati anche nel settore dell’illuminazione. Visualizzatori alfanumerici In tutti i sistemi di rilevamento di misure, i valori numerici delle relative grandezze vengono controllati attraverso i visualizzatori alfanumerici. Questi sono formati da una griglia di segmenti, piccoli tratti in grado di formare i numeri compresi da 0 a 9 e alcune lettere alfabetiche. Altri visualizzatori alfanumerici sono realizzati con un numero maggiore di segmenti oppure con dei puntini luminosi disposti normalmente su una matrice di 7 righe e 5 colonne, che permettono la formazione di caratteri speciali come maggiore, minore, punto esclamativo, punto di domanda, freccia e molti altri simboli. Alcuni visualizzatori sfruttano il principio dei LED per emettere luce, altri utilizzano cristalli liquidi (LCD).

NPN

PNP

Transistor Il transistor è simile al diodo ma con una giunzione in più. È possibile quindi avere un transistor NPN oppure PNP. È costituito da materiali semiconduttori come il silicio ed è in grado di far variare, entro certi limiti, la resistenza alla corrente elettrica. La parola transistor, dall’inglese transformer resistor, vuol dire trasformatore di resistenza. In elettronica viene utilizzato principalmente come amplificatore di segnali elettrici e come interruttore, funzionante per mezzo di segnali elettrici. Il transistor fu inventato negli Stati Uniti nel 1947 e da allora, con i continui progressi, ha rivoluzionato il mondo dell’elettronica sostituendo le vecchie e ingombranti valvole termoioniche. Basti pensare che oggi alcuni microprocessori sono formati da oltre 2 miliardi di transistor.

Circuiti integrati I circuiti integrati sono dei componenti elettronici realizzati con un materiale semiconduttore, generalmente silicio, chiamato substrato, le cui dimensioni variano da pochi millimetri a qualche centimetro e nel cui interno vengono ricavati, con tecniche particolari, transistor, diodi, resistori e condensatori. Questi circuiti integrati, chiamati anche chip, sono fissati a dei sostegni, che a loro volta sono collegati a dei terminali esterni chiamati piedini o pin. Il primo circuito integrato è stato realizzato nel 1958: esso era costituito da 10 componenti, mentre oggi è possibile superare anche il milione. I vantaggi derivati da tali circuiti sono le dimensioni ridotte, una grande affidabilità, una drastica riduzione degli interventi per riparazioni e manutenzioni, costi di produzione ridotti e brevi tempi di montaggio sui circuiti stampati.

305

AREA 7 Elettricità e macchine

I trasduttori e gli attuatori I trasduttori sono dispositivi che trasformano una grandezza fisica in un segnale elettrico. Gli attuatori, invece, trasformano l’energia elettrica in un’altra forma di energia. Il termostato sfrutta le proprietà di una termoresistenza trasformando la temperatura dell’ambiente in un segnale elettrico per accendere o spegnere la caldaia.

Un motore elettrico trasforma l’energia elettrica in movimento rotatorio.

La presenza di luce viene rilevata da un interruttore crepuscolare, dotato ad esempio di un fotoresistore, che trasforma la luce in un segnale elettrico per attivare l’illuminazione del giardino o quella stradale.

La lampadina trasforma l’energia elettrica in luce. L’altoparlante della cassa acustica trasforma un segnale elettrico in un segnale sonoro.

Il microfono trasforma la vibrazione di una membrana in un segnale elettrico che può essere amplificato o registrato.

L'elettronica e le sue applicazioni PAROLE DELLA TECNOLOGIA Ampiezza: è la variazione di altezza che si determina in una oscillazione. La sua misura avviene tra la linea centrale e la sua massima distanza.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q ual è la differenza tra elettronica ed elettrotecnica? 2. Q uali sono i principali componenti utilizzati nell’elettronica?

L’espressione congegno elettronico o funzionamento elettronico è ormai diventata di uso comune. La casa è sicuramente l’ambiente più ricco di apparecchi elettronici: televisore, forno a microonde, computer, videogiochi, orologi, videocitofono, fotocamera, telefono, cellulare, sistema di antifurto sono solo alcuni tra una moltitudine di sistemi elettronici. Tuttavia, l’elettronica è presente anche in numerosi altri settori, e in alcuni casi svolge un ruolo dominante. • Nelle fabbriche l’elettronica controlla buona parte delle macchine utensili, dei bracci robotici e di tutti gli automatismi per la produzione. • Nel campo aeronautico è presente praticamente in tutti i congegni di bordo: dal decollo all’atterraggio l’aereo è costantemente monitorato da sistemi elettronici. • Grazie alle tecnologie elettroniche l’industria automobilistica, dalle vetture utilitarie alle auto di Formula 1, può soddisfare le necessità in termini di sicurezza, riduzione dei consumi e delle emissioni e aumento del livello di comfort. • Non c’è branca della medicina in cui l’elettronica non sia presente: sistemi robotizzati per la chirurgia, impianti di pace-maker, defibrillatori, monitor per elettrocardiogramma, micropompe per la somministrazione di farmaci, protesi acustiche. • L’elettronica è presente nel settore militare, dove viene impiegata per la sorveglianza del territorio tramite satelliti artificiali o radar, e nella missilistica.

Il segnale analogico

ampiezza

Il segnale analogico è in grado di assumere qualunque valore nel tempo. Tali valori possono essere costanti o variare istante per istante, occupando precise posizioni al disopra o al disotto dell’asse di riferimento.

x = tempo

Il segnale digitale In un sistema digitale i segnali sono rappresentati attraverso la codifica binaria, cioè utilizzando due soli valori, 0 e 1, che sono la rappresentazione «logica» di due situazioni reali: la presenza di un segnale o la sua assenza. L’elettronica e l’informatica oggi si basano su questa codifica. Il segnale digitale ha il vantaggio di poter essere trasportato per lunghe distanze senza alterazione ed essere memorizzato e di effettuare elaborazioni che, a fronte di un medesimo input, generano sempre lo stesso risultato.

306

valore 1 valore 0

x = tempo

Corrente elettrica

UNITÀ 1

TECNOLOGIE SOSTENIBILI LEZIONE

95. Rifiuti elettrici ed elettronici

I RAEE sono i rifiuti delle apparecchiature che dipendono dall’energia elettrica per il loro funzionamento; comprendono grandi e piccoli elettrodomestici, apparecchiature informatiche, per le telecomunicazioni e di illuminazione, strumenti elettrici ed elettronici, giocattoli e apparecchiature per lo sport e per il tempo libero, strumenti di monitoraggio e controllo, distributori automatici.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa indica la sigla RAEE? 2. I n che modo si smaltiscono i rifiuti elettrici ed elettronici?

La crescente diffusione di apparecchi elettrici ed elettronici determina, una volta terminato il loro ciclo di vita, il rischio che sostanze tossiche possano finire nell’ambiente, in discariche o bruciati in termovalorizzatori con conseguenze negative per l’ambiente. L’Unione Europea ha quindi emanato la Direttiva RAEE, secondo cui gli Stati membri devono organizzare la raccolta e il riciclaggio di tutti i rifiuti elettrici ed elettronici. La raccolta e il trattamento dei RAEE sono a carico dei produttori di apparecchiature elettriche ed elettroniche i quali, per sostenere questi costi, fanno pagare un contributo al momento dell’acquisto di una nuova apparecchiatura. I cittadini possono conferire i propri rifiuti presso le isole ecologiche oppure riconsegnare il rifiuto direttamente al rivenditore al momento dell’acquisto di una nuova apparecchiatura della medesima tipologia; in alternativa, è anche possibile richiedere il ritiro a domicilio dei rifiuti ingombranti (frigoriferi, lavatrici ecc.). I consorzi per la gestione dei rifiuti RAEE provvedono a smontare e trattare questi rifiuti recuperando metalli, plastica, vetro, gas e materiali inquinanti. Si evita così uno spreco di risorse che possono essere riutilizzate per costruire nuove apparecchiature e si favorisce la sostenibilità ambientale, dal momento che questi tipi di rifiuto contengono sostanze considerate tossiche per l’ambiente.

› Lo smaltimento dei rifiuti elettrici ed elettronici 1

Se è presente questo logo, il materiale può essere riciclato.

3  A carico dei consorzi i rifiuti RAEE vengono portati presso gli impianti di trattamento. In Italia tali consorzi sono una quindicina.

4  Segue lo stoccaggio provvisorio per macro categorie.

5  I singoli apparecchi vengono smantellati manualmente. 8  Vengono recuperati i metalli come acciaio, alluminio, rame, oro, argento.

Gli apparecchi elettrici ed elettronici vengono separati per famiglie omogenee. 2

R1 Freddo e clima: frigoriferi, congelatori, condizionatori.

R2 Grandi bianchi: lavatrici, asciugatrici, lavastoviglie, forni a microonde, cappe.

6  I gas dei rifiuti di tipo R1 vengono raccolti.

R4 Piccoli elettrodomestici: stampanti, PC, giocattoli elettrici ed elettronici, elettroutensili, telefoni, apparecchi illuminanti. R5 Sorgenti luminose: lampade al neon e a basso consumo. R3 TV e monitor a tubo catodico, LCD o plasma.

Le singole categorie di prodotti vengono frantumate e macinate. 7

9  Le altre materie secondarie recuperate sono vetro e plastiche.

307

IN BREVE LEZIONI 86 E 87

Che cos'è la corrente elettrica La corrente elettrica è un flusso di cariche elettriche (elettroni) che si muovono all’interno di un corpo conduttore. Un semplice circuito elettrico è costituito da un generatore, che fornisce la tensione elettrica, un filo conduttore, un interruttore e un utilizzatore. In un circuito elettrico la tensione si misura in volt (V), l’intensità della corrente elettrica in ampère (A) e la resistenza in ohm (Ω).

Semplici circuiti elettrici In un circuito gli utilizzatori possono essere collegati in serie o in parallelo. Il circuito presente nelle abitazioni è di tipo parallelo. Nel circuito, R rappresenta la resistenza costituita dal conduttore, V la tensione, I l’intensità di corrente che attraversa il conduttore. La relazione che lega tra di loro la tensione e la corrente è definita dalla legge di Ohm: I = V/R. LEZIONI 88, 89 E 90

Generatori chimici I generatori chimici producono energia elettrica per effetto di reazioni chimiche. Ne fanno parte le pile, che una volta terminata la propria carica non sono più riutilizzabili, e gli accumulatori, che possono essere sottoposti a una serie di ricariche. Gli accumulatori più diffusi sono al piombo (usati sulle auto), al nichel-cadmio e agli ioni di litio, usati per i dispositivi elettronici e, più recentemente, per le auto elettriche.

Generatori elettromeccanici e trasformatori La tensione continua ha la caratteristica di mantenere costante il proprio valore nel tempo. La tensione alternata, invece, cambia istante dopo istante, generalmente 50 volte in un secondo. L’energia elettrica presente nelle abitazioni è di tipo alternato, a 220 volt circa. La dinamo è una macchina elettrica in grado di trasformare l’energia meccanica di rotazione in una tensione continua, mentre l’alternatore produce una tensione alternata. Le centrali per la produzione di energia elettrica utilizzano alternatori. I motori a corrente continua o alternata trasformano l’energia elettrica in un movimento rotatorio. I trasformatori sono macchine elettriche statiche, impiegate per innalzare o abbassare una tensione alternata. L’induzione elettromagnetica è la capacità posseduta dalla corrente di creare un campo magnetico. LEZION I 91, 92 E 93

Effetto termico e luminoso Quando la corrente elettrica passa in un conduttore, incontra una certa resistenza generando calore: questo effetto è chiamato effetto Joule. Gli apparecchi di illuminazione trasformano l’energia elettrica in energia luminosa. Oltre alle lampadine a incandescenza, non più usate, vi sono le lampadine alogene, fluorescenti e i LED.

Elettrodomestici Gli elettrodomestici sono macchine elettriche che determinano buona parte dei consumi di energia elettrica in un’abitazione. Al fine di risparmiare il consumo di energia, al momento dell’acquisto di un elettrodomestico occorre leggere l’etichetta energetica.

Effetto fisiologico Il passaggio della corrente elettrica di una certa intensità nel nostro corpo può provocare l’arresto della respirazione e del cuore e causare ustioni. LEZIONI 94 E 95

Elettronica L’elettrotecnica è lo studio della produzione, del trasporto e dell’utilizzo dell’energia elettrica con intensità generalmente elevate. L’elettronica riguarda la realizzazione di dispositivi tramite l’impiego dei componenti elettronici passivi e dei componenti attivi. Per la costruzione dei dispositivi elettronici si impiegano generalmente segnali elettrici caratterizzati da deboli o debolissime correnti di tipo analogico o digitale.

Rifiuti elettrici ed elettronici I RAEE (Rifiuti delle Apparecchiature Elettriche ed Elettroniche) devono essere conferiti presso le isole ecologiche comunali oppure riconsegnati al rivenditore quando si acquista un nuovo apparecchio.

308

UNITÀ 1

Corrente elettrica

ESERCIZI Conoscenze

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le calamite sono dei magneti permanenti.

1. Scegli l’alternativa corretta.

2. I poli con la stessa polarità si attraggono.

1. La tensione si misura in a  volt

3. La magnetite è un magnete naturale.

4. L’acqua ostacola l’azione della calamita.

ampère

2. La plastica e la gomma sono materiali a  conduttori b  isolanti

7. Scegli l’alternativa corretta.

2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Per effetto Joule l’energia elettrica si trasforma in a  calore b  umidità

1. I generatori non possono essere collegati V F in serie.

2. Le lampadine alogene servono per a  riscaldare b  illuminare

2. I generatori collegati in parallelo aumentano il proprio voltaggio.

3. Le lampadine fuori produzione sono quelle a a  incandescenza b  fluorescenza

3. Nel circuito in serie gli utilizzatori funzionano sempre contemporaneamente.

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

4. Nelle abitazioni si utilizzano circuiti in parallelo.

1. Il consumo elettrico di un’abitazione dipende anche dall’efficienza degli elettrodomestici.

2. La cucina a induzione sfrutta l’effetto magnetico.

3. Il forno a microonde sfrutta le onde elettromagnetiche.

3. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Gli accumulatori vanno smaltiti con un’apposita raccolta differenziata.

2. La pila è un particolare tipo di accumulatore.

4. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. alternata – dinamo – continua – corrente – alternatore La ............................................ e l’............................................ sono due generatori di .........................................: ...................,

il primo genera sempre una corrente

......................

mentre il secondo produce una corrente ................................. .

5. Scegli l’alternativa corretta. 1. I motori sincroni ruotano a velocità a  costante b  irregolare 2. I motori universali sono quelli a corrente a  continua b  alternata 3. Il trasformatore innalza o abbassa la tensione a  continua b  alternata

9. Inserisci i termini mancanti. 1. L’effetto

..............................................

si produce quando un corpo vi-

vente è percorso dalla corrente elettrica. 2. Se il corpo umano viene a contatto con un filo scoperto, il contatto è di tipo

..............................................

3. Il dispositivo che consente di disinserire manualmente l’energia elettrica è l’interruttore

..............................................

10. Inserisci i termini mancanti. 1. L’.............................................. studia la produzione, il trasporto e l’utilizzo della corrente elettrica. 2. I diodi, i transistor, i circuiti integrati e i LED sono chiamati componenti 3. I

..............................................

sono diodi che emettono luce.

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Supponete di avere a disposizione due pile da 4,5 V e tre da 1,5 V, quattro lampadine da 1,5 V, una da 3 V e una da 4,5 V, tre interruttori, tre porta lampadine e un filo sufficientemente lungo. Come li colleghereste tra loro per ottenere tre distinti circuiti?

2. L’energia elettrica ha una fondamentale importanza nella nostra vita: perché non è corretto sprecarla inutilmente? 3. Spiega che tipo di circuito elettrico eseguiresti per l’illuminazione in un appartamento e perché. 4. Quali precauzioni occorre prendere per effettuare in sicurezza un intervento su un circuito con corrente elettrica?

309

UNITÀ

AREA 7 Elettricità Elettricità eemacchine macchine

2 Energia

meccanica LEZIONE

96. Macchine semplici

Carrucola Paranco

Le macchine semplici sono dispositivi che l’uomo utilizza per potenziare la forza muscolare o per velocizzare un lavoro. Generalmente vengono sfruttate per compiere lavori come trasportare, ruotare, sollevare, tirare e tagliare. Le più importanti macchine che l’uomo ha utilizzato nel corso della storia, e dalle quali successivamente è derivata tutta una lunMACCHINE ga serie di altri meccanismi più complessi, SEMPLICI sono la leva e il piano inclinato. Questi congegni, che servono a equilibrare o vincere una forza, si basano su una forza moLeva Piano inclinato trice, generalmente muscolare, che viene applicata per prevalere su quella resistente. Le macchine semplici non possono essere Asse della ruota Cuneo Vite scomposte in altre più semplici, ma dall’associazione di due o più di esse si ottengoVerricello, argano no le macchine composte.

LINK ➜ SCIENZE La meccanica è la branca della fisica che si occupa di tutti gli effetti che le forze esercitano sugli oggetti. Si suddivide essenzialmente in: • statica, quando le forze agiscono su un corpo non in movimento; • dinamica, quando le forze agenti sono applicate a un corpo in movimento. Per forza si intende qualunque causa capace di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo, come il vento che muove i rami o sposta le foglie cadute per terra.

310

Con lavoro si definisce qualunque effetto in grado di spostare un corpo; quindi, se non c’è spostamento, non esiste lavoro: ad esempio se si tiene una valigia sospesa da terra, non si compie un lavoro perché non c’è spostamento. La formula che regola il lavoro è: L = F x s (dove F è la forza impiegata ed s è lo spostamento che avviene nella stessa direzione della forza applicata.) La potenza (o forza applicata) è la quantità di lavoro che una forza o una macchina compie nell’unità di tempo. Se si vuole far compiere un lavoro a una macchina in un tempo minore, bisogna aumentarne la potenza.

Energia meccanica

braccio della potenza

Fm (forza motrice)

braccio della resistenza

Fulcro

Fr (forza resistente)

La leva La leva rappresenta la più antica tecnologia che l’uomo abbia mai usato per sfruttare al massimo la propria forza muscolare. La leva è costituita da un’asta rigida che si muove su un punto fisso, più o meno centrale, detto fulcro, mentre alle due estremità opposte vengono applicate la forza motrice (Fm) e la forza resistente (Fr), le cui distanze dal fulcro prendono il nome di bracci.

In base al rapporto tra forza resistente e forza motrice (o potenza) le leve si distinguono in: • vantaggiose, se la forza motrice è minore della forza resistente, ovvero se il braccio della potenza è maggiore del braccio della resistenza; • svantaggiose, se la forza motrice richiesta è maggiore della forza resistente, quindi se il braccio della potenza è più corto del braccio della resistenza; • indifferenti, se la forza motrice richiesta è uguale alla forza resistente, cioè se il rapporto tra resistenza e potenza è uguale alla distanza tra i due bracci.

Se: Fr > Fm, la macchina è vantaggiosa. Fr < Fm, la macchina è svantaggiosa. Fr = Fm, la macchina è indifferente.

Fulcro

Fm Fm

Potenza Fm (P) Potenza (P) Potenza (P)

Secondo la disposizione del fulcro tra le due forze, le leve si distinguono in diverse categorie. • Leva di primo genere. Si ha una leva di primo genere quando il fulcro si trova tra la forza motrice (Fm) e la forza resistente Fulcro Fr (Fr). Queste leve possono essere vantaggioFulcro se quando il braccio della forza motrice è Fr Fulcro Resistenza Fr maggiore di quello della forza resistente, (R) oppure svantaggiose o indifferenti. Resistenza (R) Resistenza Esempi: altalena a bilanciere, bilancia a (R) stadera, tenaglie, forbici, carrucola fissa, P vanga, remo. P Fr P

Fr Fr

Fulcro Fulcro Fulcro

Fm Fm R R

Fulcro

Fr R Fulcro

UNITÀ 2

Fulcro Fulcro Fulcro

P Fm P P

Fr Fr

• Leva di secondo genere. Si ha una leva di secondo genere quando la forza resistente si trova tra il fulcro e la forza motrice. Queste leve sono macchine sempre vantaggiose. Esempi: carriola, schiaccianoci, mantice. • Leva di terzo genere. Si ha una leva di terzo genere quando la forza motrice (potenza) si trova tra il fulcro e la forza resistente. Queste leve sono macchine sempre svantaggiose. Esempi: pinzetta, braccio umano, pinza per il ghiaccio, pinza per i carboni ardenti.

Nel corpo umano l’articolazione dell’avambraccio è una leva di terzo genere. Il fulcro è il gomito, la forza motrice (Fm) è costituita dai muscoli dell’avambraccio, mentre la forza resistente (Fr) è costituita, oltre che dal peso del braccio e della mano, anche dal peso che si sta sollevando.

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AREA 7 Elettricità e macchine Carrucola fissa

La carrucola

Staffa

Perno

La carrucola è una macchina semplice costituita da una ruota o puleggia sulla cui estremità è alloggiata una scanalatura, o gola, nella quale scorre una fune. La ruota gira intorno a un asse chiamato perno ed è vincolata a una staffa su cui si trova il gancio. Viene utilizzata generalmente per sollevare dei carichi pesanti dal suolo. La carrucola può essere fissa o mobile.

10 kg Fm Carrucola mobile

Carrucola fissa. Il gancio della staffa è vincolato a un sostegno; alle due estremità della fune sono fissati rispettivamente il carico da sollevare (Fr) e la forza motrice (Fm). Per il lavoro che svolge, la carrucola fissa è considerata una leva di primo genere, in quanto il fulcro si trova tra la forza motrice e quella resistente.

Fr = 10 kg

Carrucola mobile. In questa macchina il gancio serve per fissare il carico, quindi svolge una funzione di resistenza, mentre alle due estremità della fune vi sono rispettivamente la forza motrice (Fm) e il fulcro. In questo caso la carrucola, che ha la forza resistente tra la Fm e il fulcro, risulta una leva di secondo genere.

Paranco composto

Paranco semplice

10 kg

Fulcro

10 kg

Fm 10 kg

10 kg

Fr = 20 kg Fr = 40 kg

Verricello

L'asse della ruota

Tamburo Manovella

Tra le macchine semplici vi è anche l’asse della ruota; si tratta di una leva di primo genere, vantaggiosa, che può avere l’asse di rotazione orizzontale o verticale.

Fm Aste

Argano

312

L’unione di due o più carrucole forma la carrucola composta, o paranco. • Nel paranco semplice la macchina è costituita da due carrucole: una fissa e l’altra mobile. Il vantaggio è lo stesso della carrucola mobile. • Il paranco composto è un sistema formato da un insieme di carrucole fisse e di carrucole mobili. Ogni carrucola dimezza la forza motrice, per cui il paranco viene impiegato per sollevare enormi pesi applicando una forza motrice limitata.

Il verricello è costituito da un cilindro orizzontale chiamato tamburo e da una ruota, che utilizzano lo stesso asse di rotazione. Non è raro trovare in sostituzione della ruota una manovella che ricopre la stessa funzione. Il funzionamento di questa macchina consiste nel far avvolgere una fune o una catena attorno al tamburo, che ruota intorno al proprio asse (fulcro), mediante la rotazione della ruota o manovella (Fm) per sollevare un carico (Fr) da un piano. Più l’asta del braccio della manovella è lunga, minore sarà la forza motrice da applicare. L’argano possiede una configurazione strutturale simile a quella del verricello, solo che il tamburo, invece di essere posto in modo orizzontale, si trova disposto in verticale. Il principio del funzionamento è identico a quello del verricello, cambia solo il verso dello spostamento della forza resistente, che in questo caso viene trascinata e non sollevata.

UNITÀ 2

Energia meccanica

Il piano inclinato Il piano inclinato è una macchina semplice sempre vantaggiosa, che sfrutta una superficie inclinata per rendere più agevole lo spostamento di un carico rispetto al piano; il carico può essere trainato, spinto o rotolato. Il piano offre una minore forza motrice da applicare quanto minore sarà l’angolo rispetto al piano. Ad esempio, se bisogna caricare un pesante fusto su un camion, per agevolare il lavoro è sufficiente mettere un’asse creando un piano inclinato, che consente di applicare una forza minima. Ciò è dovuto al fatto che qualunque corpo posto su un piano inclinato è soggetto alla forza peso Fr2 che si scompone nella forza resistente parallela al piano Fr e una forza perpendicolare a esso Fr1. Ne consegue che la forza motrice Fm dovrà vincere solamente la forza resistente Fr.

Una delle applicazioni del piano inclinato riguarda la realizzazione di strade in salita. Per superare grandi dislivelli senza che la pendenza della strada sia eccessiva vengono costruiti i tornanti; in questo modo si evita di procedere seguendo un rettilineo ad alta pendenza ma si privilegiano curve con inclinazione minore.

Fm Fr Fr1

Fr2

Il cuneo Testa Fianco

Tagliente

Il cuneo è formato da due piani inclinati, chiamati fianchi, uniti da una faccia minore, o testa, e da un vertice che costituisce la punta, o tagliente. Il cuneo, ottenuto da un materiale quasi sempre metallico, per la sua forma è considerato un piano inclinato: maggiore sarà la lunghezza dei fianchi in rapporto al suo spessore, minore sarà la forza per conficcarlo internamente negli oggetti. Funziona applicando una forza sulla testa del cuneo, la quale si scompone in due parti perpendicolari e parallele ai fianchi del cuneo. L’intensità della forza risultante sul tagliere è quindi inversamente proporzionale all’ampiezza dell’angolo del cuneo. Per cui il cuneo risulta vantaggioso. Il principio viene utilizzato in moltissimi attrezzi da taglio, come coltelli, chiodi, scalpelli, aghi, tenaglie, asce e forbici e anche per perforare.

La vite Passo della vite Passo della vite

Madrevite

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uando una leva è vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente? 2. Q uali sono le principali macchine semplici? E come funzionano?

La vite è da considerarsi come un piano inclinato sulla cui superficie viene inciso un filetto elicoidale in grado di trasformare il moto circolare in moto rettilineo. La distanza tra due punti consecutivi del filetto prende il nome di passo della vite. La sezione del filetto può avere una forma triangolare, rettangolare, trapezoidale o quadrata. Facendo ruotare la vite con una piccola potenza si vince facilmente la resistenza opposta dal materiale. Per il suo corretto funzionamento è necessario un apposito alloggiamento, o madrevite, che in alcuni casi è realizzato a parte, mentre in altri si crea in automatico, come ad esempio nella vite utilizzata per tenere insieme parti di legno o metalli teneri. Tale vite commercialmente prende il nome di vite autofilettante, ovvero è la vite stessa a creare il filetto della madrevite. La vite trova applicazione in tutti i settori, in particolare l’idraulica, la falegnameria, la meccanica. Il principio della vite è impiegato in un’infinità di piccoli oggetti, dai tappi delle bottiglie alle lampadine elettriche.

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97. Trasmissione del moto Le ruote dentate Pignone

Le ruote dentate sono dei sistemi meccanici utilizzati per trasmettere un moto rotatorio. In questi meccanismi la ruota dentata che imprime il moto è definita pignone o motrice, e l’altra, che subisce il movimento rotatorio, è detta corona o condotta. Si utilizzano ruote dentate con misure diverse per aumentare o diminuire il numero di giri e di conseguenza la loro velocità.

Pignone

Corona Corona

Ruote dentate coniche

Le ruote dentate possono trasmettere sforzi elevati senza slittare. Trovano impiego in diversi ambiti, dai piccoli elettrodomestici alle grandi macchine utensili. Nelle macchine operatrici sono impiegate per trasmettere il moto rotatorio dei motori elettrici, mentre nei motori a scoppio trasmettono il moto agli ingranaggi del cambio di velocità e del differenziale delle ruote.

Rocchetto a dentiera

Puleggia

Gli organi flessibili La trasmissione del moto con organi flessibili avviene quando i due sistemi rotatori sono posti a una certa distanza tra di loro. Il movimento viene affidato a mezzi flessibili come la cinghia, la fune o la catena.

Scanalatura

Cinghia trapezoidale

Quando la trasmissione avviene attraverso una cinghia incrociata, la puleggia conduttrice e quella condotta non ruotano nello stesso senso ma in verso opposto.

Cinghia rettangolare con denti

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La puleggia e la cinghia La ruota che imprime il movimento è chiamata puleggia e presenta una scanalatura, detta anche sagoma, che ha lo scopo di accogliere una fune oppure una cinghia a sezione trapezoidale, rettangolare piatta o rettangolare con denti. La cinghia è generalmente realizzata in gomma telata. La puleggia serve per trasmettere il moto di rotazione dei motori elettrici nelle macchine utensili, negli elettrodomestici, come le lavatrici, negli ascensori e nelle macchine agricole.

La seggiovia è costituita da una fune chiusa ad anello fra le stazioni di partenza e arrivo, ed è mossa da un motore elettrico. La fune a cui sono agganciati i seggiolini è sorretta a diversi metri di altezza tramite dei pali ed è guidata da pulegge.

Energia meccanica

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funzionano le ruote dentate? 2. Q uali sono i principali organi flessibili usati per la trasmissione del moto? 3. C ome funziona il treno a cremagliera?

UNITÀ 2

La catena La catena è un organo meccanico flessibile che, ruotando su apposite ruote dentate, garantisce una migliore trasmissione del moto in quanto evita lo slittamento. Trasmette forze elevate e migliora la sincronizzazione del movimento. La catena viene prodotta in una versione semplice con anelli metallici snodabili e una versione complessa, con una successione di perni tenuti assieme da piastrine che formano la maglia e consentono il movimento. Questo sistema di trasmissione è utilizzato nelle biciclette, nelle motociclette e nelle macchine per il sollevamento di carichi.

Il treno a cremagliera Il sistema a rocchetto-dentiera, detto anche cremagliera, è un ingranaggio usato ad esempio per i treni che percorrono tragitti con pendenze elevate. Esistono diversi sistemi di cremagliere, ma il principio generale è uguale per tutti. Tra le rotaie si trova un terzo binario dentato, posto in modo più o meno centrale. A questo si incastrano gli ingranaggi di un rocchetto, che è collegato al motore della locomotiva e che ha due funzioni: trasforma il movimento rotatorio in movimento traslatorio permettendo al treno di avanzare in salita, e impedisce al treno di scivolare durante la discesa.

LINK ➜ MATEMATICA La velocità in una bicicletta non dipende soltanto dalla forza muscolare impressa durante una pedalata più o meno veloce, ma anche dal rapporto tra due ruote dentate: la moltiplica è collegata direttamente ai pedali e, tramite la catena, al pignone. Il pignone ha un diametro più piccolo rispetto alla moltiplica ed è fissato alla ruota motrice posteriore. Immaginando che la moltiplica abbia 48 denti e il pignone 24, mediante un semplice calcolo si può stabilire che, con una pedalata, la ruota posteriore effettua due giri. 48 : 24 = 2 giri Pignone con 24 denti

Se, invece, si usa un rapporto con una ruota del pignone a 12 denti, a ogni pedalata non corrispondono più due giri della ruota motrice ma quattro.

Catena

Moltiplica con 48 denti

Pignone con 12 denti

48 : 12 = 4 giri

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98. Meccanismi La trasformazione del movimento Il funzionamento delle macchine non sempre si basa su moto circolare. A volte il moto rotatorio deve essere trasformato in oscillatorio traslatorio. Questa trasformazione può avvenire grazie al sistema biella-manovella, al glifo oscillante e alla camma. Manovella Cilindro

Pistone

Biella

Camma

La biella-manovella La biella-manovella è un sistema che trasforma il moto rettilineo alternato in moto rotatorio. La biella è un’asta rigida che generalmente è collegata a un pistone, il quale scorre in modo alternato dentro un cilindro, e a una manovella che inverte il movimento. Questo sistema è reversibile, ovvero è possibile trasformare il moto rotatorio in rettilineo alternato (come ad esempio le pompe aspiranti). Il meccanismo biella-manovella è impiegato ad esempio nei motori a scoppio, nei compressori, nelle pompe, nelle macchine a vapore. La camma La camma è un organo di collegamento meccanico che, fissato a un albero, grazie al suo particolare profilo ovoidale o eccentrico permette di realizzare la trasformazione del moto rotatorio in moto rettilineo alternato. Questo meccanismo è usato, ad esempio, per garantire l’apertura e la chiusura delle valvole dei motori a scoppio, per far funzionare molte macchine operatrici e per le serrature.

Rotazione dell’albero

Valvole di un motore a scoppio

Asta Volano Snodi

Perno fisso

Il glifo oscillante Il glifo oscillante è un dispositivo meccanico che trasforma il moto rotatorio in moto rettilineo alternato. Tale sistema deriva dal meccanismo precedentemente descritto: la biella-manovella. Il glifo oscillante è formato da un’asta, che è fissata sulla parte esterna di un volano ed è libera di poter seguire, con un apposito snodo, il suo movimento rotatorio. Una scanalatura centrale percorre buona parte della sua lunghezza, dentro cui è inserito un perno, che scorre in modo solidale con il volano e che fornisce l’energia meccanica, trasformata in lavoro dal sistema. Il glifo oscillante è utilizzato ad esempio per il seghetto alternativo, per muovere le lame dei tagliasiepe elettrici e per gli automatismi di apertura dei cancelli.

Il seghetto alternativo è costituito da un motore elettrico e da un glifo oscillante. Il moto rettilineo alternato muove la lama permettendo di tagliare o sagomare pannelli di legno, plastica o metalli sottili.

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Energia meccanica

UNITÀ 2

L'attrito Con il termine attrito si definisce la forza che si oppone al movimento di due superfici a contatto. Può essere vantaggioso o svantaggioso. • È vantaggioso quando, con particolari sistemi, si utilizza per rallentare o bloccare il movimento. È il caso tipico dei freni della bicicletta, che permettono di fermarsi quando lo si desidera. • È svantaggioso quando determina uno spreco di energia e l’usura delle parti in movimento.

In presenza di attrito volvente, a parità di peso, occorre minore forza per muovere un oggetto.

L’attrito si differenzia in: • volvente o rotatorio, si manifesta nel moto di un corpo che si muove su un altro corpo rotolando (ad esempio gli pneumatici dell’automobile che rotolano sull’asfalto); • radente o lineare, si manifesta nel moto di un corpo che si muove su un altro corpo strisciando; • viscoso, si verifica per il movimento di un corpo in un fluido, come ad esempio nelle barche, nei sottomarini, nei razzi in movimento, nell’atmosfera ecc.

I cuscinetti ad attrito radente sono costituiti da una struttura in acciaio sulla quale viene applicato un materiale antifrizione; lo spessore è di 1,5 - 3 mm.

L’attrito Dal momento che l’attrito non può essere eliminato, si cerca di ridurne gli effetti negativi utilizzando lubrificanti, superfici lisce (come ad esempio gli sci), forme aerodinamiche (mezzi di trasporto) oppure dispositivi meccanici, come i cuscinetti, che ne riducono notevolmente l’effetto. I cuscinetti vengono impiegati ad esempio in tutte le macchine industriali, negli elettrodomestici e nei motori. Il loro utilizzo può avvenire per migliorarne sia il movimento radente sia quello volvente. Il cuscinetto ad attrito radente, chiamato anche bronzina, è costituito da un elemento cilindrico in materiale antifrizione usato a sostegno di un albero rotante che striscia sulla sua superficie. Il contatto può essere diretto oppure mediato da una piccola quantità di lubrificante. Viene usato nell’albero motore, nella testa della biella, nelle sospensioni delle moto e nelle leve del cambio.

Nei cuscinetti volventi, il movimento è facilitato dall’interposizione tra la parte fissa e il perno di elementi volventi, costituiti generalmente da 7 o 10 sfere o piccoli rulli. I cuscinetti volventi possono sopportare carichi sia radiali sia assiali.

Il cuscinetto volvente o di rotolamento, è un elemento che viene posizionato tra un albero rotante e una parte fissa. La rotazione tra l’anello della parte fissa e quello della parte mobile è garantita dalla presenza di sfere o rulli. Il meccanismo così realizzato sfrutta il principio dell’attrito volvente, che ne garantisce un buon rendimento avendo limitato la forza resistente dell’attrito.

LINK ➜ SCIENZE PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funziona il sistema biellamanovella? 2. A che cosa servono la camma e il glifo oscillante? 3. Q uali tipologie di attrito esistono?

L’attrito di un corpo dipende: • dalla sua natura chimica, ovvero dal materiale di cui sono costituite le superfici a contatto; • dal suo stato fisico, quindi varia a seconda che le superfici siano lisce, ruvide, asciutte o lubrificate.

Le leggi dell’attrito 1. L’attrito è indipendente dall’estensione della superficie dei corpi a contatto purché non vi siano spigoli. 2. L’attrito è proporzionale alla forza premente. 3. L’attrito dipende dalla natura e dallo stato fisico delle superfici di contatto. 4. L’attrito (volvente o radente) è indipendente dalla velocità del corpo. 5. L’attrito volvente è inversamente proporzionale al raggio del corpo che rotola.

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99. Macchine motrici a combustione esterna Lo sviluppo delle macchine a vapore risale a tempi molto lontani. Nel 1679 Denis Papin portò a termine degli esperimenti con una pentola a pressione. Successivamente James Watt riuscì a mettere a punto un sistema avanzato di macchina a vapore che consentiva di azionare una pompa per estrarre l’acqua dalle miniere di carbone e che veniva utilizzata nelle industrie per azionare magli e telai.

La macchina a vapore La macchina a vapore è un particolare sistema che produce energia meccanica sfruttando il vapore. In particolare, trasforma l’energia termica fornita dalla combustione di un combustibile, generalmente fossile, in vapore e successivamente in energia meccanica. Grazie all’invenzione della macchina a vapore si ebbero importanti innovazioni nella società occidentale e la sua scoperta è considerata come uno dei più importanti traguardi della tecnologia per il progresso dell’uomo. Tale progresso in ambito tecnico-scientifico portò alla trasformazione delle botteghe artigianali in piccole industrie: la macchina a vapore poteva infatti essere collocata dove serviva e non aveva vincoli fissi come i mulini. A beneficiarne furono prevalentemente il settore tessile, minerario, meccanico, calzaturiero, l’agricoltura e i trasporti. Ciò diede inizio alla Rivoluzione industriale, con cui si passò da una economia agricola a una di tipo industriale.

I mulini a vento e i mulini ad acqua sono stati le prime macchine utilizzate dall’uomo per ricavare energia. Probabilmente il mulino a vento ebbe origine in Persia nel VII secolo d.C. Con il passare del tempo questa invenzione venne perfezionata e utilizzata per pompare l’acqua, utile per l’irrigazione dei campi, e in seguito per macinare i cereali.

› La macchina a vapore 3  Il vapore in pressione agisce sullo stantuffo facendolo scorrere verso destra.

2  L’energia termica trasforma l’acqua in vapore. Il vapore viene inviato, con un sistema di tubi, a due valvole di un distributore a cassetto.

3a  Contemporaneamente il vapore esausto viene scaricato all’esterno per essere raffreddato e inviato nuovamente alla caldaia.

1  L’acqua contenuta in una caldaia viene costantemente riscaldata tramite la combustione, ad esempio, di carbone.

Cilindro

Cassetto 5

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Il vapore in pressione fa tornare lo stantuffo nella posizione iniziale.

6  Il movimento rettilineo alternato dello stantuffo viene trasformato dal sistema biella-manovella in movimento rotatorio, quindi in energia meccanica.

4  Lo stantuffo, scorrendo verso destra, determina lo spostamento del cassetto. Quindi, il vapore in pressione entra nuovamente nel cilindro.

Energia meccanica

UNITÀ 2

La locomotiva a vapore La locomotiva a vapore fece la sua comparsa nell’Ottocento in Inghilterra per sostituire il lavoro del cavallo, impiegato per trainare i carrelli nelle miniere di carbone; fu utilizzata successivamente per il trasporto di merci e persone. In Italia, a causa della carenza di carbone e del suo alto prezzo, l’uso della locomotiva non si sviluppò particolarmente. Le parti fondamentali che costituiscono la locomotiva sono le ruote e le sospensioni che sorreggono il carro, formato da una struttura portante in ferro.

Lungo il percorso della locomotiva a vapore erano necessarie alcune infrastrutture essenziali, come la torre dell’acqua per rifornire la caldaia, la carboniera per caricare il carbone, il magazzino dei lubrificanti e le piattaforme girevoli per invertire il senso di marcia della locomotiva.

› La locomotiva a vapore 1  Dal boccaporto il carbone viene introdotto sulla griglia del forno, o focolare, in cui viene bruciato il combustibile.

4  Sulla parte superiore della caldaia si trova una valvola che il macchinista regola per far affluire il vapore ai distributori e da qui ai cilindri, stabilendo quindi la velocità del movimento alternato nei pistoni e quindi la velocità del treno. 2  Il calore prodotto dalla combustione riscalda per irraggiamento le pareti del forno. Queste cedono calore all’acqua contenuta nei tubi della caldaia, che è posta orizzontalmente per meglio assorbire la massima energia termica.

5  I fumi della combustione escono attraverso il camino.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funziona la macchina a vapore? 2. Q uale meccanismo è usato nella locomotiva a vapore per trasformare il moto dei pistoni in energia rotatoria? 3. D a quali elementi è composta la turbina a vapore?

Acqua 3  L’acqua nella caldaia si scalda trasformandosi in vapore ad alta pressione.

6  Il movimento dei pistoni, tramite il sistema biella-manovella, viene trasformato in energia rotatoria per azionare le ruote della locomotiva.

La turbina a vapore › La turbina a vapore Cilindro a bassa pressione Cilindro ad alta pressione

Albero della turbina

Vapore

Ruote mobili

Ruote fisse

Scarico del vapore

La turbina a vapore, grazie a una maggiore efficienza, ha completamente sostituito la macchina a vapore. Si tratta di una particolare macchina rotante che funziona per mezzo della forza di espansione generata dal vapore. È formata da un asse, detto albero, sul quale si alternano ruote fisse e ruote mobili, sulle quali sono presenti delle alette molto ravvicinate. Il vapore ad alta temperatura e pressione, tramite una serie di ugelli, va a colpire le alette della turbina mettendola in movimento; nell’attraversare le varie sezioni della turbina perde una parte della sua pressione, ma aumenta di volume riuscendo a imprimere alla turbina una velocità dell’ordine dei 20 000 giri al minuto. Dopo aver ceduto l’energia, il vapore viene recuperato, raffreddato e riscaldato nuovamente in una caldaia per un altro ciclo. Le turbine a vapore sono utilizzate, accoppiate a generatori, per produrre energia elettrica nelle centrali termoelettriche. Sono anche impiegate per la propulsione dei motori marini sulle navi.

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100. Motori a combustione interna

Fasce elastiche Pistone Biella Testa della biella

Braccio della manovella

Albero motore

Il motore a combustione interna è una macchina termica che utilizza un combustibile (benzina, gasolio o gas) e l’ossigeno presente nell’aria, che serve da comburente. Dalla combustione di questi due elementi si ottiene energia chimica, che può essere trasformata in lavoro meccanico. Questa conversione avviene nella camera di combustione, dove il pistone, utilizzando la forza dei gas combusti, fa girare l’albero motore con un sistema chiamato biella-manovella. Per il funzionamento dei motori a combustione si possono usare diversi combustibili e ognuno di questi determina nel motore specifiche soluzioni meccaniche e caratteristiche diverse in quanto a rendimento e prestazioni. I motori a combustione interna comprendono i motori volumetrici, che agiscono con un movimento alternativo o rotatorio, e i motori continui come la turbina a gas e a reazione. Oggi quasi tutta la mobilità su strada utilizza motori a combustione interna, definiti anche motori termici.

Il motore a quattro tempi PAROLE DELLA TECNOLOGIA Accensione comandata:

l’accensione del combustibile unito al comburente viene innescata da una scintilla attraverso gli elettrodi della candela di accensione.

Per il funzionamento del motore a quattro tempi ad accensione comandata generalmente si utilizza la benzina, ma si può ricorrere anche ad altri combustibili, come il metano, il gasolio, il GPL o l’etanolo. Il motore è definito a quattro tempi per via del ciclo della combustione, che avviene appunto in quattro distinte fasi: aspirazione, compressione, scoppio e scarico. Nel motore a quattro tempi l’impianto di lubrificazione, fondamentale per limitare l’usura e l’attrito, si trova sotto il pistone, per cui l’olio e la benzina non sono mai a contatto diretto.

› Il motore a quattro tempi ad accensione comandata Candela Valvola di aspirazione

Valvola di scarico

Acqua di raffreddamento Pistone Olio per la lubrificazione

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Fase 1: aspirazione

Fase 2: compressione

Il pistone, alloggiato dentro il cilindro di combustione, scende verso il basso creando una depressione per favorire l’ingresso di una miscela d’aria e combustibile (20 parti d’aria e 1 parte di combustibile) attraverso un’apposita valvola di aspirazione.

La valvola di aspirazione, che aveva favorito l’ingresso della miscela, si chiude per permettere al pistone, salendo, di comprimere la miscela.

Fase 3: scoppio o espansione La miscela compressa al massimo, per effetto di una scintilla creata tra gli elettrodi di una candela, esplode sviluppando una forte energia che spinge il pistone verso il basso.

Fase 4: scarico La valvola di scarico si apre per far sì che il pistone, nella risalita, possa inviare nell’apposito condotto di scarico i gas combusti che si sono formati durante l’esplosione.

Energia meccanica

UNITÀ 2

In un motore a scoppio i pistoni, alloggiati nei rispettivi cilindri, possono essere 4, 8 o 12 e sono collegati, tramite un meccanismo biella-manovella, all’albero motore. In questo modo il moto rettilineo dei pistoni viene trasformato in moto rotatorio continuo dagli organi di movimento del veicolo. Albero motore

Il motore a due tempi Il motore a due tempi si differenzia da quello a quattro tempi perché completa il ciclo in due fasi: la prima corrisponde all’immissione e alla compressione mentre il pistone si trova in alto, l’altra si verifica quando il pistone è in basso e comprende l’espansione e lo scarico: il tutto avviene con un solo giro dell’albero motore. Il motore funziona con un combustibile costituito da benzina mista a piccole percentuali di olio, che prende il nome di miscela e che ha anche la funzione di lubrificare le parti del motore. La sua struttura comprende il cilindro, che è provvisto di due aperture chiamate luci, aperte e chiuse una per volta dal pistone lungo la sua corsa.

› Il motore a due tempi Gas di scarico Candela Luce di scarico

Alette di raffreddamento Pistone

Luce di aspirazione della miscela

Luce di immissione della miscela

Il motore a due tempi viene utilizzato per veicoli di piccola cilindrata, ad esempio nelle motociclette.

Miscela

1° tempo: immissione e compressione

2° tempo: espansione e scarico

Il funzionamento inizia quando il pistone, in salita, crea un vuoto per favorire l’ingresso del combustibile attraverso la luce posta in basso, lasciata libera. Durante la discesa del pistone si forma una precompressione che permette, attraverso un condotto di travaso, di inviare il carburante nella parte superiore del cilindro.

Nella risalita il pistone chiude la luce di scarico, per cui il carburante viene compresso e, grazie alla scintilla della candela, si ha l’accensione e quindi l’espansione, che riporta il pistone nuovamente verso il basso. Durante la sua discesa il pistone lascia libero un condotto attraverso cui vengono espulsi i gas di scarico.

Inizialmente il motore Diesel serviva a far muovere autocarri e autobus. Successivamente le innovazioni tecnologiche hanno reso il motore Diesel meno rumoroso e più efficiente, ha trovato quindi largo impiego nel campo automobilistico.

Il motore Diesel Il funzionamento del motore Diesel si basa sul principio secondo cui un gas compresso aumenta la sua temperatura. Tale proprietà viene sfruttata per comprimere l’aria ad alte pressioni, facendola arrivare a una temperatura tale che, a contatto con il combustibile, in questo caso il gasolio, si incendia spontaneamente. I motori Diesel possono essere a iniezione indiretta e a iniezione diretta. In quelli a iniezione indiretta il gasolio viene iniettato nella precamera attraverso un foro, che ha il compito di polverizzare il combustibile e di sottoporlo a una forte pressione nel cilindro. Nella precamera si trova anche una candeletta elettrica che riscalda le pareti per facilitare l’avviamento del motore.

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AREA 7 Elettricità e macchine Nel motore Diesel a iniezione diretta si ha una sola camera di combustione in cui il gasolio, per effetto di una forte pressione, viene iniettato attraverso tre o quattro fori per essere meglio polverizzato e miscelato con l’aria, secondo un rapporto di volume prestabilito. I più recenti motori common-rail e multijet, a iniezione diretta, migliorano le prestazioni e i consumi.

Iniettore Valvola di aspirazione

› Il motore Diesel a iniezione diretta Valvola di scarico

Acqua di raffreddamento Camera di scoppio

Pistone

Olio per la lubrificazione

Fase 1: aspirazione

Fase 2: compressione

Fase 3: iniezione

Fase 4: scarico

Il pistone si abbassa e aspira aria nel cilindro.

Il pistone si alza e comprime l’aria, che si surriscalda.

Un iniettore fa entrare il gasolio in piccolissime goccioline. Il gasolio nebulizzato, a contatto con l’aria surriscaldata, esplode e spinge il pistone verso il basso.

Il pistone, risalendo, fa uscire il gas combusto.

La turbina a gas

Combustibile CAMERA DI COMBUSTIONE

COMPRESSORE

Aria

TURBINA

Albero motore

La turbina a gas è una macchina rotante composta da una camera di combustione, un compressore e una turbina, montati sullo stesso albero. L’aria, fortemente compressa dal compressore, viene immessa nella camera di combustione, dove viene immesso anche il carburante. Quest’ultimo, incendiandosi, fa sì che l’aria si espanda e, uscendo, trascini le pale della turbina che, a loro volta, trascinano il compressore. La turbina a gas può essere impiegata ad esempio per azionare un alternatore per la produzione di energia elettrica.

Il motore a reazione Il funzionamento del motore a reazione si basa sulla spinta dei gas di scarico che escono ad altissima velocità da una turbina a gas e che, grazie al principio di azione-reazione, spingono in avanti il velivolo. L’aria che entra nel motore dalla presa anteriore viene compressa e inviata nella camera di combustione, dove la combustione del cherosene fa aumentare la temperatura e, di conseguenza, anche il volume dei gas. Questi, fuoriuscendo, fanno ruotare la turbina e il compressore, che sono posti sullo stesso albero motore. Il getto surriscaldato uscendo provoca quello che in gergo si chiama reazione, ovvero la spinta in avanti che fornisce, appunto, la forza propulsiva per il movimento degli aeromobili.

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Energia meccanica › Il motore a reazione (turboreattore) Il turboreattore, chiamato anche turbogetto o turbojet, è il più semplice e il più vecchio dei motori a reazione.

L’aria, fortemente compressa e surriscaldata, passa nella camera di combustione. 3

4  Camera di combustione Nella camera di combustione viene iniettato il cherosene, che si incendia raggiungendo temperature di 1 200 °C. A causa dell’aumento della temperatura dovuto alla combustione del carburante l’aria si espande.

1  Presa d’aria La presa d’aria convoglia il flusso d’aria verso il compressore.

6  La turbina spinge i gas all’esterno, fornendo al velivolo la spinta in avanti per il principio di azione-reazione.

Compressore È costituito da dischi rotanti con tante palette e serve per comprimere l’aria. 2

Elica

UNITÀ 2

5  Turbina I gas combusti in espansione azionano la turbina e contemporaneamente, tramite un albero di trasmissione, fanno ruotare il compressore.

Camera di combustione

Il motore turboelica Turbina Compressore

Il turboelica è un motore a reazione indiretta. La propulsione non avviene per il principio di azione-reazione, ma per mezzo della rotazione della turbina tramite un albero, coassiale alla turbina, e per mezzo di un riduttore a ingranaggi, che aziona un’elica fissata in modo coassiale.

Il motore turboventola

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le fasi di funzionamento del motore a quattro tempi? E quelle del motore a due tempi e del motore Diesel? 2. C he cos’è una turbina a gas? 3. C ome funzionano il turboreattore, il turboelica e il turboventola?

Il turboventola, o turbofan, è un tipo di motore a reazione che, a differenza di un normale motore turbogetto, utilizza due flussi d’aria separati. Il primo flusso d’aria, dopo aver attraversato una ventola che può avere qualche metro di diametro, passa nel compressore, nella camera di combustione e nella turbina ed esce dall’ugello di scarico dove si esercita tutta la propulsione. Il secondo flusso d’aria, freddo, generalmente attraversa solo la ventola.

› Il motore turboventola 2  Compressore Le pale del compressore aumentano la pressione dell’aria e la spingono nella camera di combustione.

Tutti gli aeroplani moderni ormai adottano il motore turboventola, che permette un minor consumo di combustibile e migliori prestazioni rispetto al turboreattore. Si tratta di un motore relativamente silenzioso. 1  Ventola Una grande ventola, nella parte anteriore, spinge l’aria nel motore.

3  Camera di combustione L’aria mescolata al combustibile (cherosene) si incendia generando gas molto caldi, con pressioni elevate. 4  Turbina I gas arrivano sulla turbina facendola ruotare; la rotazione viene trasmessa alla ventola e al compressore.

5  Parte dell’aria aspirata dalla ventola non passa nel compressore, ma viene spinta nel condotto di scarico assieme ai gas caldi. I gas caldi e l’aria, uscendo a grandissima velocità, forniscono la spinta all’aereo.

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AREA 7 Elettricità e macchine LEZIONE

101. Automazione e robotica Per automazione si intende una tecnologia, basata su sistemi elettronici, che gestisce macchine e sistemi di varia natura, anche senza l’intervento dell’uomo.

Le macchine utensili a controllo numerico

I controlli numerici computerizzati oggi trovano impiego non solo sulle macchine utensili, ma anche sui telai nel settore tessile e nelle macchine per lavorazioni plastiche e per l’imballaggio.

Fino a pochi anni fa le macchine utensili erano gestite da tecnici specializzati che lavoravano i pezzi singolarmente, quindi l’uniformità di tali pezzi era dettata dalla precisione umana. Oggi buona parte delle macchine utensili è a controllo numerico, composta cioè da schede elettroniche o computer in grado di comandare i motori e i meccanismi della macchina per effettuare tutte le operazioni di taglio con ripetività e precisione dell’ordine del centesimo di millimetro. Una volta inserito il software opportuno nel controllo numerico, l’operatore si limita alla sostituzione dei pezzi da lavorare. La macchina esegue poi le operazioni in modo ripetitivo, con la massima precisione. L’evoluzione delle macchine utensili ha portato ai centri di lavoro e alle macchine transfer, caratterizzate dal fatto che il pezzo viene spostato, secondo un ritmo prefissato, davanti ai vari utensili. Ad esempio, il pezzo viene spostato davanti a un utensile che pratica il foro, poi davanti a un secondo utensile che lo filetta, poi davanti a un altro utensile e così via, fino a quando non vengono eseguite tutte le lavorazioni programmate. Il vantaggio di queste macchine è l’estrema velocità operativa.

L'automazione dei mezzi di trasporto

La metropolitana senza conducente è un sistema già in funzione parzialmente nelle metropolitane di Copenaghen, Singapore, Vancouver, Londra, Hong Kong, Parigi, Torino e prossimamente a Milano. Rappresenta una soluzione innovativa di trasporto, capace di risolvere le attuali problematiche di mobilità urbana.

L’automazione viene impiegata con successo anche nel campo dei trasporti. Ad esempio, il pilota automatico è un dispositivo meccanico o elettronico in grado di guidare un veicolo senza assistenza da parte di un essere umano. Trova impiego su barche, navi e soprattutto sugli aerei. Negli aerei moderni, a seconda delle necessità, è in grado di eseguire il decollo, la salita, la crociera, la discesa, l’avvicinamento e l’atterraggio in autonomia. Un altro esempio è la metropolitana automatica senza conducente, che consente di gestire una linea metropolitana in modo completamente automatico, garantendo l’efficienza di marcia dei treni e la loro sicurezza in tutti gli aspetti. L’assenza del conducente riduce i costi di gestione del servizio di circa il 30% e ciò consente di far circolare i convogli ogni 90 secondi, migliorando il servizio per l’utente.

NUOVE TECNOLOGIE Le auto che raggiungono la destinazione da sole Per quanto riguarda la ricerca di un sistema che permetta a camion e autovetture di muoversi nel traffico in autonomia, se ne occupano da tempo aziende come Google, alcune case automobilistiche ma anche università, come quella di Oxford, che sta lavorando a una soluzione low cost per affidarsi al pilota automatico nei tragitti abitualmente percorsi dalla vettura. Probabilmente la diffusione o meno di questo sistema di trasporto non dipenderà dalla tecnologia, piuttosto dalle questioni legali circa i codici della strada e le inevitabili implicazioni di responsabilità che un veicolo automatico può generare.

324

Energia meccanica

UNITÀ 2

I robot I robot sono sostanzialmente manipolatori multifunzionali, hanno quindi la caratteristica di poter essere riprogrammati per svolgere lavori diversi, a seconda delle situazioni e delle necessità.

I robot antropomorfi sono bracci robotizzati in grado di imitare i movimenti del braccio umano, usando delle speciali pinze al posto della mano. Impiegati nell’industria, sono in grado di eseguire traiettorie 2D e 3D prefissate, all’interno di uno spazio ben definito. Possono eseguire movimenti in modo ripetitivo, estremamente rapido e accurato, anche in ambienti pericolosi, ad esempio nei lavori di saldatura, verniciatura o montaggio.

Oggi anche in ambito domestico si è superato il concetto di domotica intesa come un automatismo in grado di intervenire quando si supera una soglia (di temperatura, umidità, tempo). Sul mercato sono presenti dispositivi in grado, tramite opportuni sensori, di acquisire informazioni sull’ambiente e di operare un’interazione con esso, eseguendo in tal modo compiti specifici. Si parla in questo caso di robot domestici, ad esempio per aspirare o pulire i pavimenti e i vetri delle finestre o tagliare l’erba in giardino.

PUNTI DI DOMANDA 1. C he cosa sono le macchine utensili a controllo numerico? 2. Q uale dispositivo di automazione viene impiegato nel settore dei trasporti? 3. C ome vengono classificati i robot? 4. I n quali campi viene applicata la robotica?

Molti robot rientrano nella categoria dei bracci robotizzati e possono essere classificati in tre livelli: • i robot di primo livello sono programmati per svolgere fedelmente operazioni ripetitive. Le azioni che il braccio deve compiere, come direzione, accelerazione e velocità, sono predeterminate da un software; • i robot di secondo livello sono più flessibili e in grado di adattarsi autonomamente alla variazione delle condizioni operative. Ad esempio, il robot può avere sistemi di visione artificiale ed essere quindi in grado di identificare l’oggetto da manipolare, e compiere variazioni di traiettoria per prendere l’oggetto nell’ambito del programma preimpostato; • i robot di terzo livello sono in grado di prendere decisioni in modo autonomo, non previste al momento della costruzione. Attualmente questo genere di robot è impiegato nella ricerca e non è utilizzato a livello industriale.

La robotica trova applicazione in moltissimi campi. • Robotica industriale: senza ombra di dubbio è questo il campo di più largo utilizzo dei robot. Il loro impiego nelle catene di montaggio ha permesso un aumento della produttività, una migliore qualità produttiva e quindi un abbassamento dei costi di produzione. Biorobotica: si occupa dei robot usati in campo medico; ad esempio, tramite la tecnologia della telepresenza permettono a un chirurgo interventi a distanza su pazienti. • Robotica spaziale: è in grado di compiere delle vere missioni di ricognizione e analisi del suolo su altri pianeti. • Robotica militare: con l’impiego di robot artificieri si è in grado di analizzare un ordigno esplosivo o di rimuoverlo riducendo i rischi per l’uomo. • Microrobotica: si occupa di piccoli robot per scopi ludici e didattici.

La robotica La scienza che progetta i robot prende il nome di robotica e lo sviluppo di tali sistemi si avvale di molte discipline come la meccanica, l’elettronica, l’automazione, la fisica, l’informatica e la matematica. Alcune università, per perfezionare la formazione in questo campo, hanno istituito corsi di laurea in Ingegneria dell’automazione industriale e Ingegneria robotica.

325

IN BREVE LEZIONE 96

Macchine semplici Le macchine semplici sono dispositivi che l’uomo utilizza per potenziare la forza muscolare o per velocizzare un lavoro. Tra le macchine più comuni ricordiamo la leva, un’asta che si muove su un punto, detto fulcro, a cui viene applicata una forza per vincere una resistenza. A seconda della posizione del fulcro, la leva può essere di primo, secondo o terzo genere; inoltre, può essere vantaggiosa, svantaggiosa o indifferente. La carrucola è una ruota con una scanalatura in cui scorre una fune; alla fune vengono applicate la forza resistente e quella motrice. L’asse della ruota è una macchina semplice vantaggiosa; in funzione dell’orientamento del suo asse, orizzontale o verticale, prende il nome di verricello o argano. Il piano inclinato (vantaggioso) sfrutta una superficie inclinata per rendere più agevole lo spostamento di un carico rispetto al piano. La vite, considerata una variante del piano inclinato, permette tramite un filetto elicoidale di trasformare il moto circolare in moto rettilineo. Il cuneo (vantaggioso) comprende coltelli, chiodi, tenaglie, asce.

LEZIONI 97 E 98

Trasmissione del moto La trasmissione del moto avviene tramite organi o sistemi che permettono di trasmettere a un utilizzatore il lavoro generato, ad esempio, da un motore. La trasmissione può avvenire con organi rigidi (come le ruote dentate) o flessibili, come cinghie o catene. Nelle ruote dentate il pignone trasmette il moto rotatorio alla corona. Negli organi flessibili si impiegano cinghie, funi o catene e i due sistemi rotatori sono posti a una certa distanza tra loro.

Meccanismi Con la biella-manovella, il moto rettilineo alternato può essere trasformato in moto rotatorio; con la camma e il glifo oscillante, il moto rotatorio si trasforma in moto rettilineo alternato. Con il termine attrito si definisce la forza che si oppone al movimento di due superfici a contatto tra loro. L’attrito può essere vantaggioso quando viene utilizzato per rallentare o bloccare un movimento o svantaggioso se determina un’usura o uno spreco di energia dei componenti in movimento. LEZIONE 99

Macchine motrici a combustione esterna La macchina a vapore si basa sul riscaldamento, mediante l’impiego di carbone, dell’acqua contenuta in una caldaia e la sua trasformazione in vapore. La forza del vapore produce energia meccanica e, tramite un meccanismo biella-manovella, la trasforma in un movimento rotatorio. La macchina a vapore diede inizio alla Rivoluzione industriale. La locomotiva a vapore, comparsa nell’Ottocento, si basa su una macchina a vapore. Grazie alla sua efficienza, la turbina a vapore ha sostituito la macchina a vapore. Il funzionamento è basato sull’azione del vapore che, tramite alette fissate su ruote, fa ruotare un albero.

LEZION E 100

Motori a combustione interna Il motore a combustione interna è una macchina termica che utilizza un combustibile e l’ossigeno presente nell’aria per produrre energia e trasformarla in lavoro meccanico. Tra i motori a combustione vi sono il motore a quattro tempi, alimentato a benzina oppure con altri combustibili come il metano, il motore a due tempi, che funziona con una miscela di benzina e olio, il motore Diesel, alimentato a gasolio e che si basa sul principio secondo cui un gas compresso aumenta la propria temperatura fino a incendiarsi. La turbina a gas è una macchina rotante composta da un compressore, una camera di combustione e una turbina. Il motore a reazione si basa sul principio di azione-reazione dei gas di scarico che escono ad altissima velocità da una turbina a gas. Nel turboelica la propulsione avviene per mezzo di un’elica fissata sull’asse della turbina, mentre il turboventola è simile a un motore a reazione ma con un alto rendimento.

LEZION E 101

Automazione e robotica L’automazione si basa su sistemi elettronici per controllare macchine e sistemi di varia natura; il controllo numerico delle macchine utensili, ad esempio, permette di comandare i motori e i meccanismi per lavorazioni con un ridottissimo margine di errore. L’automazione nei mezzi di trasporto consente di controllare in tempo reale tutti i parametri. Ne sono un esempio il pilota automatico di navi e aerei e, più recentemente, la guida automatica delle metropolitane. I robot sono dei manipolatori multifunzionali che possono essere programmati in base ai lavori che devono svolgere. La robotica trova applicazione in diversi campi, come nel settore industriale, spaziale, militare con i bracci robotici, nel campo medico con la biorobotica e in specifiche applicazioni domestiche.

326

ESERCIZI Conoscenze

5. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. Le macchine semplici sono dispositivi che funzionano con il motore meccanico.

2. Il verricello è costituito da un cilindro posto in modo verticale rispetto al piano.

3. Il paranco semplice è composto da quattro carrucole mobili che hanno lo stesso raggio.

4. Il passo della vite indica la distanza tra due filetti consecutivi.

1. Le .............................................. sono sistemi meccanici affiancati, usati per trasmettere il moto rotatorio. 2. Negli organi flessibili la ruota che imprime il movimento ..............................................

3. L’organo meccanico flessibile che utilizza apposite ruote dentate prende il nome di

1. I primi motori a vapore utilizzavano il petrolio come combustibile.

2. Nella macchina a vapore lo spostamento dello stantuffo è trasformato in moto rotatorio dal sistema biella-manovella.

3. La macchina a vapore non fu mai utilizzata nel settore del tessile.

6. Riordina nella corretta sequenza le fasi del motore a scoppio. scarico – scoppio – aspirazione – compressione 1.

2. Inserisci i termini mancanti.

rotatorio è chiamata

UNITÀ 2

Energia meccanica

..............................................

3. Individua l’intruso. 1. Quale non è un componente del sistema delle ruote dentate? a  pignone b  corona c  cordone 2. Quale di questi elementi non fa parte degli organi flessibili? a  ruota dentata b  puleggia c  cinghia 3. Quale di questi elementi non interviene nel sistema di movimento del treno a cremagliera? a  rocchetto b  dentiera c  cinghia

............................

7. Individua l’intruso. 1. Quale dei seguenti combustibili non è comunemente usato per il motore a quattro tempi? a  benzina b  gasolio c  carbone d  GPL 2. Quale dei seguenti veicoli non usa il motore a due tempi? a  scooter b  motocicletta c  autovettura 3. Quale dei seguenti componenti non fa parte del turboreattore? a  compressore b  turbina c  ventola d  camera di combustione 8. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. bracci antropomorfi – programmazione – uomo – spaziali – lavorazioni – sistemi elettronici – robot – pericolose L’automazione è una tecnologia basata su

..............................................

che garantiscono una serie di .............................................. senza che vi sia 4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

l’intervento diretto dell’.............................................. . Generalmente, questi

1. Il glifo oscillante trasforma il moto rotatorio in moto V rettilineo alternato.

provvede soltanto alla loro ........................................... tramite un software. F

2. La camma trasforma il moto rettilineo alternato in moto rotatorio.

campo medico, nelle missioni ................................... o per mansioni che

3. Il sistema biella-manovella è reversibile.

risultano ........................................., come la rimozione di ordigni esplosivi.

I ......................................... sono largamente impiegati in ambito industriale, dove ad esempio si usano i

..........................................,

ma anche in

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Procuratevi degli oggetti che funzionano secondo il principio della leva. Create una tabella indicandone il fulcro e i punti di applicazione della forza motrice e della forza resistente. 2. In quale situazione utilizzeresti una leva di secondo genere e in quale faresti uso di una di terzo genere?

3. Come avviene il funzionamento dei motori a combustione interna e perché concorrono all’inquinamento ambientale? 4. In che modo gli automatismi aiutano le attività produttive dell’uomo? 5. In quali particolari situazioni utilizzeresti i sistemi meccanici per la trasmissione del moto?

327

MAPPA DELL’AREA – – – – – –

leva carrucola asse della ruota piano inclinato cuneo vite

MACCHINE SEMPLICI

COMBUSTIBILE

– – – –

ruote dentate puleggia cinghia catena

– biella-manovella – camma – glifo oscillante

TRASMISSIONE DEL MOTO

MECCANISMI

MOTORI E MACCHINE MOTRICI

TRASPORTI

– motori a combustione interna ed esterna

– mezzi di trasporto

ENERGIA MECCANICA INQUINAMENTO

ad esempio: – motori a corrente continua – motori a corrente alternata

MACCHINE INDUSTRIALI – automazione

GENERATORI CHIMICI – pila – accumulatore

GENERATORI ELETTROMECCANICI – dinamo – alternatore

ENERGIA ELETTRICA

CALORE – effetto Joule

ELETTRODOMESTICI E ILLUMINAZIONE

LUCE – apparecchi di illuminazione

328

Elettricità e macchine

VERIFICA

AREA 7 5

Conoscenze

13. La resistenza è una forza frenante della corrente.

14. La guaina dei cavi elettrici è in materiale isolante.

1. Scegli l’alternativa corretta.

15. La corrente elettrica è data dal flusso di protoni.

1. L’energia elettrica è generata da a  elettroni b  neutroni

16. La resistenza si misura in ohm.

2. L’alternatore produce corrente elettrica a  continua b  alternata

17. Nel circuito la corrente elettrica entra dal catodo.

18. Il transistor è un diodo con due giunzioni.

3. La dinamo genera una corrente a  continua b  alternata

3. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. sicurezza – differenziale – magnetotermico – messa a terra – salvavita – generale

4. I fili elettrici utilizzati per l’impianto sono a  flessibili b  rigidi

L’impianto elettrico è dotato di diversi dispositivi di

5. Negli apparecchi elettrici il fusibile ha la funzione di a  interrompere l’energia elettrica b  evitare l’interruzione di energia elettrica

è indispensabile la presenza del filo di

7. L’energia usata da un elettrodomestico si calcola con la formula a  E = P x t b  E = I x t c  E = P x s c

9. Se due generatori da 4,5 volt ciascuno vengono collegati in serie, in uscita si hanno a  4,5 volt b  9 volt c  8 volt

domestici, dell’interruttore

.............................................

per disinserire ma-

nualmente l’energia elettrica, dell’interruttore conosciuto anche con il nome di

.............................................

.....................................................................

a protezione degli apparecchi domestici, serve un interruttore ..............................................

1. Sulle lampade è indicato il

2. Le giunzioni sono dei contatti tra due V F semiconduttori. 3. Il campanello elettrico è un dispositivo elettromagnetico.

4. Il rotore è la parte statica della dinamo.

7. L’interruttore è un componente del circuito elettrico.

8. Il trasformatore serve per produrre corrente elettrica.

9. La tensione alternata mantiene inalterata la propria polarità.

10. Nelle pile si trovano metalli preziosi che possono essere recuperati.

11. Le lampadine a incandescenza sono quelle che consumano più energia.

12. I corpi conduttori hanno la proprietà di non condurre l’elettricità.

luminoso,

2. Per ottenere la corrente elettrica è necessaria una differenza ..............................................

3. La tensione con tre fasi, sfasate una dall’altra di un terzo di periodo è detta corrente

..............................................

4. Le apparecchiature elettriche domestiche incrementano l’inquinamento

5. Il trasformatore può innalzare o abbassare V F la tensione.

..............................................

espresso in lumen. di

2. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

6. Gli accumulatori sono ricaricabili.

per di-

4. Inserisci i termini mancanti.

I = V/t

1. La cucina a induzione funziona sfruttando il calore.

...........................................

sperdere la corrente che accidentalmente si trova sugli elettro-

6. In un circuito elettrico l’intensità della corrente si misura in a  volt b  ampère c  ohm

8. Secondo la legge di Ohm a  I = V/R b  I = V x t

...............................:

..............................................

5. Nel frigorifero la temperatura è regolata dal ...................................... . 6. Nei circuiti in

..............................................,

se si fulmina una lampadi-

na, l’intero circuito smette di funzionare. 5. Abbina ciascuna grandezza alla propria definizione. 1. potenza 2. intensità 3. resistenza a. ostacolo che frena il passaggio della corrente in un corpo conduttore b. prodotto tra la differenza di potenziale e l’intensità della corrente c. quantità di cariche che attraversano la sezione di un filo conduttore in un certo tempo 1.

............................

329

VERIFICA 6. Abbina gli elementi dei due gruppi.

4. Il sistema che trasforma il moto rettilineo alternato in moto rotatorio è la

1. leva di primo genere 2. leva di secondo genere 3. leva di terzo genere

............................

5. Nel motore a quattro tempi la compressione del combustibile avviene per mezzo del

b. vanga

a. pinzetta

..............................................

............................

..............................................

c. carriola 3.

10. Indica quale delle seguenti coppie di nomi definisce un tipo di attrito.

............................

7. Individua l’intruso.

volvente o lineare – radente o rotatorio – radente o lineare

1. Quale non è un componente dell’asse della ruota? a  verricello b  carrucola c  argano

11. Scegli l’alternativa corretta.

2. Quale dei seguenti meccanismi non trasforma il moto circolare in moto oscillatorio traslatorio? a  camma b  glifo oscillante c  puleggia 3. Quale delle seguenti macchine non usa un motore a combustione interna? a  turbina a gas b  motore a reazione c  turbina a vapore 4. Quale non è un tipo di motore a combustione interna? a  a un tempo b  a due tempi c  a quattro tempi 5. In quale dei seguenti settori non si utilizzano le macchine a controllo numerico? a  medico b  tessile c  delle lavorazioni plastiche d  degli imballaggi

1. Il combustibile impiegato nel motore Diesel è a  il gasolio b  la benzina 2. Le macchine a controllo numerico sono gestite da a  tecnici specializzati b  schede elettroniche 3. Il piano inclinato è una macchina sempre a  svantaggiosa b  vantaggiosa 4. Il cuscinetto a bronzina è utilizzato per ridurre l’attrito a  volvente b  radente 5. Il motore a reazione funziona sfruttando la spinta a  dei gas di scarico b  del vapore 6. La puleggia è un organo che a  imprime il movimento

1. La biorobotica si occupa dei robot usati per scopi ludici.

2. La turbina a gas può essere utilizzata per azionare un alternatore e produrre energia elettrica.

3. Il motore a due tempi è utilizzato nelle autovetture.

4. La locomotiva è provvista di marmitta catalitica.

5. L’attrito radente si ha quando un corpo striscia su un altro.

6. Tra i sistemi di trasmissione del moto con organi flessibili c’è anche la catena.

7. La vite è considerata un piano inclinato.

8. Le leve di secondo genere sono sempre svantaggiose.

1. Componenti per il funzionamento del motore a reazione. a. turbina b. compressore c. presa d’aria d. camera di combustione 1.

9. Inserisci i termini mancanti. 1. L’asse della ruota in cui il tamburo è posto verticalmente si .

2. Dall’unione di due carrucole, di cui una fissa e l’altra mobile, si ottiene il

..............................................

3. Il pignone e la corona sono due

330

..............................................

............................

2. Funzionamento del motore Diesel. a. compressione b. scarico c. iniezione d. aspirazione 1.

............................

13. Abbina le fasi del ciclo di funzionamento del motore a due tempi. b. espansione d. immissione

a. compressione c. scarico 1.

..............................................

riceve il movimento

12. Metti in ordine le sequenze.

8. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

chiama

............................

14. Abbina le macchine a due a due in base al principio di funzionamento. a. carrucola mobile c. piano inclinato e. argano 1.

............................

b. verricello d. paranco composto f. cuneo

............................

Elettricità e macchine

VERIFICA

AREA 7 5

Competenze 1. Osserva e rispondi.

4. Realizza un’indagine storica. 1. Nell’immagine è rappresentato un antico velocipede a leve. Perché, secondo te, si chiama così? Pensaci e confrontati con i tuoi compagni. 2. Se avessi a tua disposizione questo oggetto, come lo utilizzeresti?

2 3. Che cosa ha a che fare questo oggetto con l’energia meccanica? 3 4. Perché questo robot si trova all’interno di un ospedale?

1. Talete di Mileto 2. William Gilbert 3. Giovanni Battista Beccaria 4. Luigi Galvani 5. Alessandro Volta 6. André-Marie Ampère 7. Georg Simon Ohm 8. James Prescott Joule 9. Antonio Pacinotti 10. Heinrich Rudolph Hertz

Ognuno di questi personaggi è strettamente legato al mondo dell’elettricità e del magnetismo. Perché? Spiegalo sul tuo quaderno integrando la tua relazione, quando possibile, con immagini o schemi specifici. 5. Impara a scegliere: energia elettrica e libero mercato.

4 2. Sperimenta e deduci. Un palloncino è in grado di far accendere una lampadina? Procurati una lampadina fluorescente (tubo al neon), un palloncino da gonfiare e un maglione di lana o di pile. Gonfia il palloncino e sfregalo a lungo e abbastanza velocemente sul maglione, in questo modo si caricherà positivamente. Avvicina subito il palloncino alla lampadina, spegni la luce e goditi lo spettacolo: la lampadina emette brevi bagliori di luce. Spiega sul quaderno il motivo di questo fenomeno. 3. Indica di che cosa si tratta. Osserva le immagini e, per ogni oggetto illustrato, realizza con Word una tabella dove scrivere nome, funzione e materiali. Cerca, poi, immagini degli stessi oggetti, ma di produzione attuale. Analizzane analogie e differenze e annotale sotto la tabella.

Nel riquadro sono inseriti i nomi di dieci scienziati, matematici, fisici che, nel corso dei secoli, si sono distinti per importanti studi, scoperte, invenzioni. Alcuni di loro li hai sicuramente incontrati lungo il tuo percorso di studio, altri potresti averli semplicemente sentiti nominare.

Supponi di dover effettuare un cambio di gestore della fornitura di energia elettrica nella tua abitazione. Prima di procedere dovresti, però, capire meglio come funziona il mercato libero, come è strutturata una bolletta e quanto si spende periodicamente. 1. Scrivi una relazione generale rispondendo alle seguenti domande: a. In quale anno è stato liberalizzato il mercato dell’energia elettrica in Italia? b. Esiste un’autorità che vigila in questo campo? c. Quanti e quali gestori offrono attualmente il servizio? d. Come si può capire quale gestore scegliere? e. Che cosa bisogna fare prima di firmare un nuovo contratto? f. Che cosa sono le offerte biorarie? g. A chi ci si rivolge nel caso di guasti? 2. Procurati una vecchia bolletta dell’energia elettrica, fotocopiala e incollala su un cartoncino più grande. Evidenzia sulla fotocopia le seguenti voci: numero cliente; C.F.; indirizzo recapito bolletta; indirizzo fornitura; Codice POD; totale da pagare; data di scadenza; numero e data del documento; periodo a cui l’importo fa riferimento; situazione dei precedenti pagamenti. Riporta, poi, sul cartoncino accanto a esse alcune didascalie che ne spieghino il significato. Scopri, infine, quali sono stati i consumi del periodo, i costi complessivi e quelli unitari.

331

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Lampada di design Se avete una vecchia lampada da tavolo o un vecchio abat-jour dimenticata da qualche parte, cercatelo. È arrivato il momento di utilizzarla. Con questa esperienza daremo nuova vita a una lampada da tavolo trasformandola in un oggetto di design.

ti trezzi occorren Materiali e at 1 vecchia lampada da tavolo 2 m di filo elettrico bipolare di colore bianco 1 interruttore volante bianco 1 spina da 10A bianca Sfera realizzata con i bicchieri di plastica

1. Anzitutto dobbiamo pulire la vecchia lampada. Togliamo la polvere e con uno straccio puliamola.

2. Svitiamo le viti che fissano il cavetto di alimentazione.

3. Togliamo l’attacco della lampada e sfiliamo il vecchio cavetto.

4. Prepariamo il nuovo cavo di alimentazione. Misuriamo circa 40 cm. Con una forbice tagliamo la guaina esterna, facendo attenzione a non danneggiare l’isolante dei singoli fili. Eliminiamo circa 4 cm di guaina.

5. Con le forbici tagliamo un solo filo. Incidiamo e togliamo 0,5 cm di isolante dalle due parti. Attorcigliamo i fili di rame.

6. Apriamo l’interruttore svitando le due viti. In realtà non si tratta di un interruttore ma di un deviatore. Si differenzia dall’interruttore perché ha tre contatti. Dovendo interrompere solo un filo, lo usiamo come interruttore.

7. Infiliamo il filo nel morsetto e stringiamo la vite. Eseguiamo la stessa operazione con l’altro filo. In questo caso il morsetto da non utilizzare è riconoscibile perché è diverso dagli altri.

8. Il filo che non è stato tagliato rimane nell’interruttore. Attenzione! Fate verificare i collegamenti dall’insegnante o da un esperto!

9. Appoggiamo sopra il coperchio e chiudiamo l’interruttore con le viti.

332

Elettricità e macchine

AREA 7

10. Ora rimuoviamo la guaina esterna per circa 3 cm. Rimuoviamo l’isolante dai due fili elettrici come abbiamo fatto precedentemente.

11. Apriamo la spina. Infiliamo i due fili di rame nei morsetti esterni. Stringiamo i morsetti. Quello centrale è riservato al filo di terra, che in questo caso non è disponibile. Attenzione! Fate verificare i collegamenti dall’insegnante o da un esperto!

12. Rimontiamo il coperchio della spina. Ora non ci resta che collegare il cavetto al portalampada.

13. Rimoviamo la guaina e l’isolante dei due fili. Attorcigliamo i fili di rame. Infiliamo il cavetto nel supporto in legno. Infiliamo i due fili nel portalampada. Tiriamo energicamente i fili per accertarci che il contatto sia stabile.

14. Attenzione! Fate verificare i collegamenti dall’insegnante o da un esperto! Fissiamo il portalampada nelle linguette.

15. Rimontiamo il fissacavo con le due viti. Prima di infilare la spina nella presa di corrente la lampadina deve essere verificata dal tuo insegnante, oppure da un genitore responsabile che abbia dimestichezza con i fili elettrici. Mi raccomando, un errore nei collegamenti è estremamente pericoloso.

16. Non ci resta che montare una piccola lampadina, di potenza non superiore a 7W, a risparmio energetico.

17. Dove avete messo la sfera realizzata con i bicchieri di plastica? È giunto il momento di riutilizzarla. Appoggiamo la sfera sopra al portalampada. Ed ecco terminata la lampada di design.

18. La lampada è pronta per essere accesa. Chiudiamo l’interruttore! Che ne dite: è bella, vero?

333

AREA

Mobilità e mezzi di trasporto

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U1 VIDEO Riparare la camera d’aria di una bicicletta AUDIO + VIDEO In breve U1-U2 Mappa dell’Area

MEZZI DI TRASPORTO

CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 102-103-104-105 Esercizi U1-U2 Verifica di Area

1839 Viene inaugurata la prima rete ferroviaria italiana, che va da Napoli a Portici, di 7,25 km. Il primo treno che circola è composto dalla locomotiva a vapore Vesuvio, costruita dall’azienda inglese Longridge.

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Officina fai da te Lez. 102 Abbiate cura della vostra vita! Lez. 109 VIDEO Trasporti su rotaia Lez. 103 Trasporto marittimo: il porto Lez. 104

1800

1807 L’ingegnere statunitense Robert Fulton realizza il primo efficiente battello a vapore. Battezzato Clermont, compie il suo viaggio inaugurale da New York ad Albany sul fiume Hudson. Per percorrere circa 278 km impiega 32 ore.

334

1850

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere il principio di funzio-

Valutare le conseguenze di scel-

L’alunno riconosce nell’ambiente

namento dei mezzi di trasporto e ipotizzare vantaggi o problematiche derivanti dal loro utilizzo. Distinguere, tra i mezzi di trasporto, quelli che generano maggiore inquinamento ambientale. Conoscere la segnaletica stradale e le norme fondamentali per una mobilità sicura.

te e decisioni relative a situazioni problematiche. Immaginare modifiche di oggetti e prodotti di uso quotidiano in relazione a nuovi bisogni o necessità. Eseguire interventi di riparazione e manutenzione sugli oggetti dell’arredo scolastico o casalingo.

EDUCAZIONE STRADALE

1924 Viene inaugurato il primo tratto dell’autostrada Milano-Varese, progettata dall’ingegner Piero Puricelli e chiamata in seguito autostrada dei Laghi e oggi A8. È la prima strada a pedaggio realizzata in Italia e nel mondo.

1900

1903 Wilbur e Orville Wright, due fratelli ingegneri e inventori statunitensi, fanno volare il primo aereo a motore della storia. Successivamente compiono dimostrazioni di volo in diversi Paesi europei.

1950

2000

1964 In Giappone viene inaugurato lo Shinkansen, il primo treno ad alta velocità che raggiunge, sulla linea tra Tokyo e Osaka, la velocità record di 210 km/h. In Europa il primo treno TGV ad alta velocità entra in servizio nel 1981 in Francia.

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Mobilità eemezzi Mobilità mezzididitrasporto trasporto

UNITÀ

AREA 8

Mezzi di trasporto LEZIONE

102. Trasporto su gomma Per rete di trasporti si intende un insieme di strade, nodi di scambio e raccordi che, intersecandosi in più punti, permettono lo spostamento dei veicoli. In Italia la rete più diffusa e utilizzata è quella viaria destinata al trasporto su gomma, dotata di una serie di infrastrutture come parcheggi, autosili, stazioni di servizio ecc.

La strada

I progressi tecnici e l’uso di nuovi materiali hanno permesso la costruzione di ponti sospesi costituiti da grandi torri alle quali viene letteralmente appeso il piano viabile con l’impiego di cavi tensori d’acciaio, chiamati stralli. Il viadotto autostradale di Millau, nel Sud della Francia, è un ponte strallato progettato dall’ingegnere francese Michel Virlogeux in collaborazione con l’architetto inglese Norman Foster; con la sua altezza di 341 m è uno dei più alti ponti veicolari del mondo.

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La strada è uno spazio, creato dall’uomo, destinato alla circolazione dei veicoli e dei pedoni. Le strade, però, non sono tutte uguali e non rivestono la stessa funzione. Ciascuna di esse, inoltre, è regolata da specifiche norme stabilite per salvaguardare la sicurezza di tutti gli utenti. La rete stradale italiana è composta da 150 000 km di strade statali, regionali e provinciali e da 6 500 km di rete autostradale. • Autostrada: è una strada a due o più corsie a doppio senso di marcia separate da uno spartitraffico, generalmente in cemento, che ha la funzione di impedire l’invasione accidentale della corsia opposta. Vi possono circolare veicoli con quattro ruote o più e motociclette con cilindrata superiore a 150 cc. Il limite della velocità sulle autostrade italiane è di 130 km/h, che si abbassa a 110 km/h in caso di maltempo. • Strada extraurbana principale: ha due corsie di marcia separate da uno spartitraffico. Il limite di velocità è di 110 km/h, che diventano 90 km/h in caso di maltempo. • Strada extraurbana secondaria: ha un’unica carreggiata a doppio senso di marcia ed è dotata di banchine. Il limite di velocità è di 90 km/h. • Strada urbana di scorrimento: è una strada a carreggiata indipendente o separata da spartitraffico, con due o più corsie di marcia e una corsia riservata ai mezzi di trasporto pubblico. Vi possono essere delle intersezioni con altre strade, regolate da semafori, e apposite aree destinate alla sosta.

Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

• Strada urbana di quartiere: ha un’unica carreggiata a due corsie ed è dotata di banchine pavimentate, marciapiedi e spazi per la sosta esterni alla carreggiata. • Strada locale: è adibita alla circolazione di tutti gli utenti, veicoli, pedoni e animali. In città il limite di velocità è di 50 km/h o di 70 km/h in alcuni tratti, espressamente regolamentato dalla segnaletica stradale. La continuità di una via di comunicazione può essere interrotta da elementi naturali o artificiali e occorrono quindi delle infrastrutture che permettano di superare gli ostacoli. Si utilizza un ponte se l’ostacolo è rappresentato da un corso d’acqua; un viadotto se l’ostacolo è una vallata; un cavalcavia se l’ostacolo è rappresentato da un’altra via di comunicazione dello stesso tipo, oppure una galleria se l’ostacolo è costituito da un rilievo montuoso o aree già edificate.

› La strada

Autostrada Barriere New Jersey Sono barriere a muretto in cemento utilizzate come spartitraffico.

Guardrail o barriere di contenimento Sono dei dispositivi di sicurezza passivi e hanno lo scopo di contenere i veicoli all’interno della strada in caso di incidente. Corsia di emergenza È destinata alla fermata di veicoli in avaria o per la circolazione dei mezzi di soccorso.

Le gallerie, i trafori e i tunnel stradali e autostradali hanno una sezione tipicamente circolare o rettangolare, e possono avere doppio senso di circolazione in un singolo tunnel oppure in due tunnel separati. Le gallerie particolarmente lunghe sono dotate di piazzole di sosta, dispositivi per chiamare i soccorsi e uscite di emergenza. Tra i trafori autostradali più lunghi vi sono quello del San Gottardo in Svizzera (16,9 km) e quello del Monte Bianco (11,6 km).

Spartitraffico È un rialzo dal piano stradale che serve per separare i flussi del traffico.

Carreggiata È la parte della strada dove avviene la circolazione dei veicoli. Può essere composta da una o più corsie, delimitate da strisce bianche.

Strada extraurbana principale

Banchine Rappresentano lo spazio laterale alla strada riservato ai pedoni.

Strada urbana Corsia riservata È riservata alla circolazione di alcune categorie di veicoli: bus, taxi, ambulanze, mezzi di emergenza. Salvagente È lo spazio rialzato sulla carreggiata destinato a proteggere la salita o la discesa dei pedoni dai mezzi pubblici. Passaggio pedonale Marciapiedi

Itinerario ciclopedonale È una corsia riservata per l’utenza dei ciclisti.

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Mobilità e mezzi di trasporto

La bicicletta

Nel 1790 il conte francese Mede de Sivrac ebbe l’idea di montare sotto un’asse di legno due ruote, anch’esse di legno, di 70 cm di diametro. A cavalcioni su questo strano mezzo il conte imprimeva un spinta con i piedi riuscendo a effettuare brevi percorsi. Nacque così il celerifero, l’antenato dell’attuale bicicletta.

› La bicicletta

Le biciclette sono mezzi che si spostano grazie a pedali azionati dalla forza muscolare di chi si trova sul veicolo. Chi guida, quindi, è considerato a tutti gli effetti un conducente e come tale è tenuto a osservare tutte le norme previste dal Codice della strada. Per circolare sulle strade urbane, le biciclette devono essere dotate di alcuni dispositivi di sicurezza, in particolare la sera e di notte, per essere visibili agli altri utenti della strada. In commercio si trovano diverse tipologie di bici. • City bike. In genere ha un telaio che permette una posizione di guida con la schiena dritta e ha un manubrio largo. Dispone di parafanghi e può essere dotata di portapacchi. • Da corsa. Ha un telaio molto leggero e ruote sottilissime. Si tratta di una bici per chi vuole raggiungere maggiore velocità. In città, con buche e pavé non sempre è idonea. • Mountain bike. Ha un telaio robusto, copertoni molto larghi e un accentuato battistrada; è adatta per i terreni sterrati. Se non è provvista di fanali anteriori e posteriori, non può circolare su strada. • Reclinata. È un particolare tipo di bicicletta in cui il ciclista è seduto e appoggia la schiena a un sedile. • Tandem. È una bicicletta a due posti in cui pedalano due persone. La persona che sta davanti gestisce il manubrio, i freni e il cambio. Segnalatore acustico È costituito da un campanello.

Catadiottri, o catarifrangenti Sono dispositivi che riflettono la luce che li colpisce: uno rosso è sulla parte posteriore, due gialli sono su ogni fianchetto dei pedali, uno è sulla ruota anteriore e uno su quella posteriore.

Telaio È in lega leggera, con un canotto di sterzo nella parte anteriore. Freno posteriore Agisce direttamente sulla ruota posteriore.

Mozzo È tenuto bloccato dalla forcella. Copertone con all’interno la camera d’aria. Catena Trasmette la forza muscolare del ciclista alla ruota posteriore.

Motore elettrico e batteria

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Freno anteriore Agisce direttamente sulla ruota anteriore. Fanali Sono due: quello anteriore emette una luce di colore bianco e quello posteriore una luce rossa.

Pignone Sul pignone si trova una serie di ruote dentate, chiamate rapporti, azionabili tramite una leva vicino al manubrio.

Tendicatena

Cambio

Manubrio Si trova nella parte superiore della bicicletta ed è collegato alla forcella.

Una ruota dentata, chiamata moltiplica, azionata dal movimento dei pedali, trasmette tramite la catena il moto al pignone. La moltiplica permette di impostare il rapporto di trasmissione più adatto a seconda della pendenza della strada.

La bicicletta a pedalata assistita è una bici dove all’azione delle gambe si affianca quella di un motore elettrico. Per essere considerata bicicletta, il motore elettrico deve avere una potenza inferiore a 0,25 kW e la velocità assistita non può essere superiore a 25 km/h. La bici elettrica è una soluzione per muoversi in città in modo sostenibile, dal momento che garantisce un impatto ambientale e sonoro vicino allo zero.

Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

Il ciclomotore I ciclomotori, anche chiamati scooter o motorini, sono veicoli a motore con una cilindrata non superiore a 50 cc, che possono sviluppare una velocità non superiore a 45 km/h. Sono dotati di un motore, che generalmente è a due tempi, ma più recentemente si sono diffusi quelli a quattro tempi perché meno inquinanti. Il movimento dello scooter avviene per la trasformazione del moto lineare del pistone in moto rotatorio, trasmesso alla ruota posteriore attraverso una catena o una cinghia. Per guidare lo scooter in Italia è necessario aver compiuto i 14 anni.

› Il ciclomotore Lo scooter è dotato di dispositivi di segnalazione visiva e di illuminazione. La segnaletica luminosa va usata obbligatoriamente per ogni cambio di direzione; particolare prudenza va posta nella svolta a sinistra, per il pericolo dovuto al sopraggiungere di altri mezzi in fase di sorpasso.

Specchietti retrovisori

Telaio È formato da lamiere sagomate che danno la forma esterna.

Dispositivo di segnalazione acustica

Indicatori di posizione posteriori

Indicatori di direzione anteriori

Molla dell’ammortizzatore posteriore Serve per attutire i colpi prodotti dal fondo stradale sconnesso.

Fanale anteriore Forcella con ammortizzatore anteriore

Targa

Freno anteriore Motore Non può essere modificato per aumentare la velocità; diversamente, in caso di incidente, l’assicurazione non paga i danni a terzi.

Tubo di scarico

Marmitta È un dispositivo silenziatore; è preferibile che il mezzo sia dotato di marmitta catalitica. La marmitta deve essere integra e conforme agli standard previsti dalla legge.

Ciò che occorre controllare del proprio scooter Per controllare il livello dell’olio è necessario che il motore sia freddo. Si procede estraendo l’apposita astina; se il livello risulta basso, bisogna procedere con un rabbocco.

Avere lo scooter non vuol dire salire in sella e andare fino a che il motore non si ferma… È necessario mantenere il proprio mezzo sempre efficiente e per questo occorre controllare: • il livello dell’olio, che eventualmente deve essere cambiato secondo le indicazioni della casa costruttrice; l’insufficienza di olio logora il motore e l’assenza comporta dei danni irreparabili; • il filtro dell’aria, che se ben pulito fa risparmiare benzina e inquina meno; • le pastiglie dei freni, che bisogna subito far cambiare dal meccanico di fiducia se sono consumate; se poi si nota anche che la leva del freno o il pedale sono particolarmente lenti, bisogna intervenire facendone regolare il registro; • la luce dello stop, perché in caso di frenata brusca si rischia il tamponamento, dal momento che il mezzo che segue non si accorge della frenata; • la pressione delle gomme, perché una pressione troppo bassa o troppo alta fa deteriorare il copertone più velocemente, oltre a far perdere stabilità al mezzo.

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto

LINK ➜ STORIA Per secoli la mobilità su strada è stata assicurata dalla forza muscolare dei cavalli, che trainavano i carri per le merci e le carrozze. La scoperta del motore a vapore contribuì a una veloce rivoluzione nel campo dei trasporti. Intorno al 1900 nacquero le prime autovetture di serie con motore a scoppio, alimentate con un carburante ricavato dalla distillazione del petrolio, cioè la benzina.

L'automobile Dopo il 1900 nacquero le prime industrie automobilistiche, come la Ford negli Stati Uniti e la Fiat (Fabbrica Italiana Automobili Torino) in Italia. Ben presto l’automobile divenne il mezzo più utilizzato per il trasporto privato: si sono così succeduti nel tempo diversi tipi di vetture, come l’utilitaria, la berlina, il cabriolet, la monovolume e il fuoristrada. Si tratta di autovetture con motori sempre più potenti e affidabili, dove la carrozzeria segue di pari passo il motore, offrendo forme sempre più aerodinamiche e moderne per favorire la velocità. L’aumento considerevole degli automezzi in circolazione ha portato gravi problemi di congestione del traffico e, come principale conseguenza, l’aumento delle emissioni nocive e quindi dello smog.

Nel 1908 la Ford, con l’introduzione della Model T, realizzò il sogno di produrre un’automobile dal prezzo ragionevole, affidabile ed efficiente. Facile da guidare anche su strade dissestate, riscosse un successo immediato e nel giro di 10 anni furono prodotti 15 milioni di esemplari.

› L’automobile Freni a disco La pinza del freno, agendo sul mozzo della ruota, tramite l’attrito delle pastiglie dei freni rallenta il moto della ruota.

Marmitta catalitica Posta sulla parte terminale dell’impianto di scarico, è formata da una struttura in ceramica a nido d’ape, ricoperta da un sottile strato di metalli vari. Qui avvengono particolari reazioni chimiche che hanno lo scopo di abbattere le sostanze tossiche presenti nei gas di scarico, come l’ossido di carbonio, l’ossido di azoto e altri composti volatili.

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Radiatore Durante il suo funzionamento il motore genera parecchio calore, pertanto dopo pochi minuti fonderebbe se non lo si raffreddasse. All’interno del motore, in appositi circuiti, circola dell’acqua che a un certo punto si riscalda. Con un tubo, l’acqua viene portata al radiatore dove, a contatto con l’aria esterna, si raffredda e torna quindi nuovamente al motore chiudendo il circuito.

Oggi sul mercato sono disponibili autovetture con motore a benzina, a gasolio, a gas (metano o GPL) e, più recentemente, auto con motori ibridi che sfruttano un particolare motore a benzina o a gasolio abbinato a un motore elettrico. L’uso del motore elettrico ha il vantaggio di non provocare inquinamento in città.

Ammortizzatori Gli ammortizzatori hanno lo scopo di smorzare le oscillazioni riducendo l’effetto sgradevole che si ha nel viaggiare su terreno accidentato; oltre a un migliore comfort si ha una maggiore stabilità del veicolo quando si percorrono strade impervie. Differenziale Per effettuare una curva le ruote devono girare a velocità diverse: è il differenziale, costituito da una serie di ingranaggi e ruote dentate, che permette la trasmissione a una diversa velocità.

Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

La sicurezza attiva e passiva Nel settore dei trasporti la tecnologia applicata alla sicurezza ha permesso di mettere a punto dispositivi in grado di offrire garanzie per una guida sicura. Tali sistemi si distinguono in sistemi di sicurezza attivi e sistemi di sicurezza passivi. Gli airbag possono essere montati in differenti punti dell’autoveicolo: frontali per il guidatore e il passeggero, laterali e posteriori.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le principali caratteristiche delle strade? 2. C ome si svolge il trasporto su gomma? 3. Q uali sono le parti principali della bicicletta? E quelle dello scooter? 4. Q uali sono i sistemi di sicurezza attivi e passivi usati nelle automobili?

Auto senza dispositivo ESC

I sistemi di sicurezza passivi • Le cinture di sicurezza, in caso di urto, trattengono gli occupanti legati al sedile, evitando l’impatto contro le strutture dell’abitacolo. Rappresentano uno dei dispositivi più importanti nel campo della sicurezza automobilistica e in Italia l’uso delle cinture di sicurezza è obbligatorio. • L’airbag è un dispositivo installato all’interno del volante, della plancia e dei sedili per proteggere i passeggeri in caso di incidente. È costituito da un cuscino che, al momento di un violento urto, con una piccola esplosione si gonfia in 20 millisecondi proteggendo gli occupanti. Se nella vettura sono presenti gli airbag, è estremamente importante indossare le cinture di sicurezza: l’apertura dell’airbag senza cintura allacciata può infatti provocare gravissime lesioni. • Altri sistemi di sicurezza passivi sono i paraurti ad assorbimento di energia, le barre antintrusione nelle portiere e il telaio che possiede zone differenti di comprimibilità per assorbire parte di un urto. I sistemi di sicurezza attivi Questi sistemi intervengono in modo automatico nelle situazioni critiche aiutando il guidatore a un controllo costante del mezzo di trasporto. • L’antibloccaggio, o ABS, è un dispositivo che impedisce alle ruote di bloccarsi e quindi di slittare durante una brusca frenata, per cui il veicolo rimane più stabile; inoltre, consente di ridurre lo spazio di frenata. Dal punto di vista della sicurezza è talmente importante che la Comunità Europea ha stabilito che a partire dal 2016 dovrà essere obbligatorio su tutte le autovetture. • Il controllo elettronico della stabilità, o ESC o ESP, è un sistema che interviene quando l’autovettura sbanda, in una curva, regolando la potenza del motore e frenando le Auto con singole ruote con differente intensità, in modo tale da ristadispositivo bilizzare l’assetto del veicolo. Questo sistema è generalmenESC te associato ai sistemi di controllo della trazione, o TCS. • Il radar a infrarossi riconosce la presenza di un veicolo che precede. Se la distanza di sicurezza viene meno inSenza il controllo della terviene e, tramite il dispositivo ABS, rallenta o arresta il stabilità (ESC), veicolo. un’eccessiva sterzata Non va sottovalutato, però, che il guidatore rappresenta il del volante può vero sistema di sicurezza attivo, per cui le sue condizioni psiprovocare il testa-coda cofisiche devono essere sempre efficienti così da poter interdella vettura. venire con la massima rapidità in tutte le situazioni critiche.

Tra i veicoli adibiti al trasporto delle merci vi sono il furgone (o veicolo commerciale leggero) con cabina chiusa e peso inferiore alle 3,5 tonnellate; il camion (o autocarro) dotato di vani di carico più o meno grandi, separati dal posto di guida o con cassoni separati; l’autotreno, che è un autocarro più un rimorchio a due o più assi e l’autoarticolato, composto da un’unità motrice a due o più assi, senza piano di carico, con un rimorchio agganciato alla motrice. Gli autocarri sono divisi anche in funzione del carico: 3,5 tonnellate, da 3,5 a 12 tonnellate e superiori a 12 tonnellate.

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

103. Trasporto su rotaia Il treno a vapore è stato il primo veicolo di trasporto di massa e nell’Ottocento ha spesso rappresentato un valido aiuto nell’evoluzione industriale delle nazioni, ricoprendo per molti anni un ruolo centrale nella struttura politica, economica e sociale.

Oltre ai trasporti su strada, per spostare merci e persone si utilizzano i mezzi su rotaia, in particolare i treni ma anche tram e metropolitane. Questi mezzi pubblici rappresentano una valida alternativa sia alle automobili, che provocano inquinamento e traffico, sia agli aerei grazie ai convogli ad alta velocità.

La linea ferroviaria La rete ferroviaria permette il trasporto di merci e persone su gran parte del territorio nazionale grazie a un sistema di rotaie. In Italia la rete ferroviaria è divisa in rete primaria nazionale (9 000 km circa) e rete sussidiaria (2 200 km circa), comprendente le linee di minore importanza. L’impianto fisso principale di una linea ferroviaria è l’armamento.

› La linea ferroviaria e il treno Motrice È la macchina che sviluppa energia meccanica. Convogli Sono il sistema per il trasporto di persone o merci.

Pantografo È un sistema mobile usato per stabilire il contatto con la linea aerea.

Linea elettrica Nelle ferrovie elettrificate (che sono meno del 15% nel mondo, ma quasi la totalità in Italia) è presente la linea elettrica aerea, dalla quale la motrice prende l’energia elettrica necessaria per azionare i motori tramite un elemento chiamato pantografo.

Macchinista

Passaggio a livello

Massicciata È uno strato compatto di pietrisco (da 50 a 70 cm a seconda del tipo di terreno) che ha lo scopo di distribuire le sollecitazioni dei treni che passano.

Scambi Sono sistemi meccanici che permettono ai treni di passare da un binario all’altro, cambiando così direzione. Impianti di sicurezza Sono presenti nell’infrastruttura ferroviaria e comprendono le cabine di blocco, in cui si trovano i dispositivi di azionamento dei segnali di arresto e di via libera ai treni e i comandi di chiusura dei passaggi a livello.

Due locomotori, uno in testa e uno in coda, possono trainare o spingere decine di vagoni merci: vagoni refrigeranti, vagoni cisterna, portacontainer e vagoni destinati al trasporto di animali vivi.

Binari Sono formati da due file parallele di rotaie, costituite da profilati di acciaio mantenuti paralleli da traversine di cemento o legno. Le rotaie sono posate sopra la massicciata e sono fissate alle traversine con appositi bulloni. La distanza delle rotaie si chiama scartamento.

Lungo le linee ferroviarie sono presenti ponti, gallerie, passaggi a livello, stazioni e scali ferroviari. • All’interno delle stazioni si trovano i servizi per il transito dei passeggeri e per il ricevimento e lo smistamento delle merci. • Gli scali ferroviari sono dotati di specifici impianti, come depositi e officine per il ricovero e la manutenzione del materiale rotabile, nonché locomotori, vagoni e zone di stoccaggio temporaneo per i container e le merci.

Il treno Il mezzo di trasporto per merci e passeggeri che usufruisce delle infrastrutture ferroviarie è il treno. La parola treno deriva dal latino trahere, ossia tirare: infatti una motrice traina (o spinge) il resto del treno.

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Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

Il treno è composto da una o più motrici e da una serie di vagoni (nel caso di trasporto merci) oppure di carrozze se il treno è destinato al trasporto dei passeggeri. I convogli adibiti a lunghi tragitti sono attrezzati con carrozze dotate di cuccette o cabine letto per permettere ai passeggeri di dormire durante il viaggio, carrozze ristorante e bar. In Italia la motrice elettrica è la più utilizzata ed è anche meno inquinante rispetto alle motrici dotate di un motore Diesel. Il tram è stato uno dei primi mezzi di trasporto pubblico nelle città, poi lentamente abbandonato e sostituito dall’autobus. Recentemente in molte città d’Europa, e anche in Italia, è stato rivalutato perché presenta numerosi vantaggi. Il tram viaggia su una sede propria e quindi preferenziale rispetto al traffico, serve molte fermate e può trasportare un elevato numero di passeggeri. Poiché è alimentato da una rete elettrica, non inquina l’aria della città. I costi per la realizzazione delle sue infrastrutture sono ridotti, se confrontati con gli ingenti investimenti necessari per la costruzione delle metropolitane.

Il treno ad alta velocità I treni che viaggiano sulle linee ad alta velocità per il trasporto dei passeggeri si spostano ad almeno 250 km/h e possono raggiungere anche i 575 km/h, come i treni francesi TGV. Le linee veloci sono di due tipi: quelle che consentono esclusivamente il passaggio dei treni ad alta velocità e quelle adatte alla circolazione promiscua, su cui possono transitare anche i convogli tradizionali. Le linee tradizionali, invece, non supportano la circolazione dei treni ad alta velocità: sono infatti alimentate da tensione continua a 3 000 volt, mentre le linee ad alta velocità sono alimentate da una tensione alternata di 25 000 volt.

La metropolitana La metropolitana è un mezzo di trasporto collettivo per passeggeri e può essere sia interrata sia di superficie. Viaggia su binari, per cui non è soggetta ai problemi legati al traffico. In alcune città la rete metropolitana è così estesa ed efficiente da essere utilizzata dalla maggioranza dei residenti come principale mezzo di trasporto, anche in sostituzione dell’auto. Gli elevati costi di realizzazione delle infrastrutture, però, ne limitano la costruzione solamente nelle grandi città.

La metropolitana è alimentata dall’energia elettrica, pertanto non inquina l’aria della città. Può raggiungere velocità elevate, con partenze e arresti molto veloci. È dotata di convogli con ampie porte che consentono un rapido accesso dei passeggeri.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali mezzi si muovono su rotaia? 2. C ome è organizzata la linea ferroviaria? 3. C ome possono essere le linee ad alta velocità? 4. Q uali sono i vantaggi della linea metropolitana?

TECNOLOGIE SOSTENIBILI I vantaggi del trasporto su rotaia I trasporti su rotaia hanno bisogno di infrastrutture considerevoli, ma hanno molti vantaggi rispetto ai mezzi di trasporto su strada: • possono trainare o spingere molti vagoni, quindi trasportare un elevato numero di passeggeri e di merci; • a eccezione del tram, possono viaggiare a forte velocità, indipendentemente dal traffico; • l’alimentazione elettrica permette al trasporto su rotaia di essere meno inquinante rispetto al trasporto su strada. Inoltre, grazie al bassissimo attrito tra ruote e binari, questi mezzi sono molto efficienti dal punto di vista energetico: a parità di passeggeri o merci trasportate, il treno consuma il 50% dell’energia rispetto ad altri mezzi di trasporto.

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

104. Trasporto marittimo Per ridurre il numero dei veicoli commerciali sulle strade, in Europa si sta incrementando la rete per il trasporto fluviale con navi e chiatte. Sono i Paesi Bassi, la Germania e la Danimarca a sfruttare maggiormente i collegamenti fluviali; sul Reno, in particolare, transitano grandi quantitativi di merci, diretti principalmente al porto di Amsterdam e verso la Germania settentrionale.

› Il porto Porto turistico Frangiflutti

Navi da crociera e traghetti

Il porto Il porto è un’infrastruttura creata intorno a uno specchio d’acqua e comunicante direttamente con acque aperte (mare, fiume o lago); è destinata ad accogliere i mezzi navali, proteggendoli tramite difese naturali o artificiali da condizioni atmosferiche avverse e permettendo l’imbarco e lo sbarco dei passeggeri. Le opere esterne di difesa dalle onde possono essere realizzate con ammassi di materiale pietroso o blocchi di calcestruzzo oppure con opere di muratura. Prendono il nome di dighe se sono isolate in mare; moli se sono legate alla terraferma e, di conseguenza, sono accessibili; frangiflutti se rompono le onde in modo che queste ricadano nello specchio d’acqua protetto. L’ampiezza e le attrezzature del porto sono strettamente legate alla sua destinazione, alle esigenze industriali e commerciali della zona che lo ospita e all’intensità del traffico navale.

Le navi Con i termini barca e imbarcazione si indicano mezzi galleggianti di piccole o medie dimensioni. La nave è invece un’imbarcazione dotata di mezzi di propulsione, in grado di navigare a una velocità di almeno 7 nodi. A seconda della tipologia, le navi possono essere destinate al trasporto delle merci o al trasporto dei passeggeri. Al trasporto merci appartengono: • navi da carico, o cargo, navi di diverse forme e dimensioni, adibite al trasporto di merci. Sono navi che possono raggiungere velocità di circa 25 nodi; • metaniere e petroliere, specializzate nel trasporto di gas naturale e petrolio; • portacontainer, navi che trasportano grossi contenitori metallici di misure unificate in cui vengono stoccate merci da trasportare per il mondo; • navi Ro-Ro, usate per il trasporto merci; sono dotate di rampe di accesso per far accedere direttamente gli automezzi, quindi non servono infrastrutture per lo scarico e il carico delle merci.

La viabilità interna e i collegamenti ferroviari consentono ai mezzi di trasporto e alle attrezzature mobili per il carico e lo scarico di raggiungere tutti i punti di accosto.

Diga

Banchine Sono le zone che contornano i bacini. Molo

Pontili interni Vengono costruiti per aumentare la capacità di accosto delle imbarcazioni; spesso sono disposti a pettine.

All’interno dell’area portuale sono presenti gru fisse o mobili, sistemi di pompaggio e aspirazione di materiali, nonché magazzini, silos e aree di deposito per lo scarico o il carico delle merci.

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Mezzi di trasporto › La nave

Ponti Sono i piani orizzontali che dividono lo scafo; ospitano le cabine, gli uffici e i vari locali tecnici.

Fumaiolo

Timone È una sorta di pala verticale che permette alla nave di mantenere una direzione.

Poppa

Coperta

UNITÀ 1

Stazza Nella marina mercantile il volume delle imbarcazioni non viene espresso in metri cubi ma viene impiegata l’unità di misura denominata tonnellata di stazza. Una tonnellata di stazza equivale a 2,83 metri cubi. Ponte di comando Prua

Scialuppa di salvataggio Elica Formata da una serie di pale che ruotano intorno al mozzo, è l’elemento di propulsione, cioè fornisce l’energia per il moto.

Motori Nella sala macchine i motori utilizzati possono essere di tipo Diesel oppure, come per le navi veloci, turbine a vapore.

PAROLE DELLA TECNOLOGIA Nodi: è l’unità di misura della velocità delle imbarcazioni, pari a 1,852 km/h.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali elementi compongono il porto? 2. Q uali navi sono adibite al trasporto merci? 3. Q uali sono i principali componenti della nave?

Scafo È la parte dell’imbarcazione che comprende le pareti esterne, quelle interne (paratie) e tutti gli elementi di collegamento.

Stive Situate sotto ai ponti, sono destinate ad accogliere le merci.

Carena È la parte dell’imbarcazione che resta sott’acqua, è percorsa interamente dalla chiglia, una sorta di travatura fondamentale per la tenuta della nave.

Generalmente le merci vengono poste nelle stive, separate da comparti in modo da ripartire il carico e impedire spostamenti durante la navigazione. Il carico delle stive avviene tramite boccaporti presenti sul ponte di coperta. Sul fondo dello scafo di queste navi sono presenti serbatoi che, svuotati o riempiti con acqua di mare, servono per alleggerire o appesantire lo scafo e stabilizzare la navigazione quando le navi procedono senza il carico. Al trasporto passeggeri appartengono: • traghetti, oltre al trasporto dei passeggeri consentono, grazie ad apposite rampe, il carico e lo scarico con facilità di auto, camion, moto. Sono adibiti generalmente ai collegamenti con le isole. Quelli di grandi dimensioni dispongono di cabine e servizi per i passeggeri, sale e saloni; • navi da crociera e transatlantici, navi che trasportano passeggeri lungo rotte prestabilite, esclusivamente a scopo turistico.

Una nave portacontainer di medie dimensioni può trasportare circa 2 000 container, mentre quelle più grandi possono caricare fino a 18 000 container. Queste navi si spostano a una velocità di circa 25 nodi (45 km/h). Nel mondo il trasporto merci via mare può contare su 800 porti, che movimentano complessivamente 500 milioni di container.

LINK ➜ SCIENZE Come può una nave di ferro galleggiare nell’acqua? Per il principio di Archimede «un corpo immerso in un liquido riceve da questo una spinta verso l’alto uguale al peso del liquido spostato». La spinta di Archimede è oggi chiamata spinta idrostatica. 3

Lo scafo è vuoto, quindi leggero. Riceve perciò dal basso una piccola spinta verso l’alto. 1

Lo spazio vuoto serve come riserva per la navigazione.

2  A pieno carico il peso della nave aumenta. Il volume di acqua spostato è maggiore e maggiore è la spinta ricevuta.

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

105. Trasporto aereo Per trasferimenti su lunghissime distanze si ricorre principalmente agli aerei, che stanno avendo il predominio su tutti gli altri mezzi di trasporto e a cui solo i treni ad alta velocità riescono a fare concorrenza.

L'aeroporto I motori a reazione sono molto rumorosi, soprattutto in fase di decollo e atterraggio. L’impatto ambientale di un aeroporto è quindi molto forte e porta inevitabilmente a grosse problematiche di inquinamento acustico, oltre a quello dell’aria.

PUNTI DI DOMANDA 1. D a quali elementi è composto l’aeroporto? 2. Q uali sono i principali componenti dell’aereo? 3. A che cosa servono le ali nell’aereo?

L’aeroporto è l’infrastruttura necessaria per il decollo e l’atterraggio di tutti gli aeromobili e per il transito di passeggeri, bagagli e merci. Un aeroporto è composto generalmente da una pista lunga almeno 2 km con relativa torre di controllo, una zona di parcheggio per gli aeromobili, un terminal passeggeri e dei capannoni, chiamati hangar, per il deposito degli aeromobili e i servizi di assistenza tecnica. Gli aeroporti principali si trovano generalmente nei pressi delle grandi città, a cui sono collegati tramite sistemi stradali e ferroviari.

La pista La pista di un aeroporto è in cemento, ricoperta da uno strato di asfalto. L’orientamento di una pista è stabilito in base alla conformazione del sito, alla direzione dei venti e alla posizione del Sole nel corso della giornata. Per renderla visibile di notte o in condizioni di scarsa visibilità, la pista è dotata di illuminazione ai lati e lungo la mezzeria; sono evidenziati, inoltre, il punto iniziale (linea di luci verdi) e quello finale (linea di luci rosse). Negli aeroporti più grandi vi è spesso più di una pista. Accanto a esse sono predisposte strade di servizio per l’intervento di eventuali mezzi di soccorso e piste di rullaggio collegate alla zona di parcheggio dei velivoli. Il terminal passeggeri Nel terminal si trovano le strutture per le operazioni di imbarco e sbarco dei passeggeri: • banchi del check-in, dove si ritirano i biglietti e si consegnano i bagagli, che vengono trasportati nella stiva dell’aeromobile; • postazioni per il controllo dei documenti di imbarco; • dogana per i controlli dei passaporti sui viaggi internazionali; • bar, ristoranti e negozi usufruibili durante l’attesa dei voli. Non potendo camminare liberamente all’interno della zona piste, i passeggeri raggiungono gli aerei tramite appositi bus navetta o passerelle mobili coperte. All’esterno del terminal si trovano aree di parcheggio per le auto e fermate per i taxi e i bus.

› L’aeroporto Terminal passeggeri

Torre di controllo

Deposito carburante

Parcheggio

Hangar

Piste di rullaggio

346

Pista di decollo e atterraggio

Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

L'aeroplano L’aeroplano, o aeromobile, è un mezzo di trasporto per passeggeri e merci capace di sollevarsi da terra e muoversi in aria alla velocità di 700-900 km/h, a un’altitudine di 8 00010 000 m per evitare le perturbazioni atmosferiche e ridurre i consumi di combustibile. Gli aerei civili sono classificati in aerei di linea, destinati al trasporto di passeggeri, aerei per il trasporto merci, o cargo, dotati di ampi portelloni e privi di finestrini, jet executive, aerei da turismo e aerei acrobatici.

› L’aeroplano

Timone di direzione Formato da una parte orizzontale (stabilizzatore fisso ed equilibratore mobile) e una parte verticale (deriva fissa e timone di direzione mobile), permette di far virare l’aereo a destra e a sinistra.

Flap Sono mobili ed estensibili. Quando si estendono aumentano la superficie dell’ala, e quindi la portanza. Sono utilizzati in fase di decollo e atterraggio.

Alettoni Ruotando, permettono di variare l’inclinazione dell’aereo facendolo curvare.

Poltrone di classe turistica. Gli aeromobili possono trasportare 300-400 passeggeri.

Fusoliera È la parte principale dell’aereo utilizzata per l’alloggiamento dei passeggeri, dell’equipaggio o delle merci.

Timone di profondità Consente di alzare o abbassare il muso e quindi la quota del velivolo.

Carrello d’atterraggio È un sistema di ruote che sorregge il velivolo quando è a terra e permette lo spostamento all’interno dell’aeroporto; è progettato per ammortizzare l’impatto con il suolo in fase di atterraggio. Nei piccoli aerei è fisso, mentre negli altri casi rientra nella fusoliera durante il volo, così da ridurre la resistenza aerodinamica.

Cabina di pilotaggio

Carrello anteriore

Portellone anteriore per la salita e la discesa dei passeggeri e dell’equipaggio

Serbatoio combustibile Uno o più turboreattori

Ali Sono le superfici orizzontali del velivolo, sulle quali agiscono le forze aerodinamiche che generano la portanza, cioè la forza che assicura la sostentazione del mezzo.

LINK ➜ SCIENZE Perché l’aereo vola? Quando gli aerei cercano di staccarsi da terra e salire verso l’alto si trovano a dover combattere contro la forza di gravità. Riescono, però, a contrastarla grazie a un’altra forza, chiamata portanza. La portanza è la spinta, perpendicolare alla direzione del moto, che si produce grazie al flusso d’aria intorno alle ali. 1  La superficie superiore delle ali è convessa, mentre la parte inferiore è quasi orizzontale: quando l’aereo è in moto, l’aria passa sia sopra sia sotto, ma quella che passa sopra compie un tragitto più lungo a causa della convessità.

2  Sul dorso si viene a creare una pressione dell’aria minore rispetto alla parte inferiore e ciò provoca un «effetto risucchio» verso l’alto, che supera la forza di gravità e permette all’aereo di volare. La portanza, oltre che dalla conformazione dell’ala, dipende anche dalla velocità.

Ala dell’aereo

L’elicottero è un aeromobile caratterizzato da un’ala rotante. Non ha bisogno di una pista di atterraggio, può decollare e atterrare verticalmente, quindi anche in spazi ristretti; viene pertanto impiegato come mezzo di soccorso, antincendio, eliambulanza e per interventi di polizia.

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

106. Veicoli spaziali LINK ➜ STORIA Dopo la Seconda guerra mondiale, Stati Uniti e Unione Sovietica si sfidarono nella rincorsa ai successi spaziali. Il 4 ottobre 1957 l’Unione Sovietica lanciò lo Sputnik 1, il primo satellite artificiale messo in orbita attorno alla Terra. Si trattava di una sfera in alluminio del diametro di 60 cm, dotata di un radiotrasmettitore che inviava segnali. Rimase in orbita per 92 giorni, a circa 230-900 km dalla Terra, prima di disintegrarsi durante il rientro. Poco dopo, i russi inviarono nello spazio il primo essere vivente: la cagnetta Laika. Nel gennaio 1958 gli Stati Uniti risposero lanciando in orbita il loro primo satellite, l’Explorer I, dotato di strumenti scientifici grazie ai quali si scoprì l’esistenza delle fasce di radiazioni intorno alla Terra. Nel luglio 1958 venne costituita la NASA (National Aeronautics and Space Administration). Fece seguito un’epoca di importanti sperimentazioni: razzi, sonde, pannelli solari permisero agli scienziati, sia russi sia americani, di studiare l’ambiente attorno alla Terra e di trovare il modo per far rientrare i veicoli sulla Terra. Il primo uomo a raggiungere lo spazio fu il cosmonauta sovietico Jurij Gagarin, che il 12 aprile 1961 compì un’orbita a bordo della navetta Vostok 1, all’altezza di 315 km. Il 5 maggio 1961 con un vettore Mercury toccò all’americano Alan Shepard a volare nello spazio, per quindici minuti a un’altezza di 187 km. Dopo altre otto missioni, il programma Mercury venne abbandonato e nel 1963 nacque il program-

PAROLE DELLA TECNOLOGIA

ma Gemini, con razzi vettori più potenti in grado di ospitare un equipaggio di due astronauti. Fu possibile avviare attività extraveicolari e manovre orbitali, tra cui il rendez-vous, cioè l’aggancio in orbita di due navicelle.

Verso la Luna Nel 1961 gli Stati Uniti annunciarono il programma Apollo con l’obiettivo di portare l’uomo sulla Luna. Il progetto prevedeva l’uso di un razzo, sulla cui sommità si trovava una navicella composta da due moduli: il modulo di comando-servizio costituito da una capsula per la sopravvivenza degli astronauti, e il modulo lunare destinato a scendere sul suolo lunare e a riagganciarsi poi con il modulo di comando per il ritorno sulla Terra. Il 21 dicembre 1968 venne lanciato l’Apollo 8, la prima missione a uscire dal campo gravitazionale terrestre, entrare nell’orbita lunare a 384 000 km dalla Terra e vedere la faccia nascosta della Luna. Il 16 luglio 1969 l’Apollo 11 portò Neil Armstrong, Edwin Aldrin e Michael Collins in orbita lunare. Mentre Collins restò in orbita a pilotare il modulo di comando, il 20 luglio 1969 Neil Armstrong e subito dopo Edwin Aldrin furono i primi uomini a calpestare il suolo lunare per poco più di due ore. Seguirono altri sei allunaggi, l’ultimo nel dicembre 1972. In totale furono 12 gli uomini che misero piede sulla Luna.

La prima passeggiata sul suolo lunare di Edwin Aldrin. La ripresa è stata effettuata da Neil Armstrong, che si vede riflesso sul casco.

Satellite: è un corpo

orbitante intorno a un Pianeta; la Luna è l’unico satellite naturale della Terra, mentre i satelliti artificiali sono lanciati in orbita dall’uomo. Orbita: è il percorso seguito da un oggetto nello spazio, attorno a un oggetto più grande.

Nelle missioni Apollo gli astronauti utilizzavano questa capsula dotata di paracaduti per rientrare sulla Terra, effettuando un ammaraggio.

› Il lancio di un razzo vettore 1  Per portare un oggetto nello spazio occorre «bucare» l’atmosfera e serve quindi un razzo vettore per percorrere alcune centinaia di chilometri. Il razzo vettore è solitamente formato da più stadi. 3

348

2  Generalmente ad aiutare il primo stadio a raggiungere l’atmosfera vi sono due avviatori (booster) agganciati ai lati del primo stadio.

Vengono accesi i motori del primo stadio e i due booster. Three... Two... One... Go!

4  Dopo due minuti dal lancio si esaurisce il carburante dei due grossi recipienti, che vengono quindi sganciati e fatti ricadere sulla Terra.

Mezzi di trasporto

Nato nel 1972, lo Space Shuttle è una navetta spaziale che è stata capace di sfuggire alla gravità terrestre, arrivare a 400 chilometri di altezza, per poi tornare planando sulla Terra, pronta per il viaggio successivo. Nei suoi 30 anni di attività ha compiuto 135 missioni, contribuendo a costruire la Stazione Spaziale Internazionale, formata da vari moduli, trasportati proprio nel ventre del gigantesco velivolo. Nella foto, Cape Canaveral, in Florida.

Anche l’Europa dispone di una base di lancio per vettori spaziali, presso il Centro di Kourou in Nuova Guinea. Dal 1975 appartiene all’ESA (Agenzia Spaziale Europea) ed è in grado di lanciare satelliti destinati a qualsiasi tipo di orbita. Kourou si trova a soli 500 km a nord dell’Equatore, ciò permette di utilizzare la «spinta» della rotazione della Terra, rendendo più semplici le operazioni di lancio.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono le attuali finalità delle missioni spaziali? 2. C he cosa sono le stazioni spaziali? E le sonde?

5  Dopo circa 10 minuti dal lancio anche il motore del primo stadio esaurisce il suo compito; viene quindi spento e ricade a Terra.

UNITÀ 1

Esaurito l’interesse per l’esplorazione lunare, le attività spaziali si spostarono verso due principali direzioni: • mettere in orbita dei satelliti per osservare la Terra e per consentire le comunicazioni; • indagare i corpi celesti lontani, come il Sole e i pianeti del Sistema solare, studiare le comete, gli asteroidi e gli oggetti fuori dal Sistema solare. I motori finora visti non funzionerebbero nello spazio perché fuori dall’atmosfera non c’è l’aria. Per far funzionare il motore di un veicolo spaziale occorre trasportare un serbatoio per il carburante e uno per il comburente. Combustibile, ad esempio idrogeno

Comburente, ad esempio ossigeno liquido

Pompe Camera di combustione

Le stazioni spaziali Dopo il tentativo dell’Unione Sovietica con la stazione spaziale Salyut, nel 1973 gli Stati Uniti misero in orbita il laboratorio SkyLab. Nel 1991 i sovietici iniziarono i lavori della prima grande stazione spaziale dell’umanità, la MIR, a circa 200 km dalla Terra, cui aderirono la NASA e l’ESA, l’Agenzia Spaziale Europea. Nel 1993, poiché serviva una stazione più grande e più funzionale, gli Stati Uniti vararono il progetto della stazione spaziale internazionale International Space Station (ISS), a 350 km dalla Terra, che vide partecipare la NASA e le altre agenzie spaziali. La Stazione Spaziale Internazionale svolge principalmente la funzione di laboratorio di ricerca permettendo esperimenti nei campi della biologia, della fisica, dell’astronomia e della meteorologia, ricerche che permettono condizioni non riproducibili sulla Terra per l’assenza di gravità.

Le sonde spaziali La sonda spaziale è una navicella senza equipaggio con dimensioni di qualche metro, dotata di strumenti di osservazione, la cui missione è esplorare e osservare lo spazio. Le sonde vengono messe in orbita con razzi vettori. Se la missione ha lo scopo di esplorare i corpi all’interno del Sistema solare, la sonda è fornita di grandi pannelli solari per produrre l’energia elettrica di cui ha bisogno sia per alimentare le apparecchiature sia per i motori. Se invece lo scopo è l’esplorazione di corpi celesti al di fuori del Sistema solare, la sonda è fornita di un generatore, solitamente a energia nucleare.

6  Entra in funzione il motore del secondo stadio, che funziona per circa 15 minuti e porta definitivamente il carico utile in orbita.

A seconda della missione, un altro stadio può gestire i cambi di orbita e occuparsi della traiettoria al di fuori dell’orbita terrestre. 7

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AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

107. Logistica LINK ➜ STORIA

La logistica industriale

L’origine della parola logistica va ricercata nella lingua greca: il termine deriva, infatti, da logistikos cioè «che ha senso logico», ma anche da lógos, ossia «parola» oppure «ordine». A partire dal XV secolo si cominciò a chiamare logistica quella parte dell’organizzazione militare che si occupa di stabilire modalità, mezzi e strategie per sfamare, alloggiare e far muovere un esercito nel tentativo di mantenerlo sempre efficiente. Nel secondo dopoguerra la logistica uscì dai confini militari per varcare quelli dei settori economici e industriali.

La logistica è il processo con cui si gestiscono tutte le fasi della produzione industriale delle merci: approvvigionamento, stoccaggio dei materiali, trasporto e distribuzione del prodotto finito ai consumatori. Si occupa, quindi, di gestire tutti i flussi aziendali, ciascuno dei quali ha percorsi, tempi e mezzi di trasporto diversi: una corretta gestione logistica è data proprio dalla capacità di integrare e sincronizzare tali flussi. In pratica, la logistica si occupa di pianificare e controllare la produzione e le forniture, di organizzare i magazzini con il fine di ridurre le scorte, di contenere i costi di trasporto delle materie prime, dei semilavorati e dei prodotti finiti e di movimentare le merci. Tutte queste attività potrebbero essere gestite in maniera singola e disgiunta ma, nella maggior parte dei casi, si segue il modello della logistica integrata, che considera tutte le fasi come un unico sistema da organizzare nella sua globalità. Lo stoccaggio delle merci nei magazzini è una delle funzioni che vanno a incidere particolarmente sull’organizzazione aziendale. Nei magazzini si trovano sia le materie prime in entrata, pronte per le prime trasformazioni, sia i prodotti finiti in attesa di distribuzione.

Il trasporto intermodale

Nei magazzini delle aziende ogni articolo è posizionato in un luogo preciso e facilmente identificabile, possiede un codice, una descrizione ed è imballato in quantità ben definite.

lunghezz a oppure 1 610 cm 220 cm

Il trasporto delle merci ha sempre dovuto affrontare diverse difficoltà: le operazioni di carico e scarico delle merci richiedono molta manodopera; inoltre, i trasferimenti da un luogo a un altro potrebbero compromettere l’integrità delle merci. Per risolvere in parte questi problemi sono nati i contenitori standardizzati, chiamati container o Unità di Trasporto Intermodale (UTI). I container sono scatole modulari sovrapponibili, con misure standard stabilite a seconda del mezzo di trasporto cui sono destinati. La merce, chiusa nel container, può viaggiare con tipologie di veicoli differenti. Si tratta quindi di un trasporto in «molti modi», che prende il nome di trasporto intermodale o multimodale. Generalmente, però, si combinano solo due differenti mezzi: ad esempio camion-ferrovia oppure camion-nave (trasporto combinato). Il sistema di trasporto intermodale è molto flessibile, permette di ridurre i costi e di spostare materiali di ogni dimensione e con caratteristiche diverse. Pareti in acciaio ondulato

Fori per l’inserimento delle forche dei muletti o delle gru per la movimentazione

altezza 259 cm

4 cm zza 24 larghe

350

I container hanno due lunghezze: 6 e 12 metri. Esistono anche container specifici per la movimentazione di merci liquide o bestiame, container frigoriferi, isolati, ventilati.

Mezzi di trasporto › Il trasporto intermodale

3  I container vengono caricati su vagoni ferroviari, su navi portacontainer oppure, più raramente, su aerei.

5  Le merci vengono immagazzinate momentaneamente negli interporti per essere poi distribuite a livello regionale o urbano con mezzi adatti.

Con autotreni i container vengono trasportati fino alla stazione ferroviaria o a un porto.

1  Dallo stabilimento di produzione oppure presso il magazzino di uno spedizioniere, la merce in partenza viene sistemata all’interno dei container, da dove non verrà più spostata sino alla fine del suo viaggio.

UNITÀ 1

4  Raggiunto il porto di destinazione, i container possono essere nuovamente caricati su vagoni ferroviari o autotreni per proseguire il viaggio fino a un interporto o alla loro destinazione finale.

Gli interporti L’interporto è un complesso di infrastrutture destinate alla mobilità delle merci nel trasporto intermodale. In pratica, negli interporti le merci entrano ed escono cambiando mezzo di trasporto: arrivano a bordo di camion o treni, vengono stoccate e immagazzinate e sono infine smistate e distribuite con mezzi più adatti alle consegne urbane e regionali. Questi centri hanno una doppia funzione: • attrarre e concentrare i flussi di traffico merci, allontanandoli dai centri storici delle città; • razionalizzare i percorsi e le consegne della catena multimodale. Un interporto è concentrato su un’unica grande area dotata di svariati servizi: può disporre di uno scalo ferroviario, strutture di collegamento con la rete autostradale, una sede doganale per il controllo dei trasporti internazionali e diverse tipologie di magazzino. Oltre ai magazzini per lo stoccaggio delle merci in arrivo e in partenza, ci sono quelli doganali, dove i materiali in arrivo Con l’aiuto di gru o carriponte, i dagli Stati esteri sono custoditi in attesa dello svolgimento container vengono agganciati e delle regolari operazioni doganali, e i cosiddetti cross-docking caricati su appositi camion o points in cui la merce, solitamente generi deperibili e prodotti direttamente su vagoni ferroviari. freschi, entra ed esce in giornata, senza occupare scaffalature.

PUNTI DI DOMANDA 1. I n che cosa consiste la logistica industriale? 2. C ome è organizzato il trasporto internazionale? 3. Q ual è la funzione degli interporti?

Molte città italiane hanno un interporto. Quello di Parma (nella foto) con una superficie di oltre 2,5 milioni di metri quadrati, ha un sistema di opere, infrastrutture e impianti che consentono la ricezione, la custodia, la manipolazione e lo smistamento delle merci. Altri interporti si trovano ad esempio a Bologna, Padova, Rovigo, Torino, Verona, Bari, Pordenone, Trieste.

351

AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto LEZIONE

108. Mobilità sostenibile L’inquinamento dell’aria è un problema che minaccia la salute della popolazione e influenza la qualità della vita. Per cercare di conciliare il diritto di muoversi velocemente in città con la necessità di ridurre smog e polveri sottili, inquinamento acustico e congestione del traffico urbano, è nato il sistema di mobilità sostenibile. Negli ultimi anni la mobilità sostenibile è divenuta uno degli argomenti di maggiore dibattito nell’ambito delle politiche ambientali locali, nazionali e internazionali: basti pensare che, ad esempio, in Italia il settore dei trasporti produce il 50% delle emissioni di polveri sottili, di cui oltre il 65% deriva dal trasporto stradale.

Spostarsi a piedi

Procedere verso la scuola a piedi o in bicicletta presuppone una serie di competenze, tra cui saper individuare il giusto punto e il giusto momento in cui attraversare la strada, scegliere il tragitto adatto per la propria destinazione e sapersi orientare.

Spostarsi a piedi è alla base della mobilità sostenibile. È un’attività normale della vita quotidiana, eppure spesso la pigrizia o l’idea di risparmiare tempo oppure l’abitudine inducono a utilizzare l’auto, anche per brevi tratti. In questo modo ci si priva del piacere di una bella camminata e dei suoi benefici; camminare, infatti, mantiene il corpo in movimento, giova al cuore, alle arterie e ai muscoli e libera dallo stress. Inoltre, promuove le relazioni con altre persone e, non da ultimo, apporta un miglioramento ecologico alla città. Muoversi a piedi è quindi una pratica da incentivare.

Spostarsi in bicicletta Le biciclette sono un mezzo di trasporto non inquinante, salutare, economico e silenzioso, quindi adatto in ambito urbano. Per rendere più sicuro il loro uso, nelle città vengono costruite le piste ciclabili, spazi protetti e riservati alle biciclette dove non possono circolare altri mezzi; tuttavia, in molte città italiane la rete delle piste ciclabili non copre un’area sufficiente e spesso, in prossimità degli incroci, il percorso diventa pericoloso. Per favorire l’uso delle biciclette, nei grandi centri si sta diffondendo il bike-sharing, un sistema di noleggio di bici (gratuito in alcune città) che consente di spostarsi in modo agevole. Sparse per la città vi sono apposite stazioni di biciclette dove è possibile affittare un mezzo; la restituzione può poi avvenire presso un’altra stazione di noleggio. Questo sistema è integrabile con i mezzi di trasporto pubblico in quanto le bici da noleggiare sono posizionate sempre accanto alle stazioni e alle fermate principali.

Spostarsi con i mezzi pubblici Il bike-sharing può essere la risposta più adeguata ai problemi legati agli spostamenti in città. Con il bike-sharing si hanno meno traffico, meno code e meno inquinamento. Chi si abbona al servizio deve solo pensare a prendere la bici, arrivare a destinazione e restituire il mezzo nella stazione più vicina.

352

Strettamente legato allo spostarsi a piedi è l’utilizzo dei mezzi pubblici. Il sistema di trasporto pubblico è considerato sostenibile per diverse ragioni: • diminuisce la congestione del traffico dovuta all’uso dei mezzi di trasporto individuali nelle aree urbane e sulle grandi arterie; • a parità di carico utilizza meno energia rispetto ai mezzi di trasporto privati; • utilizza anche mezzi di trasporto elettrici (treni, tram, metropolitane), che riducono l’inquinamento atmosferico nelle città. I mezzi elettrici, inoltre, poiché viaggiano su sedi proprie, consentono di ridurre i ritardi causati dal traffico.

Mezzi di trasporto

UNITÀ 1

OSSERVA E SPERIMENTA

Spostarsi con l'automobile

1. V erifica, con l’aiuto degli adulti, se nel tuo Comune oppure in una città di tua conoscenza circolano autobus con motori elettrici o a metano.

Oltre ai mezzi pubblici, la mobilità sostenibile propone nuove soluzioni come, ad esempio, il carpooling e il car-sharing. Con il carpooling, cioè «auto di gruppo», un’automobile privata è utilizzata in condivisione da più persone che devono raggiungere una stessa destinazione e hanno le medesime esigenze orarie, generalmente si tratta di pendolari che si spostano per motivi di lavoro o di studio. Il carpooling potrebbe migliorare la congestione del traffico riducendo il numero dei veicoli in circolazione e di conseguenza anche la necessità di nuove infrastrutture. Si ha inoltre un risparmio economico in termini di costo per persona di carburante, olio, pneumatici, costi per il parcheggio e i pedaggi autostradali e una riduzione dell’inquinamento a causa del minor numero di mezzi in circolazione. La pratica di condividere l’auto è maggiormente diffusa nei Paesi dell’Europa settentrionale e negli Stati Uniti. Da qualche anno anche Autostrade per l’Italia sta incentivando l’uso del carpooling tramite messaggi pubblicitari sulle sue autostrade. Il servizio di car-sharing, cioè «auto condivisa», è simile a un autonoleggio a ore, con veicoli parcheggiati in vari punti della città; le auto possono essere affittate e poi restituite in uno qualunque dei parcheggi preposti, anche differente da quello dove è avvenuto il noleggio del mezzo. In alcuni casi il car-sharing viene realizzato con auto elettriche, ottenendo anche un vantaggio dal punto di vista dell’inquinamento.

Utilizzando l’energia solare si potrebbero caricare le batterie delle auto elettriche e ridurre l’inquinamento.

Negli ultimi anni, a causa dell’inquinamento in città, le zone a traffico limitato (ZTL) sono sempre più estese. Se ad esempio il trasporto delle merci nelle città avvenisse con veicoli elettrici, le città ne trarrebbero un sostanziale beneficio.

Spostarsi con le auto elettriche e quelle ibride Poiché le auto elettriche hanno emissioni zero, non inquinano l’aria delle città. Va considerato, però, che per produrre energia elettrica si utilizzano principalmente combustibili fossili o nucleari, quindi il maggiore consumo di energia elettrica porta a un maggiore lavoro per queste centrali e a un aumento delle emissioni. Negli ultimi anni il mercato automobilistico sta proponendo anche auto ibride, alimentate con un motore a benzina o Diesel abbinato a un motore elettrico; il vantaggio di questo tipo di autovetture è che all’interno delle città possono utilizzare il motore elettrico, quindi non inquinante, mentre per spostamenti più lunghi o fuori dagli spazi urbani possono ricorrere al motore a benzina o Diesel. Nelle diverse fasi che vanno dall’organizzazione logistica dei materiali industriali fino alla distribuzione dei prodotti al consumatore, l’elemento della catena più dannoso per l’ambiente è rappresentato dal trasporto merci. In Italia, nei decenni passati, il trasporto delle merci su gomma è stato potenziato a dismisura e oggi l’80% delle merci viaggia su gomma, mentre solo una minima parte utilizza la rete ferroviaria, a differenza di altri Paesi europei, dove il trasporto delle merci con la ferrovia raggiunge valori del 50%. Il trasporto su rotaia, oltre a non generare traffico, inquina meno rispetto al trasporto su gomma.

353

IN BREVE LEZION E 102

Trasporto su gomma Per rete di trasporto si intende un insieme di strade che, intersecandosi, permettono la circolazione dei veicoli e dei pedoni. La bicicletta è un mezzo di trasporto che utilizza la forza muscolare di chi si trova sul veicolo. Nella bicicletta a pedalata assistita alla forza muscolare si affianca quella di un motore elettrico. Il ciclomotore è un veicolo a motore con una cilindrata non superiore a 50 cc, che sviluppa una velocità massima di 45 km/h. L’automobile è un veicolo stradale adibito al trasporto privato di persone. Tra i veicoli adibiti al trasporto delle merci vi sono il furgone, il camion, l’autotreno e l’autoarticolato. Nel settore dei trasporti la tecnologia ha permesso di mettere a punto dispositivi di sicurezza attivi e passivi.

LEZION E 103

Trasporto su rotaia Il mezzo di trasporto per merci e persone che usufruisce delle infrastrutture ferroviarie è il treno. I treni ad alta velocità (superiore a 250 km/h) consentono collegamenti in breve tempo su lunghe distanze e generalmente viaggiano su linee apposite. Tra i mezzi pubblici di trasporto collettivo di persone in ambito cittadino vi sono il tram e la metropolitana. I mezzi di trasporto su rotaia sono efficienti dal punto di vista energetico, perché hanno un basso attrito tra ruote e binari e, essendo alimentati con energia elettrica, non inquinano l’aria delle città.

LEZION I 104 E 105

Trasporto marittimo Il porto è l’infrastruttura creata attorno a uno specchio d’acqua, costituito da una serie di opere di difesa (dighe, moli, frangiflutti) e da opere murarie destinate ad agevolare l’attracco delle navi (banchine e pontili interni). Le navi sono imbarcazioni adatte al trasporto dei passeggeri (traghetti, navi da crociera e transatlantici) e delle merci (cargo, metaniere, petroliere, portacontainer, navi Ro-Ro).

Trasporto aereo L’aeroporto è un’infrastruttura che serve per il decollo e l’atterraggio degli aeromobili. Nell’aeroporto sono presenti le piste di rullaggio, di decollo e atterraggio, la torre di controllo, il terminal passeggeri, al cui interno si trovano le strutture relative alle operazioni di imbarco e sbarco, i banchi del check-in e la dogana per il controllo dei passaporti sui voli internazionali. L’aeroplano è un mezzo di trasporto capace di sollevarsi da terra e muoversi in aria a velocità superiori a 700 km/h e può raggiungere un’altitudine di 8-10 000 m. Gli aerei civili si distinguono in aerei di linea per il trasporto di persone e bagagli, e aerei per il trasporto merci chiamati cargo. LEZION E 106

Veicoli spaziali La corsa allo spazio iniziò nel 1957 con il lancio dello Sputnik, il primo satellite artificiale, ma una delle date più importanti è il 16 luglio 1969, quando Neil Armstrong e Edwin Aldrin misero piede sulla superficie della Luna, a 384 000 km dalla Terra. L’interesse per lo spazio si concentrò poi nella messa in orbita di satelliti per osservare la Terra, indagare corpi lontani (il Sole e i pianeti del Sistema solare) e per favorire le telecomunicazioni. Per portare un oggetto nello spazio occorre un potente razzo vettore, dotato di un serbatoio per il combustibile e uno per il comburente, dato che nello spazio non c’è aria.

LEZION I 107 E 108

Logistica La logistica è il processo con cui si gestisce la spedizione e la distribuzione delle merci. Per risolvere le difficoltà di carico e scarico delle merci a livello internazionale, si utilizzano dei contenitori standardizzati, chiamati container. I container vengono fatti viaggiare su vagoni ferroviari o navi portacontainer fino agli interporti dotati di magazzini. La merce viene poi distribuita a livello regionale o locale con mezzi adatti.

Mobilità sostenibile La mobilità sostenibile cerca di conciliare il diritto di muoversi in città con la necessità di ridurre smog, polveri sottili, inquinamento acustico e traffico. La mobilità sostenibile prevede di spostarsi a piedi o in bicicletta favorendo l’utilizzo del bike-sharing, dei mezzi di trasporto pubblico (treni, tram, metropolitana), del carpooling e del car-sharing.

354

Mezzi di trasporto

ESERCIZI Conoscenze

UNITÀ 1

5. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

1. Inserisci i termini mancanti.

satelliti – spazio – Vostok 1 – Apollo 11 – Neil Armstrong – Jurij Gagarin – studio – Luna

1. La strada che può avere più di due corsie a doppio senso di

Il primo uomo a raggiungere lo

marcia, separate da uno spartitraffico è detta

..................................

2. Se si vuole costruire una strada che oltrepassi un corso d’acqua, si realizza un

..............................................

3. La cilindrata dello scooter non supera i

..........................................

cc.

4. Nella bicicletta i rapporti, azionabili con una leva vicino al manubrio, si trovano sul

..............................................

nauta sovietico

..............................................

..............................................,

fu il cosmo-

che nel 1961 compì un’orbi-

..............................................;

qualche anno più

tardi, nel 1969, il programma americano

..............................................

ta a bordo della navetta consentì lo sbarco sulla

..............................................: ..............................................

Edwin Aldrin riuscirono a passeggiare sulla superficie lunare mentre Michael Collins pilotava il modulo di comando. Oggi le attività spaziali sono concentrate sulla messa in orbita di per consentire le comunicazioni e sullo

2. Individua l’intruso.

...............................................................

1. Quale dei seguenti mezzi non viaggia su rotaia? a  metropolitana b  tram c  treno d  autotreno

..............................................

2. Quale di questi elementi non fa parte del treno? a  motrice b  convogli c  stazione d  pantografo

1. I container hanno dimensioni standard.

3. Individua l’intruso.

3. Il trasporto intermodale avviene solamente V F con i camion.

1. Quale di questi elementi non fa parte della struttura del porto? a  molo b  diga c  scafo d  frangiflutti 2. Quale delle seguenti navi non è adibita al trasporto dei passeggeri? a  traghetto b  nave da crociera c  nave Ro-Ro d  transatlantico 4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. La pista dell’aeroporto deve essere dotata V F di illuminazione lungo la mezzeria. 2. La fusoliera, le ali, lo scafo e la carena sono V F le parti principali di un aereo. 3. In tutti gli aeroporti la pista deve essere orientata V F verso sud.

dello spazio al di fuori del Sistema solare.

6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. V

2. La logistica si occupa di tutte le fasi della gestione industriale delle merci, organizza i magazzini, V F gestisce il trasporto e la distribuzione.

4. Gli interporti sono dotati di magazzini V F per lo stoccaggio delle merci. 7. Inserisci i termini mancanti. 1. Lo scopo della mobilità

..............................................

è ridurre l’inqui-

namento e il traffico urbano. 2. La .............................................. è uno spazio riservato alla circolazione delle biciclette. 3. Il

..............................................

consiste nella condivisione di un’auto

privata da parte di più persone con la stessa meta. 4. Il servizio di condivisione dell’auto simile a un autonoleggio a ore prende il nome di

..............................................

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Svolgi una ricerca in Internet riguardo agli effetti sulla salute derivanti dall’inquinamento atmosferico. 2. Analizza tutte le fasi inerenti al trasporto merci per via aerea e su rotaia: fai un confronto tra le due tipologie e stabilisci quali sono i vantaggi e gli svantaggi derivanti dal loro utilizzo.

3. Descrivi in che modo i mezzi per il trasporto merci si sono adeguati al nuovo mercato commerciale. 4. Esegui un confronto tra i diversi mezzi di trasporto analizzandoli dal punto di vista della sostenibilità ambientale. 5. Dal tuo punto di vista come dovrebbe svolgersi il trasporto cittadino per essere veramente sostenibile?

355

Mobilità eemezzi Mobilità mezzididitrasporto trasporto

UNITÀ

AREA 8

2 Educazione stradale

LEZIONE

109. Utenti della strada PAROLE DELLA TECNOLOGIA Codice della strada: è l’insieme delle norme che devono essere osservate da tutti gli utenti della strada. Queste regole tutelano la sicurezza per sé e per gli altri e coinvolgono non soltanto chi usa l’automobile o altri mezzi a motore ma anche i ciclisti e i pedoni.

Ci si muove a piedi per fare sport, per incontrare gli amici, per raggiungere la fermata dei mezzi di trasporto e anche quando si scende dall’auto per fare la spesa o ci si reca a scuola. Quando si effettuano questi piccoli o lunghi percorsi si diventa pedoni e utenti della strada.

356

Tutti i giorni, quando si esce da casa per andare a scuola o in altri luoghi, si diventa utenti attivi della strada. La strada è di tutti e tutti devono osservare alcune regole fondamentali che permettono di utilizzarla in sicurezza e con decoro.

Muoversi a piedi Oggi, nell’era della meccanizzazione tecnologica, sono possibili spostamenti super veloci, ma ciò non ha annullato la figura del pedone. Essere un pedone ha dei vantaggi: non inquina l’ambiente, migliora il benessere fisico ed è alquanto economico. Purtroppo, se non si presta una particolare attenzione a semplici norme, si può incorrere in incidenti, a volte anche gravi. I pedoni hanno dei doveri: • come pedoni è necessario camminare sui marciapiedi, sulle banchine e su tutti gli altri spazi predisposti. Se questi non ci sono e la strada è a doppio senso, bisogna camminare (preferibilmente in un’unica fila) sul margine sinistro della carreggiata, con il traffico di fronte. Quando la carreggiata è invece a senso unico bisogna camminare sul margine destro rispetto alla direzione di marcia; • quando si attraversa la carreggiata bisogna servirsi degli attraversamenti pedonali, oppure dei sovrapassaggi o sottopassaggi. Se questi non esistono, o distano più di 100 metri, si può attraversare la carreggiata in modo perpendicolare, prestando la massima attenzione al sopraggiungere degli autoveicoli e dei veicoli su rotaia, a cui si deve dare la precedenza; • i pedoni hanno l’obbligo di seguire le indicazioni dell’agente del traffico o del semaforo pedonale durante gli attraversamenti: se il semaforo è rosso, è necessario fermarsi e attendere il verde prima di attraversare. In prossimità di un passaggio a livello, nel caso in cui la sbarra sia abbassata, è vietato scavalcare o passarvi sotto.

Educazione stradale

Ai pedoni è vietato: attraversare le intersezioni diagonalmente;

attraversare le piazze e i larghi al di fuori degli attraversamenti pedonali, anche se la distanza è superiore ai 100 metri;

Sui mezzi pubblici bisogna lasciare scendere le persone prima di salire: ciò non significa spintonare per costringerle a rientrare così da salire il prima possibile e prendere posto, ma significa proprio lasciare scendere prima di salire.

sostare o indugiare sulla carreggiata o creare intralcio su marciapiedi, banchine o attraversamenti pedonali;

UNITÀ 2

effettuare l’attraversamento stradale passando davanti a tram, autobus e filoveicoli in sosta alle fermate.

Muoversi con i mezzi pubblici Per il trasporto esistono anche i mezzi pubblici. Chi utilizza un mezzo pubblico deve seguire delle regole: • bisogna munirsi sempre del biglietto, acquistabile presso i centri di rivendita; • è necessario obliterare il biglietto; • rispettare la fila e, prima di salire, fare scendere tutte le persone; • una volta sul mezzo, non intralciare la salita e la discesa degli altri passeggeri; • sul mezzo in movimento, appoggiarsi agli appositi sostegni per non perdere l’equilibrio; • se si ha lo zaino dietro le spalle, girarsi con cautela; • se si è seduti e si vede una persona sofferente, invalida o anziana, è buona norma cederle il posto; • aiutare invalidi e anziani durante la salita e la discesa dal mezzo; • quando si scende dall’autobus, passare dietro e mai davanti al mezzo; • una volta scesi dal mezzo, prestare la massima attenzione ai veicoli che sopraggiungono.

Muoversi in bicicletta Anche se in Italia non è obbligatorio quando si va in bicicletta, in caso di caduta indossare il casco può proteggerti. Ricorda che la «testa» è tua, proteggila!

Quando si parla di bicicletta ci si riferisce a un mezzo di trasporto con una tecnologia avanzata. Sia la meccanica per la spinta sia il materiale in lega leggera concorrono a rendere la bicicletta un mezzo molto vantaggioso, in rapporto alla forza muscolare. Chiunque può andare in bicicletta, ma è indispensabile conoscere le norme del Codice della strada per circolare nel traffico. I ciclisti hanno l’obbligo di: • rispettare i cartelli stradali, i semafori e le regole per la precedenza; • segnalare una svolta usando il braccio destro se si vuole svoltare a destra e il braccio sinistro per la svolta a sinistra; in quest’ultimo caso bisogna portarsi al centro della carreggiata e dare la precedenza ai veicoli che provengono in senso opposto; • segnalare la propria presenza sulla strada con dei segnalatori luminosi: se si circola di notte senza luci, anche se la strada è illuminata, i conducenti degli autoveicoli non sempre notano la presenza della bici; • tenere il manubrio con le mani: una buca o un ostacolo improvviso, infatti, potrebbero far perdere l’equilibrio.

357

AREA 8

Mobilità e mezzi di trasporto Ai ciclisti è vietato: • compiere improvvisi cambi di direzione, senza averlo prima segnalato con opportuni movimenti del braccio; • usare il cellulare o cuffie musicali durante la guida; • effettuare sorpassi di altri veicoli sulla destra; • circolare sui marciapiedi, anche se sono ampi, e sulle strade in cui è presente il segnale di divieto per le biciclette; • esibirsi con impennate, che aumentano la probabilità di caduta con gravissime conseguenze; • effettuare inutili e pericolosi zig-zag; • circolare in città se si è sprovvisti degli accessori prescritti dal Codice della strada: è il caso delle biciclette da corsa e delle mountain bike.

Ai ciclisti è inoltre vietato: circolare su strade extraurbane;

farsi trainare;

occupare il centro della carreggiata;

trasportare altre persone.

Muoversi con il ciclomotore Negli Stati dell’Unione Europea la patente di guida per il ciclomotore si consegue a 16 anni dopo aver sostenuto un esame teorico e uno pratico presso un’autoscuola. I singoli Stati possono abbassare il limite a 14 anni (come accade in Italia), mantenendo però il vincolo secondo cui all’estero è possibile guidare un ciclomotore solo a partire dai 16 anni.

Per poter circolare con uno scooter bisogna possedere: • la patente di guida di categoria AM, precedentemente chiamata patentino; • un certificato di circolazione con i dati d’identificazione e di costruzione del veicolo; • una targa, che identifica l’intestatario del certificato di circolazione: questa è personale e abbinata a un solo veicolo; • il certificato di assicurazione, obbligatorio per la responsabilità civile verso terzi; • il versamento della tassa di circolazione (bollo); • un documento di riconoscimento; • il casco correttamente allacciato. Chi guida uno scooter ha l’obbligo di: • rispettare sempre i limiti di velocità, i segnali stradali e la distanza di sicurezza; • rispettare le norme di precedenza, ricordando che i veicoli di soccorso, come le ambulanze o i mezzi dei vigili del fuoco, i veicoli delle forze dell’ordine con la sirena in funzione, i pedoni sulle strisce pedonali e i tram hanno il diritto di precedenza; • rallentare agli incroci; • usare la segnaletica luminosa per ogni cambio di direzione; • effettuare sorpassi solo a destra e solo in situazioni di massima sicurezza; • prestare la massima attenzione se i semafori sono lampeggianti. Chi guida uno scooter non deve: • procedere a zig-zag, soprattutto tra i veicoli; • effettuare manovre pericolose; • trasportare un altro passeggero se lo scooter non è omologato per due persone e il conducente non è maggiorenne.

358

Educazione stradale

È indispensabile che, durante la guida, il casco sia perfettamente allacciato: in caso contrario, infatti, potrebbe sfilarsi durante un urto e diventare quindi inutile.

UNITÀ 2

Il casco Durante la marcia dello scooter, il conducente e l’eventuale passeggero hanno l’obbligo di indossare il casco protettivo omologato dal Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti, tenendolo allacciato. Qualora il conducente o l’eventuale passeggero non dovessero indossare il casco, o esso non sia allacciato, sono soggetti a una multa e al fermo amministrativo del mezzo per 30 giorni, cioè quel mezzo non può circolare per 30 giorni. Il casco deve riportare un’etichetta che ne certifichi l’omologazione; deve essere della misura corretta e aderire alla testa senza però comprimere: un casco troppo grande, ad esempio, tende a muoversi durante la guida e può addirittura abbassarsi fino a coprire gli occhi, divenendo molto pericoloso. Se il casco non risponde più ai parametri di sicurezza, in particolare se ha subito un colpo in seguito a un incidente, è consigliabile sostituirlo con un altro integro. Per la sicurezza si consiglia di non incollare adesivi o altro sulla superficie esterna del casco perché se, in seguito a una caduta o a un urto, si formassero delle piccole lesioni nella struttura, queste verrebbero occultate dall’adesivo. Poiché alcune sostanze, come i detersivi, potrebbero danneggiarlo, è bene lavarlo solo con acqua e sapone.

In caso di incidente stradale

L’Italia e gli altri Stati dell’Unione Europea si stanno attrezzando per attivare il numero unico 112, da chiamare in caso di incidente e che sostituisce gli altri numeri telefonici di emergenza.

Circolando sulla strada può capitare di rimanere coinvolti o di vedere automobili, moto, scooter o biciclette coinvolti in un incidente stradale. Chi ha causato un incidente ha l’obbligo di: • fermarsi e prestare l’assistenza occorrente a coloro che abbiano subìto un danno fisico. Chi non si ferma è punito con la reclusione e la sospensione della patente di guida; • attivarsi per chiamare i soccorsi telefonando ai numeri di pronto intervento; • attendere l’arrivo del personale addetto a questi interventi. Nell’attesa si può soltanto prestare un’assistenza morale che tranquillizzi l’incidentato, per cui non si deve mai togliere il casco o slacciarlo, cercare di sollevare la persona coinvolta o farla bere; • fornire, qualora l’incidente non abbia causato danni a persone, le proprie generalità e tutte le informazioni utili per provvedere al risarcimento dei danni.

LINK ➜ MATEMATICA Lo spazio di arresto Per spazio di arresto s’intende la distanza necessaria per bloccare il veicolo in movimento dal momento in cui si percepisce l’ostacolo. Questo è dato dalla somma dello spazio di reazione + lo spazio di frenata.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i doveri dei pedoni? 2. Q uali regole bisogna osservare sui mezzi pubblici? 3. Q uali sono i divieti per i ciclisti? E per chi guida uno scooter? 4. Che cosa bisogna fare in caso di incidente?

Spazio di reazione

Spazio di frenata

Il primo è lo spazio necessario al conducente per attivarsi a frenare. Il secondo è lo spazio in cui il mezzo è sottoposto all’azione del freno. Se si vuole calcolare con una certa approssimazione lo spazio di arresto, bisogna dividere per dieci la velocità del ciclomotore e moltiplicare il risultato per se stesso. Esempio: se la velocità è di 40 km/h, lo spazio di arresto sarà 40 : 10 = 4 4 x 4 = 16 metri (spazio necessario per fermarsi). Naturalmente lo spazio di arresto può aumentare se il conducente è distratto, se le gomme sono lisce, se la strada è bagnata o ghiacciata oppure se l’impianto frenante non è efficiente.

359

AREA 8

MobilitĂ e mezzi di trasporto LEZIONE

110. Segnaletica stradale La segnaletica verticale Ă&#x2C6; costituita da cartelli di differenti forme, colori e dimensioni posti su pali verticali.

Segnali di pericolo Sono di forma triangolare e bordati di rosso, di norma sono posti 150 metri prima del pericolo. Segnalano una situazione che potrebbe risultare pericolosa.

Segnali di divieto Sono rotondi con bordo rosso e si trovano vicino al punto in cui inizia la prescrizione.

Segnali di obbligo Sono di forma rotonda e impongono uno specifico comportamento. Alcuni hanno fondo blu e simbolo bianco, altri bordo rosso e simbolo nero.

Segnali di precedenza Possono avere diverse forme e colori. Segnalano la vicinanza di un incrocio e indicano le regole di precedenza.

360

Dosso

Curva pericolosa a destra

Doppia curva, la prima a destra

Passaggio a livello con barriere

Attraversamento tranviario

Attraversamento pedonale

Attraversamento ciclabile

Strettoia simmetrica

Bambini

Doppio senso di circolazione

Divieto di transito

Senso vietato

Divieto di segnalazioni acustiche

Divieto di transito ai pedoni

Divieto di transito alle biciclette

Divieto di transito ai motocicli

Divieto di sosta

Divieto di fermata

Passo carrabile

Divieto di sosta in alcune fasce orarie

Direzione obbligatoria dritto

Direzione obbligatoria a sinistra

Preavviso di direzione obbligatoria a sinistra

Percorso pedonale

Fine percorso pedonale

Pista ciclabile

Fine pista ciclabile

Pista ciclabile contigua al marciapiede

Fine pista ciclabile contigua al marciapiede

Posto di blocco

Dare precedenza

Fermarsi e dare precedenza

Preavviso di fermarsi e dare precedenza

Intersezione con precedenza a destra

Dare precedenza nei sensi unici alternati

Educazione stradale

Segnali di indicazione Sono di forma rettangolare e hanno la funzione di fornire informazioni necessarie o utili per la guida e per l’individuazione di località, itinerari o servizi. Il fondo dei segnali di indicazione può essere di colori diversi.

Intersezione con diritto di precedenza

Diritto di precedenza

Diritto di precedenza nei sensi unici alternati

Senso unico parallelo

Senso unico frontale

Attraversamento pedonale

UNITÀ 2

Attraversamento ciclabile

Verde: nelle autostrade e sulle indicazioni per raggiungerle.

Blu: nelle strade extraurbane e sulle indicazioni per raggiungerle.

Marrone: nelle indicazioni di località di interesse turistico, storico, artistico, culturale.

Bianco: nelle strade urbane, nelle indicazioni per raggiungerle e in quelle per strutture ricettive.

Nero: nelle indicazioni di zone industriali, artigianali o commerciali.

La segnaletica luminosa È rappresentata, ad esempio, dagli impianti semaforici che regolano il traffico in un incrocio. La segnaletica complementare Si tratta dei gesti manuali compiuti dagli agenti preposti alla regolazione del traffico. La segnaletica orizzontale È tracciata sulla strada con delle strisce i cui colori variano secondo la funzione.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i diversi tipi di cartelli della segnaletica verticale? 2. O ltre ai cartelli, quali altri elementi compongono la segnaletica stradale?

La carreggiata può essere divisa da due linee bianche parallele continue per evidenziare sia la netta separazione delle corsie sia la pericolosità della strada.

Il colore giallo è usato per tracciare le strisce di delimitazione della fermata dei veicoli di pubblica utilità e segnalare gli spazi per la sosta dei diversamente abili. L’azzurro è il colore con cui si delimitano gli spazi per il parcheggio a pagamento.

Si usa il bianco per le striscie che delimitano la carreggiata e i due sensi di marcia. Se una delle due strisce è discontinua, si deve tener conto solo della prima posta alla nostra sinistra; se questa è continua non è ammesso il sorpasso, se è discontinua si può sorpassare o svoltare.

In presenza di linea continua centrale non si possono effettuare sorpassi.

Se la striscia è discontinua si può sorpassare o svoltare.

361

IN BREVE LEZION E 109

Utenti della strada Tutte le volte che una persona utilizza la strada ne diventa un utente, per cui deve necessariamente osservare delle regole fondamentali per la sicurezza sua e degli altri. I pedoni sono utenti che utilizzano, per gli spostamenti, la forza muscolare e non per questo sono esenti da precisi doveri: camminare sui marciapiedi, sulle banchine e negli spazi a loro riservati; se questi non sono presenti, bisogna camminare in fila indiana sul margine della strada. Per usare i mezzi pubblici bisogna munirsi di biglietto, che va obliterato, rispettare le file, lasciare scendere le persone prima di salire; se si ha lo zaino sulle spalle, occorre muoversi con cautela; inoltre, cedere il posto a invalidi o anziani è una norma di civiltà; una volta scesi bisogna passare sempre dietro al mezzo e prestare la massima attenzione ai veicoli. I ciclisti hanno l’obbligo di rispettare la segnaletica stradale, i semafori e le regole della precedenza; devono segnalare la svolta con il braccio, segnalare di sera la loro presenza con i segnalatori luminosi e tenere il manubrio con le mani. Ai ciclisti è vietato fare cambi improvvisi di direzione, usare il cellulare o le cuffie per ascoltare la musica, sorpassare sulla destra, circolare sui marciapiedi, fare delle impennate, circolare con la bicicletta se non è provvista di accessori prescritti dal Codice della strada, circolare su strade extraurbane, farsi trainare, occupare il centro della carreggiata, trasportare altre persone. Il guidatore dello scooter deve avere almeno14 anni e per circolare deve possedere la patente di guida di categoria AM, il certificato di circolazione con i dati del veicolo, la targa, l’assicurazione del veicolo per la responsabilità civile, la ricevuta della tassa di circolazione, un documento di riconoscimento. Durante la marcia dello scooter, il conducente e l’eventuale passeggero hanno l’obbligo di indossare il casco protettivo omologato, tenendolo regolarmente allacciato. Inoltre, il guidatore ha l’obbligo di rispettare i limiti di velocità, i segnali stradali, la distanza di sicurezza e le norme di precedenza, rallentare agli incroci, usare la segnaletica luminosa per i cambi di direzione, effettuare sorpassi a destra e solo in situazioni di sicurezza. Non deve procedere a zig-zag, effettuare manovre pericolose né trasportare altre persone se lo scooter non è omologato e se il conducente non è maggiorenne. Chi si trova coinvolto o assiste a un incidente stradale deve fermarsi e prestare subito assistenza a coloro che abbiano subito un danno fisico: è necessario attivarsi per chiamare i soccorsi telefonando ai numeri di emergenza.

LEZION E 110

Segnaletica stradale La segnaletica verticale è costituita dai cartelli stradali: Segnali di pericolo Sono di forma triangolare e segnalano una situazione che potrebbe risultare pericolosa. Segnali di divieto Sono di forma rotonda con bordo rosso e segnalano ciò che non si deve fare. Segnali di obbligo Sono di forma rotonda con colori blu. Impongono agli utenti uno specifico comportamento da rispettare. Segnali di precedenza Hanno forme e colori diversi. Indicano le regole per la precedenza. Segnali di indicazione Hanno forma rettangolare e indicano una località, un itinerario o dei servizi. Altri tipi di segnaletica sono quella luminosa, come i semafori, quella complementare, costituita dai gesti compiuti dagli agenti del traffico, e quella orizzontale, che comprende le strisce tracciate sulla strada.

362

Educazione stradale

ESERCIZI Conoscenze

3. Quale tra i seguenti divieti non riguarda i ciclisti? a  farsi trainare b  usare il casco c  usare il cellulare d  circolare sui marciapiedi

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. I pedoni possono attraversare la strada in qualunque punto della carreggiata.

2. I pedoni devono seguire le indicazioni dell’agente V F del traffico. 3. Ai pedoni è consentito attraversare con il semaforo V F pedonale rosso. 4. I ciclisti devono osservare la segnaletica stradale.

5. Lo scooter può essere guidato senza patente.

6. Il marciapiede è riservato ai pedoni e alle biciclette.

7. Chi guida uno scooter deve allacciare il casco V F solo sulle strade extraurbane. 8. Sullo scooter il casco è obbligatorio solo per i minorenni. V

UNITÀ 2

9. Per cambiare corsia bisogna segnalare sempre V F la manovra. 1 0. Per circolare in città la bicicletta può non avere V F i segnalatori luminosi.

4. Che cosa non deve fare chi causa un incidente? a  chiamare il 112 b  allontanarsi c  prestare assistenza d  aspettare i soccorsi 3. Scegli l’alternativa corretta. 1. In moto e in scooter bisogna usare sempre a  le cuffie b  il casco 2. Quando un tram è fermo bisogna passare a  davanti b  dietro 3. Il certificato di assicurazione dello scooter a  è obbligatorio b  non è obbligatorio 4. Se il casco è lievemente lesionato, bisogna a  sostituirlo b  lavarlo con acqua e sapone 4. Scegli che cosa indicano i segnali elencati. 1.

avere la precedenza b dare la precedenza c segnale di stop

2. Individua l’intruso.

divieto di transito b transito consentito c dare la precedenza

1. Che cosa non deve fare chi prende un mezzo pubblico? a  munirsi di biglietto b  obliterare il biglietto c  salire senza prima lasciar scendere gli altri passeggeri

a b

2. Quale dei seguenti obblighi non riguarda il ciclista? a  avere la precedenza b  rispettare i segnali stradali c  segnalare la svolta d  rispettare i semafori

1 1. Quando si è in bicicletta è possibile farsi trainare V F da un ciclomotore. 1 2. Quando si è alla guida si può usare il cellulare, V F ma solo per brevi percorsi. 1 3. Il casco deve essere indossato sempre allacciato.

1 4. I ciclisti possono circolare sui marciapiedi.

1 5. Si può conseguire la patente per lo scooter al compimento del tredicesimo anno di età.

a c a c

senso vietato senso obbligatorio divieto di transito corsa podistica divieto pedonale percorso pedonale

c a c

divieto di transito alle biciclette pista ciclabile corsa ciclistica divieto di svolta svolta obbligatoria senso unico

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Munitevi di una cartina del luogo dove abitate ed evidenziate gli incroci o le curve di maggior pericolo. 2. Quali procedure metteresti in atto se dovesse capitarti di assistere a un grave incidente stradale e si rendesse necessario il tuo aiuto?

3. Quali segnali stradali useresti in prossimità di una scuola, un ospedale, un cantiere e un passaggio a livello? 4. Spiega che cosa vuol dire essere utenti della strada, concentrandoti sulle differenze tra pedone, ciclista e automobilista. 5. Quali sono, secondo te, le regole fondamentali per la sicurezza stradale dei pedoni e dei ciclisti?

363

MAPPA DELL’AREA SU GOMMA – – – – –

bicicletta ciclomotore automobile autobus camion

SU ROTAIA – treno – tram – metropolitana

MARITTIMI – nave e traghetto per passeggeri – nave per il trasporto merci

AEREI – aeroplano – elicottero

CON I VEICOLI SPAZIALI

TRASPORTI

MERCI

LOGISTICA – trasporto intermodale – container – interporti

PASSEGGERI

INQUINAMENTO

364

per ridurre l’inquinamento

MOBILITÀ SOSTENIBILE

– – – – – – – –

a piedi in bicicletta bike-sharing mezzi pubblici car-sharing carpooling auto elettrica auto ibrida

Mobilità e mezzi di trasporto

VERIFICA Conoscenze

4. Quale di questi elementi non fa parte della bicicletta? a  catena b  mozzo c  marmitta d  moltiplica e  telaio f  catadiottro

1. Scegli l’alternativa corretta. 1. Il ciclomotore può sviluppare una velocità massima di a  35 km b  45 km c  55 km 2. I container possono essere lunghi a  12 m b  16 m

18 m

3. Le rotaie sono mantenute parallele a  dalle traversine b  dagli scambi 4. Le auto ibride utilizzano un motore a benzina o Diesel abbinato a un motore a  elettrico b  a metano 5. In Italia la maggior parte del trasporto merci avviene su a  strada b  ferrovia 6. Gli interporti sorgono a  in centro città

AREA 8 5

in periferia

7. Lo SkyLab era una stazione spaziale a  europea b  americana 8. Una nave deve essere in grado di raggiungere una velocità di almeno a  70 nodi b  7 nodi 9. La forza che permette all’aereo di volare è detta a  portanza b  potenza 10. L’impianto fisso di una rete ferroviaria si chiama a  armamento b  scartamento 11. La nave galleggia grazie alla spinta idrostatica formulata da a  Archimede b  Pitagora 12. La metropolitana è alimentata a  dalla rete elettrica b  da un motore Diesel 13. Il TGV è un mezzo di trasporto a  privato b  pubblico 14. Gli aerei di linea sono destinati al trasporto di a  passeggeri b  merci 2. Individua l’intruso. 1. Quale di questi elementi non fa parte della linea ferroviaria? a  massicciata b  traversina c  convoglio d  rotaia e  binario f  scambio 2. Quale di questi elementi non fa parte della nave? a  scafo b  carena c  poppa d  banchina e  coperta f  stiva 3. Quale di questi elementi non fa parte della strada? a  traversina b  barriera New Jersey c  salvagente d  banchina e  spartitraffico f  corsia riservata

5. Quale di questi comportamenti non rientra nel concetto di mobilità sostenibile? a  prendere il tram b  ricorrere al carpooling c  spostarsi in bici d  usare la propria auto 3. Inserisci i termini mancanti. 1. La strada .................................... ha due corsie separate da uno spartitraffico ed è percorribile a velocità massima di 110 km/h. 2. Il .............................................. è la bicicletta con due posti dove pedalano due persone. 3. In un’automobile l’acqua del motore viene raffreddata nel ..............................................

4. Il dispositivo di sicurezza alloggiato all’interno del volante dell’auto si chiama 5. Le

..............................................

sono navi specializzate per il trasporto

di gas naturale. 6. Le

..................................................................

spaziali sono navicelle senza

equipaggio e di ridotte dimensioni, il cui scopo è esplorare lo spazio. 7. Nelle automobili il sistema antibloccaggio delle ruote è anche detto

..............................................

4. Abbina i termini delle due colonne. 1. pantografo 2. fumaiolo 3. differenziale 4. salvagente 5. alettoni 6. mozzo

a. strada b. bicicletta c. automobile d. treno e. nave f. aereo

5. Abbina i termini delle due colonne. 1. metropolitana a. su gomma 2. automobile 3. aereo 4. treno b. su rotaia 5. ciclomotore 6. TGV 7. transatlantico c. via acqua 8. bicicletta 9. elicottero d. via aria 10. portacontainer

365

VERIFICA 6. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

1. Il limite di velocità nelle strade extraurbane V F secondarie è di 90 km/h. 2. Le banchine sono la parte della strada dove V F circolano i mezzi. 3. Il timone permette alla nave di mantenere V F una direzione.

5. Nei terminal dell’aeroporto non ci sono le dogane.

6. L’elicottero può decollare e atterrare verticalmente.

7. Nello scooter la pressione troppo alta o troppo bassa delle gomme fa perdere stabilità al mezzo. V F

8. L’insufficienza di olio nel ciclomotore logora V F il motore.

10. L’autostrada può essere usata da tutti i veicoli.

11. La pista ciclabile è riservata a scooter e pedoni.

............................................................................................

4. Nell’aereo i passeggeri sono alloggiati V F nella fusoliera.

9. I catadiottri sono dispositivi che riflettono la luce.

7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. I ciclisti possono farsi trainare da altri mezzi.

2. I ciclisti possono circolare usando le cuffie.

3. I ciclisti hanno l’obbligo di rispettare i semafori.

4. Per circolare sui mezzi pubblici bisogna possedere V F il biglietto o l’abbonamento. 5. Sui mezzi pubblici è buona norma schiamazzare.

6. Chi circola con lo scooter deve rallentare V F nei pressi degli incroci. 7. Chi guida lo scooter deve circolare senza il bollo.

8. Chi circola con lo scooter non deve procedere V F a zig-zag.

9. Chi circola con lo scooter deve indossare il casco.

10.

10. Le strisce di colore giallo sulla strada indicano V F uno spazio a pagamento. 8. Indica per ciascun segnale stradale il relativo significato.

11.

............................................................................................

366

12.

............................................................................................

Mobilità e mezzi di trasporto

VERIFICA

AREA 8 5

Competenze 1. Analizza il trasporto merci in Europa. Il grafico seguente rappresenta, in percentuale, la quantità di merci trasportate su strada, rispetto al volume totale del loro movimento. «Dalle ultime indagini statistiche, l’inquinamento atmosferico in Europa risulta in alcuni Stati ridotto, mentre in altri appare notevolmente aumentato e in maniera più rilevante laddove il sistema di trasporto privilegiato è quello su strada. La maggior parte dei mezzi pesanti è Diesel e questo combustibile provoca un inquinamento per chilometro maggiore rispetto ad altri. In generale i veicoli commerciali su gomma sono responsabili del 40-50% delle emissioni di ossido di azoto e di particolato fine, considerati causa di malattie respiratorie e cardiovascolari». Osserva il grafico e mettilo in relazione con il contenuto del brano. Trai le tue conclusioni e scrivi alcune considerazioni personali relative alla situazione descritta. 120

3. Analizza le misure antinquinamento: blocco del traffico e ticket. Molte amministrazioni locali ricorrono al blocco del traffico quando le emissioni inquinanti superano una certa soglia rilevata da apposite centraline. Il blocco può essere totale o parziale (ad esempio a targhe alterne). Altri comuni, invece, limitano l’accesso alle zone centrali della città, consentendo l’ingresso solo agli automobilisti muniti di ticket che pagano, quindi, un pedaggio. Ci si interroga spesso sulla reale efficacia di tali iniziative al fine del miglioramento della qualità dell’aria in città. Tu che cosa ne pensi? Scrivi la tua opinione in merito riportando qualche esempio relativo alla tua città. Poi discutine in classe con insegnante e compagni. 4. Analizzate la viabilità per raggiungere la vostra scuola. Analizzate attentamente il quartiere in cui si trova la vostra scuola e studiatene la viabilità per scoprirne punti critici o punti di forza. 1. Preparate un questionario per fare il punto sulla mobilità scolastica. Dovrete raccogliere informazioni circa i percorsi stradali e i mezzi di trasporto utilizzati dai ragazzi per recarsi a scuola (ad esempio che mezzo si utilizza, se si devono attraversare strade, se c’è traffico, quanto tempo si impiega ecc.). Fatelo compilare ai vostri compagni, analizzate le risposte e preparate un resoconto dettagliato dei risultati.

1. Mobility Manager (responsabile della mobilità): quali sono, secondo te, le funzioni di questa figura professionale? In quale ambito lavorativo trova impiego? Prima fai delle ipotesi personali. Poi, usando un motore di ricerca, svolgi un’indagine per saperne di più su questa professione e infine stabiliscine l’utilità o l’inutilità.

2. Procuratevi una planimetria della zona relativa alla vostra scuola e delimitate l’area che andrete a osservare. Percorrete in entrambi i sensi di marcia, a piedi o in bicicletta, tutte le strade che risultano all’interno dell’area d’osservazione. Lungo il tragitto osservate attentamente ciò che vi circonda e prendete nota della presenza (o dell’assenza) di: marciapiedi, ostacoli vari, auto parcheggiate in maniera scorretta che rendono difficoltoso il passaggio soprattutto a persone con ausili (ad esempio sedie a rotelle), adeguate piste ciclabili, segnaletica verticale e orizzontale (appuratene anche lo stato di manutenzione), pensiline e cartelli informativi sulle linee e sugli orari alle fermata dei mezzi pubblici. Verificate il tipo di traffico prevalente (auto, moto, bici, camion ecc.) e l’eventuale presenza di vigili urbani. Osservate i tempi di attesa per gli attraversamenti. Nel caso di situazioni problematiche o di segnaletica danneggiata scattate delle fotografie ed evidenziate le relative zone sulla planimetria. Osservando la planimetria potreste ipotizzare, poi, eventuali cambiamenti della viabilità che possano rendere più sicuri gli spazi a confine con l’edificio scolastico. Osservate, infine, la situazione del traffico mattutino al momento dell’arrivo degli alunni davanti all’entrata dell’Istituto. Prendete nota di ingorghi o possibili situazioni di rischio per i ragazzi.

2. Check-in (accettazione): tipico degli ambienti portuali o aeroportuali, in che cosa consiste? Quando ci si deve sottoporre a tale procedura?

3. Ordinate e organizzate tutto il materiale raccolto (questionari, relazioni, fotografie, disegni esplicativi) creando un piccolo opuscolo.

100 80 60 40 20 0

a Sp

a Gr

a et

a Fr

lia

Ita

2. Scopri il significato delle seguenti parole della Tecnologia e rispondi alle seguenti domande in un documento di Word.

367

INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Riparare la camera d'aria di una bicicletta A volte, soprattutto se percorriamo strade sterrate, possiamo forare la camera d’aria della nostra bicicletta, ma non sempre è necessario sostituirla. Con questa attività impariamo a ripararla.

ti trezzi occorren Materiali e at Pompa per bicicletta Bacinella d’acqua Kit di riparazione che comprende raschietto, mastice, pezze di diverse misure, 3 leve cacciagomme in plastica

1. Per lo smontaggio della ruota, dopo aver sbloccato i pattini del freno, apriamo il galletto ed estraiamo la ruota.

2. Togliamo il tappo della valvola. Svitiamo il dado e premiamo sulla valvola per accertarci che tutta l’aria sia fuoriuscita.

4. Ora aiutandoci con le mani liberiamo tutto il copertone dal cerchio.

5. Prendiamo la camera d’aria in un punto vicino alla valvola e sfiliamola dal copertone.

6. Passiamo la mano all’interno del copertone per verificare se ci sono degli aghi, chiodi oppure oggetti che possono aver provocato la foratura.

8. Se ci troviamo a casa, prendiamo una bacinella d’acqua e immergiamo la camera d’aria, facendola scorrere fin quando vedremo le bollicine d’aria uscire.

9. Asciughiamo bene in prossimità del foro. Sgonfiamo di nuovo completamente la camera d’aria.

368

Mobilità e mezzi di trasporto

AREA 8

10. Per la riparazione usiamo un kit con il mastice e le pezze. Passiamo il raschietto per rendere la superficie ruvida.

11. Stendiamo un po’ di mastice nella zona raschiata. Attendiamo circa un minuto, in modo che il mastice possa asciugare.

12. Prendiamo una pezza in dotazione con il kit. Togliamo il foglio di alluminio e appoggiamo la pezza centrandola sul foro. Teniamo la pezza premuta con le dita per circa un minuto. Stacchiamo quindi la pellicola trasparente, posta sopra la pezza.

13. Gonfiamo un po’ la camera d’aria. Inseriamo la valvola nell’apposito foro, poi infiliamo la camera d’aria all’interno del copertone.

14. Iniziamo a mettere il copertone sulla ruota, prima dalla parte opposta a quella della valvola e, a mano a mano, spingendolo all’interno dei due canali.

15. Quando siamo vicini alla valvola, se riusciamo possiamo terminare con le mani. Diversamente usiamo le leve cacciagomme. Ne mettiamo una e poi una seconda, che spostiamo di pochi centimetri alla volta fino a montare il copertone.

16. Avvitiamo il dado per tenere ferma la camera d’aria.

17. Iniziamo a gonfiare. Ogni tanto controlliamo la pressione premendo un dito sul copertone. Quando è gonfia avvitiamo il tappo.

18. Montiamo la ruota sulla bicicletta, serriamo il galletto. Ci vogliono pochi minuti per riparare una camera d’aria. Ora non puoi più dire di essere in ritardo perché hai forato!

369

AREA

Il mondo delle comunicazioni

Risorse digitali M.I.O. BOOK

ALTA LEGGIBILITÀ GALLERIA IMMAGINI U2 VIDEO Camera oscura AUDIO + VIDEO In breve U2 Mappa dell’Area CONTENUTI INTERATTIVI Lezioni 113-117-118-119 Esercizi U2 Verifica di Area

Contenuti digitali integrativi

RISORSE AGGIUNTIVE Writer: un modo diverso di comunicare Lez. 111 Musica ed elettronica Lez. 115 VIDEO Stampa Lez. 112 Macchina fotografica Lez. 113 Radio Lez. 117 Telefono cellulare Lez. 119

COMUNICAZIONI E TELECOMUNICAZIONI

1835 Samuel Morse, presso l’Università di New York, effettua i primi esperimenti con il telegrafo. Nel 1838 assieme ad Alfred Vail inventa il codice Morse per trasmettere lettere e numeri. Nel 1843 viene realizzata la prima linea telegrafica tra Washington e Baltimora e il 24 maggio 1844 viene inviato il primo messaggio.

1800

1850

1823 Charles Babbage, un matematico britannico, progetta un calcolatore meccanico differenziale, in grado di eseguire i calcoli fino all’ottava cifra.

370

OBIETTIVI SPECIFICI DELL’AREA

OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO

TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE

Conoscere le caratteristiche, i

Leggere e interpretare semplici

L’alunno conosce e utilizza ogget-

componenti principali e il funzionamento base di alcuni mezzi di comunicazione di massa. Apprendere un utilizzo responsabile dei mezzi di comunicazione rispetto alle proprie necessità. Comprendere la struttura della rete di diffusione delle telecomunicazioni.

disegni tecnici ricavandone informazioni qualitative e quantitative. Accostarsi a nuove applicazioni informatiche esplorandone le funzioni e le potenzialità. Progettare una gita d’istruzione o la visita a una mostra usando internet per reperire e selezionare le informazioni utili.

ti, strumenti di uso comune […]

Utilizza adeguate risorse […] per la progettazione e la realizzazione di semplici prodotti […] Conosce le caratteristiche dei diversi mezzi di comunicazione […] Sa utilizzare comunicazioni procedurali e istruzioni tecniche per eseguire compiti operativi […]

MEZZI DI COMUNICAZIONE

1971 Federico Faggin, fisico italiano naturalizzato statunitense, progetta il primo processore: l’Intel 4004. La potenza di calcolo è paragonabile a quella dello storico ENIAC, il primo calcolatore elettronico al mondo.

1900

1900 All’invenzione della radio a opera di Marconi, che trasmette soli segnali in codice Morse, fa seguito il canadese Reginald Fessenden, che trasmette il primo messaggio vocale. Dopo circa sei anni Fessenden mette in onda il primo programma radiofonico della storia, con musica e parole, dando vita alla radio come viene intesa oggi.

1950

2000

1973 Martin Cooper, ingegnere presso la Motorola, costruisce ed effettua la prima chiamata telefonica con un cellulare. Le sue dimensioni sono enormi e pesa quasi 1,5 kg.

371

Il mondo mondo delle dellecomunicazioni comunicazioni

UNITÀ

AREA 9

Comunicazioni e telecomunicazioni LEZIONE

111. Cosa sono le comunicazioni La comunicazione, intesa come uno scambio di informazioni tra due o più individui, si basa su parole, immagini, suoni, musica e video. Gli elementi che caratterizzano la comunicazione sono: • l’emittente, fonte da cui parte il tipo di comunicazione verbale e non verbale; • il ricevente, destinatario di qualunque tipo di comunicazione; • il messaggio, contenuto dell’informazione; • il mezzo, canale mediante il quale la comunicazione si propaga percorrendo uno spazio; • il codice, regole che per convenzione e in modo comprensibile caratterizzano il messaggio. La diffusione di notizie e messaggi è diventata di fondamentale importanza nella vita quotidiana dell’uomo moderno. La comunicazione interpersonale, infatti, è alla base dell’attività lavorativa ed è utile per semplici scambi di informazioni. In breve tempo il telegrafo si diffuse in ogni continente, con operatori che digitavano il codice Morse alla velocità di 80-100 caratteri al minuto. I corrispondenti lo utilizzavano per inviare le notizie ai giornali: nacquero così le agenzie di stampa.

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LINK ➜ STORIA Con la comparsa dell’uomo e la nascita dei primi insediamenti umani, prese avvio una primordiale necessità di comunicazione per scambi di informazioni. La comunicazione inizialmente fu affidata ai messaggeri a piedi e successivamente fu sveltita dall’uso del cavallo; con i segnali di fumo e acustici si imparò a velocizzare la comunicazione tra insediamenti distanti tra loro. L’evoluzione della specie umana portò a nuove tecniche e scoperte che perfezionarono il modo di comunicare, che divenne molto veloce, sicuro e coinvolgeva tutti. Con l’invenzione del telegrafo, brevettato nel 1844, iniziò un nuovo modo di comunicare. Con solo due fili fu possibile realizzare una comunicazione istantanea, indipendente dalle distanze e dalle condizioni climatiche. Dall’invenzione del telegrafo in poi, le scoperte innovative si susseguirono in modo sempre più incalzante anche per adeguarsi a una società che iniziava a cambiare velocemente.

Comunicazioni e telecomunicazioni

UNITÀ 1

PUNTI DI DOMANDA

I mezzi di comunicazione

1. Q uali elementi caratterizzano la comunicazione? 2. Q uali sono i mezzi usati per le comunicazioni? 3. Q uale ruolo hanno avuto i media digitali nell’ambito delle comunicazioni?

Tutti i mezzi di comunicazione hanno avuto un ruolo di fondamentale importanza nella crescita culturale e sociale dell’uomo. Tuttavia, nonostante le innovazioni tecnologiche, le modalità della comunicazione sono rimaste invariate e continuano a basarsi principalmente sul testo scritto, sulle immagini e sulla voce e i suoni. Stampa: riguarda la produzione scritta, ma spesso è associata alle immagini; comprende libri, riviste, giornali, fumetti, manuali, pagine e cartelloni pubblicitari. Fotografia: mostra immagini della realtà. Cinema: fornisce immagini in movimento, come film e cartoni animati. La spinta della tecnologia ha favorito la creazione di nuove forme di comunicazione, definite telecomunicazioni, capaci di diffondere i messaggi sempre più rapidamente e a distanze maggiori. Telefono: è uno strumento indispensabile per la comunicazione interpersonale a grande distanza. Radio: è un mezzo di diffusione musicale e vocale. Televisione: divulga tramite immagini programmi di intrattenimento, di musica, di avvenimenti sportivi, notizie da tutto il mondo, confronti su temi di ogni genere. Tutti questi mezzi di comunicazione, a eccezione del telefono, trasmettono il messaggio in modo unidirezionale, cioè il pubblico non partecipa allo scambio delle informazioni. Si tratta di mezzi per la comunicazione di massa, definiti mass-media. A partire dagli anni Novanta ai media tradizionali si sono affiancati i media digitali, in particolare il Web, che hanno rivoluzionato il mondo delle comunicazioni e telecomunicazioni, permettendo con alcuni servizi uno scambio reciproco, immediato e costante di informazioni e favorendo una comunicazione bidirezionale.

Internet, social network, telefonino stanno soppiantando, soprattutto tra i più giovani mezzi di comunicazione meno recenti, annullando quelle barriere rappresentate dalla distanza che fino ad alcuni anni fa sembravano insormontabili.

La miglior auto è qui •• Si guida da sola •• Parla con la strada •• Realtà aumentata •• Ecologica •• Sostenibile •• 10 airbag •• Super tecnologica •• 1 000 km con un litro

Internet è diventato in pochi anni un potente strumento per la comunicazione di massa e si avvale di diversi strumenti e servizi, come i siti Web, le e-mail, le chat room, un servizio che mette in contatto persone, anche sconosciute e generalmente in forma anonima; ci sono poi i forum e i newsgroup, o gruppi di discussione, cioè spazi virtuali dove è possibile discutere di un argomento specifico; i blog, ossia siti Web aggiornati in modo frequente, con una serie di messaggi ordinati cronologicamente; i servizi di microblogging, con pagine aggiornate tramite messaggi di testo brevissimi; i social network, che uniscono gruppi di individui connessi tra di loro da diversi legami sociali; i giochi in rete, utilizzati da più utenti contemporaneamente attraverso Internet.

I mass media hanno assunto grande importanza, non solo per la diffusione delle informazioni e delle idee, ma anche per le influenze che essi possono esercitare sul modo di pensare e di comportarsi. Le aziende hanno bisogno dei mass media per promuovere i loro prodotti e in cambio i mass media ricevono denaro dalla pubblicità. Ciò fa scaturire il sospetto che i mass media non criticheranno mai il prodotto dei loro inserzionisti e che quindi le loro opinioni non siano completamente imparziali.

373

Il mondo mondo delle dellecomunicazioni comunicazioni

UNITÀ

AREA 9

2 Mezzi di

comunicazione

LEZIONE

112. Stampa Le tecniche di stampa La scrittura è sempre stata una necessità dell’uomo per lasciare una traccia indelebile del proprio vissuto. Inizialmente a dedicarsi alla scrittura erano gli schiavi, ma nel susseguirsi del tempo tutti i popoli, anche se con modalità diverse, nominarono persone che si occupassero di questo compito. Dopo la caduta dell’Impero romano la scrittura conobbe un arresto e in epoca medievale riprese grazie ai monaci che, allo scopo di diffondere la religione, si servirono degli amanuensi per copiare i testi.

L’introduzione della stampa a caratteri mobili si deve a Johann Gutenberg. Il primo lavoro di stampa che ottenne un grande successo fu la Bibbia, un risultato di grande effetto grazie alla linearità e alla precisione della scrittura.

Verso il Quattrocento si sviluppò la xilografia, una tecnica che utilizzava un’unica matrice in legno duro, preventivamente incisa in rilievo, inchiostrata e pressata sui fogli di carta, che permetteva di riprodurre più pagine. Ma la grande rivoluzione avvenne nel 1450 con l’invenzione della stampa a caratteri mobili da parte di Johann Gutenberg. Il procedimento di stampa di Gutenberg permetteva di allineare i singoli caratteri in modo da comporre una matrice della pagina. La matrice veniva poi cosparsa di inchiostro e pressata sui fogli di carta. Terminato il numero di copie stampate, i caratteri della matrice potevano essere riutilizzati per comporre altre pagine. Questa tecnica permetteva inoltre di correggere gli errori semplicemente sostituendo i caratteri. L’evoluzione che seguì riguardò sia il modo di comporre la pagina sia le vere e proprie modalità di stampa.

Nella tipografia si utilizzavano caratteri in piombo. Ogni singolo carattere veniva allineato per formare le parole di una pagina, creando la matrice. La matrice veniva inchiostrata e pressata sul foglio di carta, determinando l’impronta sul foglio, poi veniva nuovamente inchiostrata, pressata e così via.

374

Mezzi di comunicazione

UNITÀ 2

Per quanto concerne la composizione delle pagine, le tappe più significative riguardano la nascita attorno al 1886 della linotype e poi della monotype, macchine che permettevano di comporre un’intera riga di testo grazie a una tastiera e a un crogiolo per la fusione dei caratteri in piombo. Questi sistemi rimasero in auge fino agli anni Settanta del Novecento, quando vennero progressivamente sostituiti dai sistemi di fotocomposizione, che rimasero sul mercato fino agli anni Ottanta. Esistono macchine da stampa offset che stampano un colore alla volta, e macchine che stampano quattro colori, uno di seguito all’altro.

RGB

CMYK

Qualsiasi dispositivo elettronico (fotocamere, videocamere, monitor) si basa sui tre colori fondamentali: rosso, verde, blu (RGB). La stampa, invece, si basa su un processo detto di quadricromia, o CMYK, e utilizza i colori ciano, magenta, giallo e nero. Quindi per la stampa a colori è necessario preparare 4 matrici, una per ogni colore di quadricromia.

DESKTOP PUBLISHING I testi vengono impaginati direttamente a video con programmi specifici, le illustrazioni sono realizzate con programmi di grafica 2D e 3D e le immagini vengono acquisite con macchine fotografiche digitali oppure lette con degli scanner. Terminato il lavoro di preparazione, viene creato un file, generalmente in formato PDF.

All’inizio degli anni Novanta il desktop publishing, o DTP, sostituì in maniera pressoché totale le tecnologie precedenti, dando il via alla prima profonda rivoluzione circa il processo di preparazione della pagina e di conseguenza il processo di stampa. Per la realizzazione di un prodotto cartaceo professionale con il desktop publishing sono coinvolte diverse figure professionali, come l’autore, il grafico, il redattore, il ricercatore iconografico, l’illustratore, il correttore di bozze, l’impaginatore, il fotolitografo. Terminato questo processo, seguono la prestampa per la preparazione degli impianti e poi la stampa vera e propria, scelta in base al materiale di supporto, al numero di copie da tirare e alla velocità di stampa.

È un procedimento di stampa a uno o più colori, nel quale l’inchiostro viene fatto passare attraverso la trama di un tessuto sintetico, preventivamente mascherato rispetto a ciò che si vuole stampare. Oggi la maggior parte degli oggetti in plastica, metallo, legno, vetro e ceramica e le stoffe sono stampati con questo metodo.

SERIGRAFIA

Cilindro porta lastra

PRESTAMPA

Cilindro di caucciù

Il file viene inviato a macchine simili a grandi stampanti laser dove, a seconda del processo di stampa, vengono preparati gli impianti di stampa sotto forma di pellicole, matrici di alluminio, cilindri in rame o retini serigrafici.

Rullo di pressione

Inchiostro

Acqua

Carta

OFFSET

Il principio della stampa offset si basa sulla repulsione tra l’olio e l’acqua. La lastra di alluminio con i grafismi viene a contatto con gli inchiostri a base oleosa, che impregnano la lastra lì dove sono presenti grafismi, mentre dove non ci sono aderisce l’acqua, che allontana l’inchiostro. La lastra rotola su un cilindro di caucciù, il quale trasferisce il colore alla carta. La stampa offset in piano è utilizzata per stampare libri, riviste e numerosi altri prodotti.

ROTOCALCO

Il testo e le immagini vengono incisi su un grosso tamburo cilindrico in rame, inchiostrato. Una lunga bobina di carta viene fatta scorrere a contatto con il tamburo, permettendo una stampa a grandissima velocità. Questo metodo è utilizzato in particolare per la stampa dei quotidiani o dove vi è la necessità di un numero elevatissimo di copie.

STAMPA DIGITALE

Negli ultimi anni è nata l’esigenza di effettuare stampe con caratteristiche particolari, come stampe con una qualità simile a quella della stampa offset ma con un numero limitato di copie, oppure stampe di grandi formati. Questi tipi di stampa sono realizzati con dispositivi industriali il cui principio, a parte le dimensioni, non si discosta dalle comuni stampanti digitali.

PUNTI DI DOMANDA 1. P erché l’invenzione della stampa a caratteri mobili ha avuto un ruolo importante? 2. Q uali sono le principali tecniche di stampa utilizzate oggi? 3. C ome avviene la stampa offset?

375

AREA 9

Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

113. Fotografia L’uomo, fin dai tempi più remoti, ha sempre avuto la necessità di lasciare un’impronta del proprio passaggio, prima con i graffiti, poi con la pittura e oggi attraverso la fotografia, con cui cattura i momenti più significativi del quotidiano. Oltre alle macchine fotografiche, esistono oggi numerosi dispositivi elettronici che permettono di scattare fotografie, il cui funzionamento è basato sul medesimo principio.

La macchina fotografica analogica Astronomia, fisica, meteorologia, scienza, ricerca e medicina... non esiste ambito dove la fotografia e la macrofotografia non abbiano dato un valido contributo.

Nella macchina fotografica analogica il rullino contiene la pellicola, costituita da un nastro di materiale plastico, ricoperto da uno strato di sali di argento, che deve essere sviluppata con un processo chimico.

La macchina fotografica funziona secondo il principio della camera oscura: si tratta di una scatola chiusa, nera al suo interno, in cui la luce può entrare solo da un piccolo foro posto su un lato. Se con la scatola si inquadra un soggetto illuminato, sulla parete interna opposta al foro viene proiettata un’immagine rimpicciolita e capovolta. In passato questa «scatola» era una camera buia e veniva utilizzata, nella pittura, per lo studio della prospettiva. Per migliorare la «scatola» si possono aggiungere un obiettivo, costituito da una serie di lenti la cui funzione è quella di metteDiaframma re a fuoco l’immagine, un diaframma, che consente di variare l’apertura del forellino, e un otturatore, che stabilisce per quanto tempo il forellino debba rimanere aperto. Se sulla parete opposta al foro della scatola Otturatore si posiziona un materiale fotosensibile (la Obiettivo pellicola), è possibile registrare l’immagine proiettata: ecco la macchina fotografica. La prima fotografia fu scattata attorno al 1826, dopo che la chimica, agli inizi del XIX secolo ebbe reso disponibili dei materiali sensibili alla luce. La prima macchina fotografica, a opera di Louis Daguerre, risale al 1836, mentre la prima macchina fotografica destinata al grande pubblico è del 1889, lanciata sul mercato dalla Kodak. Nel corso degli anni i progressi della tecnologia hanno migliorato notevolmente queste macchine, ma il loro principio di funzionamento è rimasto simile: dopo aver effettuato gli scatti fotografici, il rullino doveva essere portato presso un laboratorio fotografico per essere sviluppato con l’impiego di prodotti chimici; veniva poi stampato su carta fotografica o visto attraverso un visore. Oggi la fotografia analogica e il rullino fotografico per uso quotidiano sono quasi scomparsi dal mercato a favore della macchina fotografica digitale.

La macchina fotografica digitale La macchina fotografica digitale, detta anche fotocamera, è sostanzialmente una macchina fotografica analogica a cui è stato tolto il rullino e al cui posto è stato messo un sensore elettronico. La meccanica per l’avanzamento del rullino è stata sostituita da circuiti

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Mezzi di comunicazione › La fotocamera reflex

5  Mirino ottico Tramite il mirino il fotografo vede la scena che sta inquadrando.

4  Pentaprisma A riposo, lo specchio devia l’immagine sul pentaprisma per poterla inquadrare attraverso il mirino.

Diaframma Composto da diverse lamelle disposte a formare un foro di ampiezza variabile, permette di far passare una maggiore o minore quantità di luce. 2

1  Obiettivo È posto sulla parte frontale della fotocamera ed è costituito da una serie di lenti. Le lenti raccolgono i raggi luminosi che costituiscono l’immagine e li proiettano sul sensore.

PUNTI DI DOMANDA

ft m

3 5 10 1 3

1.5 0.5

28 mm

300 mm

10 ft 3 m 4.5 1.5 3 1

50 mm

2.5 0.8

2 0.6

Fisso

Grandangolo

7  Sensore di immagini CCD o CMOS Converte la luce in segnali elettrici i quali, tramite un processore, vengono trasformati in un file digitale.

8  Schermo LCD Permette di vedere la foto appena scattata; in alcune fotocamere serve anche a inquadrare la scena.

6  Otturatore Azionato dal pulsante di scatto, l’otturatore determina per quanto tempo la luce deve colpire il sensore. 9  Memoria La foto (costituita da un file) viene salvata su una scheda di memoria.

3  Specchio Quando si aziona il pulsante di scatto lo specchio si solleva e la luce, passando dall’otturatore, arriva al sensore di immagini.

elettronici per registrare il segnale digitale in uscita dal sensore, mentre gli altri elementi come l’obiettivo, il diaframma e l’otturatore sono rimasti sostanzialmente identici. Il vantaggio delle macchine fotografiche digitali sta nel fatto che le immagini possono essere viste sullo schermo subito dopo lo scatto, senza dover attendere il tempo di sviluppo. Gli impulsi elettrici in uscita dal sensore, che può essere di tipo CCD oppure CMOS, vengono elaborati da un convertitore analogico-digitale; in entrambi i casi vengono generati dei dati digitali che possono essere immagazzinati sulle schede di memoria in vari formati. Le dimensioni e la qualità del sensore determinano le dimensioni finali delle immagini. È possibile trovare in vendita fotocamere da 2 a 36 megapixel, fino ad arrivare ai sistemi altamente professionali a 60 megapixel.

1. Q uali elementi compongono la macchina fotografica analogica? 2. Q ual è la differenza tra macchina fotografica analogica e fotocamera digitale?

UNITÀ 2

Teleobiettivo

Oggi quasi tutte le fotocamere e molti cellulari sono in grado di realizzare, oltre alle fotografie, brevi sequenze video di alcuni minuti, con una qualità adatta alla pubblicazione via Web.

Sul mercato sono presenti diversi tipi di macchine fotografiche digitali. • Le compatte sono macchine piccole, leggere ed economiche, dove generalmente l’obiettivo non è sostituibile; hanno poche regolazioni e quindi sono molto facili da usare. • Le reflex hanno un sistema a specchio e un pentaprisma tramite il quale il fotografo può vedere la scena che deve fotografare. Hanno un sensore di immagini che può essere grande 35 mm, obiettivi sostituibili, funzioni personalizzabili e la possibilità di modificare manualmente i parametri di scatto. Per queste macchine sono disponibili diversi obiettivi. –– Obiettivo fisso, ad esempio un obiettivo 50 mm riproduce l’immagine in modo simile a come la vede l’occhio umano. –– Grandangolo 15-35 mm, adatto per realizzare foto panoramiche. –– Teleobiettivo 70-300 mm, in grado di riprendere un oggetto distante e «avvicinarlo» come un binocolo o un cannocchiale. • La bridge è una fotocamera con la praticità della compatta ma con funzionalità più avanzate; generalmente è dotata di uno zoom, che da normale può arrivare fino alle dimensioni di un teleobiettivo. Per il salvataggio delle immagini nelle fotocamere digitali si utilizzano i formati JPG, un formato compresso con perdita di qualità, il più usato nelle fotocamere economiche; TIFF, in grado di salvare le immagini senza perdita di informazioni; RAW, utilizzato nelle macchine professionali.

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AREA 9

Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

114. Cinema La nascita della cinematografia viene attribuita ai fratelli Lumière, che nel 1895, tramite un apparecchio da loro brevettato, chiamato cinématographe, effettuarono la prima proiezione di fronte a un pubblico. L’apparecchio era in grado di proiettare su uno schermo una serie di immagini, stampate con un processo fotografico su una pellicola e mosse in sequenza, a creare l’effetto del movimento.

Per riprendere una scena animata è necessaria una macchina da presa, o cinepresa. La macchina da presa è simile a una macchina fotografica: i suoi elementi principali sono quindi l’obiettivo, l’otturatore e la pellicola. Il formato più diffuso della pellicola è il 35mm (usato da Edison nel 1889 e da allora rimasto sempre uguale); ogni fotogramma che contiene un’immagine ha una dimensione di 24 × 18 mm, con 4 fori quadrati su ogni lato per l’avanzamento.

› La cinepresa

4  La pellicola viene fatta avanzare di un fotogramma.

Un motore fa avanzare la pellicola a scatti.

3  L’immagine impressiona la pellicola.

5  Di nuovo l’otturatore viene aperto per una frazione di secondo.

2  Quando la pellicola è ferma l’otturatore viene aperto permettendo il passaggio della luce per una frazione di secondo.

La risoluzione di un moderno negativo cinematografico a colori è stimabile a circa 12 000 000 di pixel: fino a qualche anno fa, però, la tecnologia digitale non riusciva a raggiungere tale livello per cui molti film venivano girati su pellicola (35mm). Grazie alla tecnologia 4K detta anche Ultra HD, oggi le macchine da presa digitali hanno raggiunto valori simili a quelli su pellicola e molti film destinati alle sale sono prodotti in parte o totalmente con strumenti digitali. Macchina da presa analogica

Macchina da presa digitale

6  Il processo di avanzamento della pellicola (descritto nei punti 4 e 5) avviene alla velocità di 24 volte in un secondo, quindi per riprendere un minuto di filmato sono necessari 1 440 fotogrammi (24 × 60 secondi).

Terminate le riprese, apposite industrie sviluppano la pellicola con processi chimici, secondo un metodo molto simile a quello utilizzato per i rullini fotografici. Segue il montaggio, cioè la cosiddetta post-produzione di un filmato, durante il quale il materiale è visionato, tagliato e ricomposto in base alle esigenze narrative. La composizione avviene attraverso tagli e unioni fisici della pellicola per mezzo di attrezzature meccaniche; oppure le immagini impressionate sulla pellicola vengono trasformate in digitale con un’apposita macchina simile a uno scanner e poi, attraverso computer e software specifici, si esegue il montaggio a video. Una volta concluso il montaggio, l’opera cinematografica è pronta per la visione.

Le riprese video in digitale Nelle macchine da presa digitali, le sequenze di immagini attraversano l’obiettivo e l’otturatore ma, anziché colpire la pellicola fotosensibile, vanno a colpire un sensore; le sequenze di immagini vengono quindi trasformate direttamente in segnali digitali e memorizzate su dischi di memoria.

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Mezzi di comunicazione

UNITÀ 2

La registrazione e l’archiviazione su supporti digitali hanno il vantaggio di migliorare i processi di post-produzione, quindi il montaggio. Tuttavia, anche se vengono interamente registrati e montati in digitale, spesso i film necessitano di una riconversione su pellicola analogica per poter essere proiettati nelle sale cinematografiche che utilizzano ancora il proiettore classico.

La proiezione Il proiettore per i film si trova collocato in un apposito locale dietro la sala e utilizza un sistema di lenti per far convergere le immagini sul grande schermo.

Durante la proiezione il numero dei lampi di luce che attraversano la pellicola non è di 24 ma di 48 al secondo. In questo modo, per il fenomeno della persistenza delle immagini sulla retina, il nostro occhio non coglie l’alternanza di buio e luce e quindi il nostro cervello percepisce l’illusione ottica del movimento.

› Il proiettore 3  La luce, dopo aver attraversato la pellicola e l’otturatore, passa attraverso un obiettivo, formato da una serie di lenti che ingrandiscono l’immagine e la mettono a fuoco su uno schermo bianco.

Un motore fa avanzare la pellicola a scatti; quando la pellicola è ferma, l’otturatore ruota di un giro permettendo alla luce di passare per due frazioni di secondo. 2

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome funziona la cinepresa? E il proiettore? 2. Q uali sono i vantaggi delle riprese video in digitale? 3. C ome funziona il cinema 3D?

1  Nella macchina da proiezione, o proiettore, la pellicola è investita dalla luce di una potente lampadina.

4  L’otturatore fa passare la luce per due frazioni di secondo, poi la pellicola avanza di un altro fotogramma e così via.

Il cinema 3D Il cinema tridimensionale o cinema 3D è un tipo di proiezione cinematografica che, grazie ad alcune tecniche di ripresa, fornisce una visione stereoscopica delle immagini, in prevalenza nei film d’animazione, film d’azione o dove è maggiore la necessità degli effetti speciali per il coinvolgimento sensoriale del pubblico. La ripresa viene eseguita da due telecamere con prospettive leggermente diverse oppure da una telecamera con doppio obiettivo. La proiezione nella sala cinematografica avviene con diverse tecniche; la più diffusa è la visione con occhiali polarizzati.  Due proiettori sincronizzati proiettano sullo schermo due immagini, una per l’occhio destro e una per l’occhio sinistro. Le due immagini hanno una polarizzazione differente: una orizzontale e una verticale. 1

2  Per la visione lo spettatore indossa occhiali con lenti polarizzate che consentono il passaggio della luce secondo un preciso orientamento. Ogni lente fa arrivare all’occhio solo una delle immagini polarizzate, bloccando l’altra: l’occhio sinistro vede le immagini del proiettore sinistro e il destro vede le immagini del proiettore destro.

3  La corteccia cerebrale vede le differenze, unisce le due visioni e il cervello percepisce l’immagine come tridimensionale, riuscendo a creare l’illusione di profondità.

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Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

115. Musica Grammofono

La riproduzione di suoni e musica

Giradischi

Da sempre il suono accompagna la storia della società, ma solo verso la fine dell’Ottocento è stato possibile riprodurre i suoni, grazie alle scoperte riguardanti l’elettricità, le onde sonore e l’elettromagnetismo. Attorno al 1830 nacque il grammofono: una puntina, passando all’interno di un solco preventivamente inciso su di un disco, leggeva le vibrazioni, che venivano amplificate riproducendo i suoni e la musica. Successivamente il grammofono si è evoluto nel giradischi, il cui principio era il medesimo, e per oltre un centinaio d’anni la musica è stata riprodotta e ascoltata tramite un disco in vinile. In seguito, con la nascita del magnetofono e poi delle cassette musicali, è stato possibile non solo ascoltare la musica registrata su un nastro magnetico, ma anche registrarla a livello personale.

PUNTI DI DOMANDA 1. C on quali mezzi veniva riprodotta la musica analogica? 2. C ome avviene la registrazione dei suoni in formato digitale? 3. C he cosa sono i formati MP3? Giradischi moderno

Magnetofono

Registratore a cassetta

La musica digitale Microfono AMPLIFICAZIONE Segnale analogico

CONVERSIONE ANALOGICO/ DIGITALE Segnale digitale

Oggi la maggior parte della musica viene riprodotta con dispositivi digitali. Tuttavia, poiché la voce, i suoni e la musica sono segnali analogici, è necessario un microfono per poterli registrare e solo allora è possibile convertirli in digitale. Per ottenere la conversione, la debole corrente in uscita dal microfono viene amplificata e inviata a un convertitore analogico-digitale; si tratta di un dispositivo elettronico che provvede a generare un flusso di dati digitali, i quali vengono quindi compressi e registrati come un qualsiasi altro file su CD, DVD o altri supporti digitali come il disco fisso, oppure vengono inviati per posta elettronica o Internet. Una parte delle caratteristiche sonore che compongono il segnale originale in uscita dal microfono, chiamate armoniche, viene persa durante la conversione, ma a degradare la qualità del suono è soprattutto la compressione del file per ridurne la dimensione. Oggi, però, l’efficienza degli algoritmi di compressione è tale da produrre un degrado minimo, non percepibile dalla maggior parte delle persone. Il vantaggio principale della musica digitale è la possibilità di riprodurla in modo facile un numero indefinito di volte, senza mai alterarne il segnale di partenza. Va comunque ricordato che i brani musicali possono essere duplicati solamente se vengono rispettate le norme per la salvaguardia dei diritti d’autore.

I formati audio MP3 Il termine MP3 è riferito a un tipo di compressione dei file audio, derivato dallo standard MPEG, dove il numero 3 indica il grado di compressione raggiungibile per mantenere una buona qualità e occupare pochi mega di memoria. Ciò è reso possibile grazie al mascheramento dei suoni deboli, che non vengono percepiti dall’orecchio perché coperti da quelli forti e che pertanto vengono eliminati. Ne consegue, quindi, un notevole risparmio di spazio nei supporti per la memorizzazione.

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Mezzi di comunicazione

UNITÀ 2

LEZIONE

116. Telecomunicazioni TELECOMUNICAZIONI

MEZZO FISICO

A differenza dei mezzi di comunicazione che si avvalgono di un supporto materiale per trasferire le informazioni (stampa, fotografia, cinema), nelle telecomunicazioni come il telegrafo, il telefono, la radio, la televisione e la trasmissione dati, il trasferimento delle informazioni avviene con il trasporto di flussi di energia, ad esempio la corrente elettrica o le radiazioni elettromagnetiche, attraverso un mezzo che può essere fisico o immateriale, come lo spazio in cui si propagano le onde elettromagnetiche.

DOPPINO TELEFONICO

FIBRA OTTICA

È formato da due fili conduttori di rame, rivestiti di plastica e intrecciati tra di loro. Il fili sono molto sottili perché le correnti che circolano sono molto deboli e la tensione è di decine di volt. I doppini, uno per ogni utente, sono stesi per milioni di km; permettono principalmente le comunicazioni telefoniche e tramite la rete Internet.

CAVO COASSIALE

È costituita da un filo di vetro sottilissimo. Il segnale elettrico viene convertito in un segnale luminoso e viene accoppiato con la fibra ottica, che può trasportarlo per lunghissime distanze. Giunto a destinazione, viene riconvertito in segnale elettrico. La stessa fibra può essere condivisa da migliaia di utenti contemporaneamente. Viene usata principalmente per le comunicazioni tra centrali telefoniche.

È un cavo con al centro un filo di rame, ricoperto da una plastica isolante, a sua volta rivestita da un conduttore a maglia, il tutto all’interno di una guaina. Rispetto al doppino, questo tipo di cavo presenta una maggiore resistenza al rumore. È usato nel cavo di antenna del televisore, nella TV via cavo e, fino a pochi anni fa, nelle reti locali di computer.

SPAZIO Le onde elettromagnetiche si basano sulla trasmissione di diverse frequenze delle onde radio. Le onde radio rappresentano oggi il veicolo preferenziale del sistema delle VLF telecomunicazioni: comunicazioni radio, 3 kHz 30 kHz telefonia mobile, trasmissione dati tra computer e satellitari.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali sono i mezzi fisici tramite i quali possono avvenire le telecomunicazioni? 2. Q uali sono i vantaggi delle telecomunicazioni?

MF 300 kHz

HF 3 MHz

VHF 30 MHz

UHF 300 MHz

SHF 3 GHz

EMF 30 GHz

300 GHz

I sistemi di telecomunicazione presentano molti vantaggi rispetto alle altre tecnologie di trasferimento delle informazioni. Pur avendo una portata molto ampia, basti pensare alle comunicazioni con le lontanissime sonde che esplorano il Sistema solare, sono molto veloci. L’energia, infatti, viaggia molto più rapidamente della materia e in alcune forme è in grado di superare ostacoli. Queste caratteristiche rendono tali sistemi adatti alla comunicazione a distanza in tempo reale, in modalità sia unidirezionale come la radio e la televisione, sia bidirezionale come il telefono. Esistono due modalità di rappresentazione dell’informazione: analogica e digitale; tuttavia, non esiste un vincolo obbligatorio tra la forma di rappresentazione dell’informazione e la modalità di trasmissione: è possibile, infatti, usare un sistema di trasmissione digitale per inviare informazioni analogiche e viceversa.

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Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

117. Radio Senza fili la voce umana (che emette onde sonore), anche se amplificata, può essere sentita solo a qualche centinaio di metri di distanza, quindi per farsi udire dall’altra parte del mondo è necessario usare un altro mezzo: le onde elettromagnetiche.

Il trasmettitore e il ricevitore Le onde elettromagnetiche sono un fenomeno fisico attraverso il quale l’energia elettromagnetica può trasferirsi da un luogo a un altro; questo trasferimento può avvenire nello spazio alla velocità della luce. Non resta che «mettere» la nostra voce su un’onda elettromagnetica per trasportarla su lunghissime distanze. Le comunicazioni basate sull’impiego di onde elettromagnetiche necessitano di un trasmettitore (la stazione radio) e un ricevitore (la radio).

› Il trasmettitore (la stazione radio)

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome avviene il funzionamento della stazione radio? 2. C ome funziona la radio digitale? 3. C he cosa si intende per modulazione di ampiezza e modulazione di frequenza?

R ATO

UL OD

ATO

FIC

LI MP

Modulatore Il segnale in uscita dall’amplificatore viene modulato, cioè unito al segnale proveniente dall’oscillatore. 4

Amplificatore La debole corrente elettrica che esce dal microfono viene amplificata. 2

5  Antenna Tramite l’antenna il segnale modulato viene diffuso nello spazio.

OR LAT

L SCI

Microfono È un trasduttore elettromeccanico che trasforma le vibrazioni, o suoni, in un segnale elettrico.

3  Oscillatore Genera un segnale di alta o altissima frequenza, chiamata portante, che produce onde elettromagnetiche.

NUOVE TECNOLOGIE All’italiano Guglielmo Marconi va il merito di aver sviluppato per primo un efficace sistema di comunicazione telegrafica senza fili, utilizzando le onde radio. Questo sistema ottenne una notevole diffusione e portò allo sviluppo dei moderni sistemi di telecomunicazioni, come la radio e la televisione.

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La radio digitale La rivoluzione digitale ha raggiunto anche la radio. La radio digitale, nota anche come DAB/DAB+ (Digital Audio Broadcasting), consente di trasmettere segnali digitali via etere sostituendo le trasmissioni in AM e FM. In pratica, il segnale dell’oscillatore trasporta il segnale digitalizzato in uscita dall’amplificatore. Il DAB offre una ricezione ad alta fedeltà, paragonabile a quella di un CD, facilità di utilizzo, la possibilità di sintonizzarsi su una stazione scegliendola da un elenco, l’assenza di interferenze con altri emittenti e la possibilità di supportare la trasmissione anche con testi e immagini. I ricevitori portatili attualmente in commercio sono provvisti di un display a colori del tipo LCD; la radio digitale può essere inclusa in cellulari, tablet, computer e TV.

Mezzi di comunicazione › Il ricevitore (la radio)

4  Rivelatore Elimina l’alta frequenza, ossia il segnale portante, lasciando passare solo il segnale contenente l’informazione originariamente trasmessa dal microfono.

2  Antenna Capta tutte le onde radio dall’ambiente esterno.

5  Amplificatore Il segnale passa nell’amplificatore, che ne aumenta l’intensità.

R ATO

FIC

LI MP

E OR LAT

1  Le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce: 300 000 km/s.

E RIV E

R ATO

IZZ

ON INT

6  Altoparlante Il segnale, sotto forma di corrente elettrica, passa attraverso una bobina mettendo in vibrazione la membrana dell’altoparlante. Si ricreano quindi le onde sonore, permettendo al destinatario di sentire la stessa informazione che, una frazione di secondo prima, era stata trasmessa a migliaia di chilometri di distanza.

3  Sintonizzatore Quando l’utente ruota la manopola del sintonizzatore, stabilisce quale frequenza il sintonizzatore deve lasciare passare, escludendo tutte le altre.

Segnale audio

UNITÀ 2

Le modulazioni AM e FM

Le trasmissioni radio, ma anche quelle televisive, possono avvenire secondo due principaOnda portante li modalità: in modulazione di ampiezza e in modulazione di frequenza. Nella modulazione di ampiezza (AM) la frequenza generata dall’oscillatore è costante, mentre l’ampiezza è variabile. Il segnale modulato in ampiezza che si invia nell’etere tramiOnda risultante te l’antenna riesce a superare ostacoli come le montagne e quindi a coprire notevoli distanze. AM La modulazione di frequenza (FM) è la risultante della variazione della frequenza generata dall’oscillatore tenendo costante l’ampiezza. Il segnale FM risulta meno sensibile ai Onda risultante rumori e alle interferenze e viene quindi utilizzato per le comuni trasmissioni radio (88FM 108 Mhz) e per quelle televisive. La portata delle trasmissioni in FM è limitata, dunque per coprire notevoli distanze servono i ripetitori.

La propagazione delle onde elettromagnetiche Le onde elettromagnetiche si propagano nello spazio alla velocità di 300 000 km al secondo. Nel vuoto si propagano in linea retta, ma nell’atmosfera si comportano diversamente a seconda delle frequenze.

› La propagazione delle onde elettromagnetiche 1  Le microonde (0,3-30 GHz) necessitano di ponti radio. Si ricorre quindi a satelliti che ricevono il segnale e lo ritrasmettono a Terra. Le microonde sono impiegate per trasmissioni televisive, telefoni cellulari, comunicazioni satellitari.

2  Le onde ultracorte (30-300 MHz) si propagano in linea retta, quindi per superare l’orizzonte o una montagna servono ponti radio, come per le microonde. Vengono impiegate, ad esempio, per le normali trasmissioni radio in FM 88-108 MHz o per le trasmissioni televisive.

3  Le onde corte (3-30 MHz) viaggiano in linea retta, ma hanno la caratteristica di essere riflesse dalla ionosfera, quindi rimbalzando tra la superficie terrestre e la ionosfera possono superare ostacoli e lunghe distanze.

4  Le onde lunghe (10-550 kHz) e quelle medie (0,3-3 MHz) si propagano seguendo la curvatura della Terra. Le onde lunghe vengono impiegate per la navigazione marittima. Le onde medie sono usate per le normali trasmissioni radiofoniche in AM.

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Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

118. Televisione La tecnologia capace di trasmettere scene animate, oltre ad audio e musica è quella televisiva, che rappresenta uno dei mezzi di comunicazione di massa più importanti.

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La trasmissione

3  Microfono Converte l’audio in un segnale elettrico (analogico). 7b  Il segnale può essere inviato, tramite un’antenna parabolica, a un satellite televisivo geostazionario permettendo la visione su RE una superficie molto vasta ITO ERT della Terra. NV o/ CO IO

Blu Verde Rosso

Mediante tubi di ripresa ogni singola immagine della scena viene separata nei tre colori fondamentali (rosso, verde, blu) e convertita in segnali elettrici (analogici). 2

ITO ERT NV CO IDEO gico/ V nalo le A igita D

c D AU alogi le An gita Di

I segnali video e audio vengono digitalizzati, cioè trasformati in una serie di informazioni digitali.

R TO LLA

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5  Oscillatore Genera il segnale portante ad alta frequenza.

R ATO

D MO

7c  ll segnale può essere inviato su un cavo coassiale con cavi a fibra ottica, o su cavi telefonici mediante Internet a banda larga, permettendo la trasmissione via cavo.

6  I segnali audio e video vengono modulati con il segnale portante.

LINK ➜ STORIA In Italia le prove sperimentali di trasmissione iniziarono a Torino nel 1943 presso il centro EIAR (Ente Italiano Audizione Radiofonica), in seguito diventato RAI (Radio Audizioni Italiana, oggi Radiotelevisione Italiana). Ufficialmente la prima programmazione televisiva italiana avvenne nel gennaio 1954, ma dopo solo due anni i segnali televisivi coprivano già buona parte del territorio nazionale. Per molto tempo le trasmissioni furono in bianco e nero e solamente in coincidenza con le Olimpiadi di Monaco del 1972 iniziarono le trasmissioni a colori.

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segnale può essere inviato a un’antenna per le trasmissioni televisive.

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7a  Il

1  Telecamere L’obiettivo permette di riprendere la scena in diversi modi: dall’inquadratura panoramica al primissimo piano.

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› La trasmissione televisiva

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I continui sviluppi tecnologici hanno apportato una serie di evoluzioni nel campo delle trasmissioni televisive: la più recente è il passaggio dal sistema analogico al digitale terrestre. Tale conversione è stata stabilita dall’Unione Europea, pertanto anche l’Italia ha dovuto adeguarsi e spegnere il segnale analogico entro il 2012.

Da quel giorno si sono avute tantissime innovazioni. Nel settore dei ricevitori si è passati dai televisori a valvole con tubo catodico ai televisori elettronici con schermi LCD, LED, al plasma; inoltre, dal formato 4:3 si è passati al formato 16:9 in HD (alta definizione). Per quanto riguarda le trasmissioni, sono apparse sul mercato la televisione satellitare, quella via cavo, la pay TV e la TV on demand; più recentemente si è poi passati dalle trasmissioni analogiche al digitale terrestre.

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Mezzi di comunicazione

Il televisore è l’apparecchio ricevitore del sistema televisivo e permette di vedere in tempo reale le scene riprese e trasmesse dalle stazioni televisive. Poiché oggi le trasmissioni avvengono in digitale terrestre, che oltre a offrire la possibilità di trasmettere diversi canali sulla stessa frequenza, consente anche la criptatura del segnale, occorre acquistare una scheda e inserirla nel decoder per poter vedere le trasmissioni criptate (protette). In Italia tutti i soggetti che possiedono un televisore sono tenuti a pagare un canone di abbonamento alla RAI (Radiotelevisione Italiana).

1b  Nella

televisione analogica il segnale dell’antenna entrava nel televisore, senza la necessità del decoder. I circuiti di rilevamento del segnale portante erano all’interno del televisore. Oggi con la stessa antenna si può ricevere il segnale digitale.

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La ricezione

› La ricezione

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Il decoder permette di selezionare un canale televisivo.

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3  Tramite il rivelatore si estraggono dal segnale portante i segnali video e audio.

LE NA O SEG VIDE IO D AU

parabolica Il segnale televisivo ricevuto dall’antenna parabolica, posta generalmente in una zona priva di ostacoli come il tetto dell’abitazione, tramite un cavo coassiale entra in un dispositivo chiamato decoder per satellitare. 1a  Antenna

4  Tramite la presa SCART, i segnali video e audio vengono portati nel televisore.

All’interno del televisore il segnale video viene amplificato e inviato allo schermo; il segnale audio, dopo essere stato amplificato, viene inviato all’altoparlante.

OSSERVA E SPERIMENTA 1. Realizza con i tuoi compagni un cartellone inserendo per quante ore, in un mese, guardate la televisione e quante ore dedicate alla lettura di libri.

La tecnologia televisiva ha trovato applicazioni in diversi campi: telecamere a circuito chiuso controllano il traffico automobilistico e ferroviario, sorvegliano luoghi pubblici e privati.

Gli schermi televisivi In passato lo schermo dei televisori, come anche quello dei computer, era costituito da un cinescopio o tubo catodico e, di conseguenza, lo schermo risultava pesante e voluminoso, soprattutto in profondità. Oggi i televisori dispongono invece di schermi più sottili. Schermo al plasma. Gli schermi sono costituiti da due pannelli di vetro in cui si trovano moltissime celle, contenenti una miscela di gas nobili. Sottoposti a una tensione, i gas si ionizzano e la presenza di tre fosfori di colore rosso, verde e blu per ogni cella consente di emettere luce di colori diversi a seconda delle necessità. I televisori al plasma hanno un’alta qualità d’immagine e dimensioni dai 42 ai 103 pollici. Consumano più energia dei vecchi tubi catodici. Schermo LCD. LCD significa Liquid Crystal Display: lo schermo del televisore è composto da tante celle, ciascuna contenente un cristallo liquido che, se sottoposto a corrente elettrica, si attiva e si colora a seconda delle necessità. I televisori LCD normalmente sono retroilluminati, generalmente con lampade al neon. Schermo LED. I televisori con tecnologia LED mantengono la stessa struttura dello schermo LCD, con la differenza che la retroilluminazione è garantita dai LED: si hanno quindi una maggiore luminosità, un maggiore contrasto, colori più vividi e televisori più sottili. Schermo OLED. La tecnologia OLED è la più recente. OLED significa Organic Light Emitting Diode, cioè diodi luminescenti in cui lo strato elettroluminescente è composto da materiali organici, basati sul carbonio. Questo permette di avere una qualità d’immagine perfetta, con rapporti di contrasto ottimali e colori vivaci. Inoltre, rende possibile la costruzione di televisori ancora più sottili, perché non richiedono la retroilluminazione. Il loro punto di forza è dato dal grande risparmio energetico.

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Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

L’invenzione del telefono è attribuita ad Antonio Meucci, emigrato italiano in America, ma fu il telefono di Alexander Graham Bell, brevettato nel 1871, a imporsi sul mercato.

119. Telefonia La telefonia è un sistema che trasforma la voce e i suoni in una variazione di corrente elettrica permettendone il trasporto a grandi distanze. Il trasporto del segnale avviene tramite la rete telefonica, costituita da due fili e un meccanismo di commutazione effettuato nelle centrali telefoniche. La rete telefonica pubblica copre l’intero Pianeta e permette quindi la comunicazione tra persone in tutto il mondo.

Il telefono fisso Il dispositivo che permette di inviare e ricevere messaggi vocali, sfruttando la rete telefonica è il telefono. Fino agli anni Cinquanta la commutazione telefonica veniva effettuata manualmente da operatori che, spostando fisicamente delle spine, mettevano in comunicazione i vari utenti. Si è passati poi a sistemi elettromeccanici a relé che automaticamente effettuavano la commutazione.

› Il telefono fisso Tastiera, o combinatore numerico Serve per comporre una sequenza di numeri che identifica l’utente da chiamare.

Doppino telefonico Il segnale elettrico viene inviato sulla linea telefonica, formata da due fili detti doppino telefonico. 1

4  Centrali telefoniche Sono collegate tra loro tramite grossi cavi telefonici. I cavi, a seconda delle aree attraversate, possono essere interrati, aerei o posati sui fondali di mari e oceani. Oggi si ricorre anche a cavi a fibra ottica oppure a segnali via radio.

Microtelefono Contiene la capsula trasmittente, o microfono; converte le vibrazioni acustiche in segnali elettrici.

Ricevitore Trasforma il segnale elettrico, ricevuto dal chiamante, in onde sonore.

Suoneria Emette un suono per avvertire dell’arrivo di una chiamata.

Oggi alla rete telefonica possono essere connessi telefoni analogici, telefoni digitali, cordless, fax (cioè dispositivi per l’invio di documenti cartacei), modem o router.

Armadio ripartilinea Il doppino telefonico di ogni utente arriva in un armadio ripartilinea.

3  Centrale di commutazione urbana I doppini telefonici, raccolti in un grosso cavo, arrivano nella centrale di commutazione urbana.

Oggi la maggior parte delle centrali è digitale. In queste centrali il segnale audio viene convertito direttamente in segnale digitale. Il vantaggio è che la voce digitalizzata può viaggiare insieme ai dati Internet.

Il telefono cellulare L’evoluzione tecnologica ha portato a sostituire il doppino telefonico, utilizzato come unico mezzo di trasmissione, e alla fine degli anni Ottanta sono nati i telefoni cellulari. Dalla sua comparsa, il cellulare ha usato per il funzionamento diverse tecnologie e standard di comunicazione denominati generazioni. • Dai sistemi analogici degli anni Settanta e Novanta di prima generazione, con standard TACS, si è passati a quelli digitali.

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Mezzi di comunicazione 4  La stazione base dirige la chiamata verso il centro di commutazione.

› Il telefono cellulare 1  La tecnologia che sta alla base di un telefono cellulare, chiamato anche telefonino, è la trasmissione e ricezione di onde radio.

Ogni telefono cellulare è una ricetrasmittente, costantemente connessa a una stazione base. Questa rileva la nostra presenza anche se non stiamo telefonando. 3

UNITÀ 2

5  La chiamata viene indirizzata a un’altra stazione base.

6  La stazione base trova il cellulare del destinatario e lo mette in comunicazione con l’utente che ha effettuato la telefonata.

Stazione base

2  Cella Il territorio è diviso in celle, in ciascuna delle quali vi è una stazione base.

In determinati luoghi della Terra, come in alta montagna, in mezzo all’oceano o nel deserto, non esiste una rete cellulare, quindi per poter effettuare una chiamata occorre avere a disposizione un telefono satellitare, che invia la chiamata via radio a un satellite di telecomunicazioni, il quale a sua volta la inoltra alla rete telefonica nazionale e quindi all’utente.

PUNTI DI DOMANDA 1. C ome avviene la comunicazione telefonica tramite telefono fisso? E tramite cellulare? 2. C he cosa indicano le generazioni dei cellulari? 3. C ome avvengono le telefonate tramite Internet?

• I telefoni di seconda generazione, basati sullo standard GSM, hanno permesso l’uso dei messaggi di testo SMS. Poi con lo standard GPRS si è potuto registrare e visualizzare foto e filmati, e con lo standard EDGE, che ha reso possibile lo streaming audio e video, è seguita la possibilità di accedere a Internet e di inviare e-mail. • Con la terza generazione o 3G, con standard UMTS, si sono aperte le porte alle videotelefonate. • Con il termine 4G si indicano le tecnologie e gli standard di quarta generazione, di prossima diffusione, che permettono applicazioni multimediali avanzate e consentono di vedere i film in streaming ad alta definizione e di utilizzare i videogiochi in 3D. Grazie al 4G sarà possibile scambiare dati alla velocità di 100 Mb/sec con l’obiettivo di raggiungere una velocità che si avvicini a 1 Gb/sec. Il 4G promette, inoltre, di cambiare le nostre abitudini includendo la possibilità di utilizzare il cellulare come una comune carta di credito.

NUOVE TECNOLOGIE Voce attraverso Internet Il mondo della telefonia non si ferma al telefono fisso o mobile, ma si avvale anche della tecnologia Internet. Skype è un esempio di software freeware in grado di collegare utenti di tutto il mondo da un computer all’altro per telefonare. Per fare una telefonata con Skype è necessario scaricare il programma da Internet, avere a disposizione una linea ADSL per velocizzare la connessione, una scheda sonora per ascoltare e un microfono per comunicare. In alternativa, si può usare un telefono con il protocollo VOIP (voce attraverso Internet). Utilizzando una semplice webcam si ha anche la possibilità di effettuare delle videochiamate o videoconferenze. Skype può funzionare secondo diverse modalità: • permette di telefonare gratuitamente, se gli utenti sono contemporaneamente connessi (Peer to peer, rete di due computer); • consente di effettuare telefonate a pagamento verso i telefoni fissi e mobili che non sono collegati a Internet (Skype Out).

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Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

120. Sistemi satellitari I satelliti artificiali Il termine satellite artificiale si riferisce a un oggetto posto dall’uomo al di fuori dell’atmosfera terrestre. A seconda della loro funzione e dell’utilizzo, i satelliti possono essere posizionati a diverse altitudini rispetto alla superficie terrestre: questa posizione è chiamata orbita e ne esistono tre tipologie. Orbita terrestre bassa. Il satellite viene posto a un’altitudine variabile tra i 160 e i 2 000 km dalla superficie terrestre. Questi satelliti acquisiscono informazioni relative alla superficie della Terra e sono impiegati, ad esempio, per le comunicazioni con telefoni satellitari e per il telerilevamento, spesso per scopi militari.

Attorno alla Terra ruotano quasi 10 000 satelliti artificiali. La vita di un satellite varia da pochi anni a una ventina d’anni. Una volta fuori uso, la sua velocità rallenta fino a cadere. Generalmente si disintegrano a contatto con l’atmosfera della Terra.

Orbita terrestre media. Il satellite si trova a un’altitudine tra i 2 000 e i 20 000 km. Con questa orbita i satelliti ruotano attorno alla Terra in circa 90 minuti. Vengono utilizzati soprattutto quando c’è l’esigenza di osservare tutti i punti della superficie terrestre; mentre ruotano necessitano perciò di una serie di stazioni a Terra in grado di seguirli costantemente.

I satelliti con orbita polare ruotano continuamente sopra i Poli. In questo modo, sfruttando la rotazione della Terra durante il giorno, possono fotografare tutta la superficie terrestre. Orbita terrestre bassa La distanza dalla Terra è di 160-2 000 km.

Orbita terrestre media La distanza dalla Terra è di 2 000-20 000 km.

Orbita geostazionaria La distanza dalla Terra è di 35 786 km e servono circa 24 ore per compiere un’orbita.

Queste orbite sono adatte per i satelliti meteorologici, che raccolgono costantemente immagini della Terra nello spettro del visibile e in quello degli infrarossi e inviano i dati alle stazioni di rilevamento al suolo, dove vengono poi interpretati per effettuare le previsioni meteo. Inoltre, tali orbite sono impiegate anche dai satelliti GPS per la navigazione satellitare di auto, navi e aerei. Orbita geostazionaria. I satelliti vengono posti a circa 36 000 km dalla Terra, sopra l’Equatore. Un satellite geostazionario ruota intorno alla Terra in 23 ore e 56 minuti. Poiché il tempo impiegato equivale alla rotazione della Terra, è come se il satellite rimanesse immobile rispetto alla superficie terrestre, rendendo possibile puntare un’antenna parabolica su di esso per poter trasmettere e ricevere i segnali. Per coprire tutta la superficie terrestre, occorrono diversi satelliti e attorno all’Equatore ormai lo spazio risulta affollato. Questi satelliti hanno un costo molto elevato, ma possono rimanere in orbita fino a 15-20 anni. Per entrare in orbita, i satelliti geostazionari vengono lanciati da un razzo vettore che li trasporta a un’altitudine di qualche centinaio di chilometri, imprimendo loro una velocità sufficiente a contrastare l’attrazione gravitazionale della Terra. Grazie a un sistema di propulsione autonomo, il satellite compie delle orbite sempre più grandi fino a raggiungere la sua orbita geostazionaria a 35 786 km sopra l’Equatore.

Questa orbita è impiegata, ad esempio, per i satelliti delle comunicazioni televisive. Oltre alle apparecchiature specifiche che ne consentono il funzionamento, tutti i satelliti dispongono di pannelli fotovoltaici per alimentare i motori e le apparecchiature a bordo.

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Mezzi di comunicazione

UNITÀ 2

Il sistema GPS Il sistema di navigazione satellitare, o GPS (Global Positioning System), serve per trovare la posizione, sulla superficie della Terra o in un punto vicino a essa, di un ricevitore opportunamente sintonizzato. Il sistema si basa su di una rete di 24 satelliti artificiali (21 attivi e 3 di riserva) messi in orbita circa 30 anni fa dal governo americano, inizialmente per scopi militari e in seguito utilizzati anche per fini civili. I satelliti orbitano a circa 20 000 km di altitudine, suddivisi in 6 orbite circolari con 4 satelliti ognuna. Ciascuno di essi invia continuamente segnali radio a Terra. Il navigatore satellitare dispone di una memoria con mappe stradali aggiornabili; quindi, oltre a determinare la posizione del veicolo, è anche in grado, una volta inserita la località desiderata, di indicare quali strade percorrere per raggiungere una determinata destinazione e può prevedere il tempo necessario per giungere al punto di arrivo.

PUNTI DI DOMANDA 1. A che cosa servono i sistemi satellitari? 2. Q uali orbite sono usate dai satelliti? 3. C ome funziona il sistema GPS?

A Terra il ricevitore GPS, attraverso la ricezione dei segnali radio di almeno tre satelliti, permette di individuare in termini di latitudine, longitudine e altitudine la propria posizione rispetto alle coordinate terrestri. Interfacciando con un ricevitore GPS un piccolo computer nella cui memoria è stata caricata una mappa stradale, è possibile visualizzare la posizione dell’utente ed elaborare un percorso da seguire per raggiungere una determinata posizione, con una ragionevole approssimazione di 5-10 metri. Oggi sono disponibili diversi ricevitori GPS, comunemente chiamati navigatori, installabili su autoveicoli e su telefoni cellulari. Poiché riescono a individuare il movimento di un veicolo e il luogo dove questo si trova, i ricevitori GPS vengono impiegati anche come sistema antifurto su autovetture e camion. Il settore militare impiega il sistema GPS per la guida dei missili e per i dispositivi teleguidati. Attualmente è in fase di completamento il nuovo sistema di posizionamento Galileo, sviluppato dall’Unione Europea come alternativa al sistema GPS e che dovrebbe entrare in funzione nei prossimi anni.

NUOVE TECNOLOGIE Il telescopio spaziale Hubble Con l’unica eccezione dei viaggi del programma Apollo, che portarono l’uomo sulla Luna, tutti i viaggi spaziali con astronauti a bordo si sono svolti nell’orbita terrestre bassa. Le vecchie stazioni spaziali Salyut e Mir si trovavano a circa 300 km di altezza; ora la Stazione Spaziale Internazionale orbita a circa 390 km dalla Terra: con un po’ di attenzione può essere vista di notte anche a occhio nudo.

Lo sviluppo della tecnologia satellitare ha permesso il 24 aprile 1990 di mettere in orbita, in collaborazione con l’ESA (l’Agenzia Spaziale Europea) e la NASA, il telescopio Hubble per l’osservazione spaziale. A causa dell’atmosfera terrestre, l’osservazione effettuata con telescopi crea una serie di problemi. Hubble si trova a circa 600 km di altezza e orbita intorno alla Terra ogni 92 minuti, permettendo così di inviare giornalmente immagini dallo spazio e dando ad astronomi e scienziati la possibilità di osservare l’Universo come mai era stato possibile prima d’ora. Il telescopio Hubble è lungo 13,2 metri, con un diametro di 2,4 metri e pesa 11 megagrammi. L’energia elettrica necessaria al suo funzionamento è fornita da due grandi pannelli fotovoltaici.

389

AREA 9

Il mondo delle comunicazioni LEZIONE

121. Telecomunicazioni e computer L’incontro tra il mondo delle telecomunicazioni e quello dei computer risale alla prima metà degli anni Sessanta. In quel periodo, infatti, iniziò l’esigenza di condividere le risorse informatiche.  Un primo passo in questa direzione era stata la diffusione dei terminali remoti, collegati a un computer centrale attraverso cavi che coprivano anche discrete distanze. I terminali remoti erano delle semplici unità di input (tastiera) e output (monitor) che non condividevano le informazioni, e tutto il carico di elaborazione e di archiviazione dei dati era compito dell’elaboratore centrale.

I tipi di rete Nel corso degli anni sono stati sviluppati vari sistemi per realizzare e gestire la comunicazione tra computer, di conseguenza esistono diversi tipi di rete, ognuna con le proprie infrastrutture hardware e software. Negli anni Cinquanta e Sessanta i computer non erano piccoli e comodi apparecchi da scrivania. Il microchip era appena stato inventato e non era ancora utilizzato per costruire computer, che invece si basavano inizialmente su valvole e poi su transistor. A quell’epoca le dimensioni dei computer occupavano un intero appartamento.

Cavo e connettore Ethernet Computer degli utenti

Inizialmente le reti locali avevano una velocità di trasmissione di 10-100 Mbps, mentre le più recenti sono in grado di operare a 1-10 Gbps.

390

Computer centrale (server)

Una rete di computer consente la trasmissione di informazioni in formato digitale tra diversi computer, e permette di distribuire così il compito dell’elaborazione. I vantaggi apportati da questo collegamento sono molteplici: un computer che fa parte di una rete può accedere alle risorse, come programmi o dati, residenti su altri computer, oppure può utilizzare periferiche come stampanti o dischi di memoria collegate ad altri computer. Le reti sono distinte in base alla loro estensione fisica. La rete locale o LAN (Local Area Network) è una rete con estensione limitata a qualche centinaio di metri all’interno di uno o pochi edifici. È utilizzata negli uffici, nelle industrie, nelle scuole, nei centri di ricerca e nelle università per condividere risorse e scambiarsi messaggi. La tecnologia più diffusa per realizzare la LAN si chiama Ethernet. La rete geografica o WAN (Wide Area Network) è una rete estesa e distribuita su distanze molto grandi. Questa rete connette computer o, più spesso, intere reti locali. Può coprire zone che vanno dai pochi chilometri di un’area metropolitana (in questo caso sono dette MAN, Metropolitan Area Network) fino alle distanze intercontinentali delle grandi reti aziendali e finanziarie e di Internet, la rete geografica per eccellenza. Le reti telematiche sono costituite da componenti fisiche, cioè l’hardware, e componenti logiche, i software. Le componenti hardware sono costituite dai computer e dagli apparati di trasmissione mediante i quali i computer vengono fisicamente collegati e lungo i quali viaggiano i segnali

La più grande WAN è Internet, una rete di computer che copre l’intero pianeta.

UNITÀ 2

Mezzi di comunicazione

della comunicazione. Tali canali possono essere infrastrutture analogiche, come la rete telefonica, associate a dispositivi di modulazione e demodulazione (modem), oppure cavi a fibra ottica o sistemi di radiocomunicazione, come antenne, ponti radio a microonde o satelliti. Le componenti software sono invece i programmi di gestione del collegamento e del traffico dei dati, tecnicamente chiamati protocolli. Esse svolgono diverse funzioni, che vanno dall’instradamento dei dati tra i vari computer di una rete, alla correzione degli errori.

PUNTI DI DOMANDA 1. Q uali tipi di rete vengono utilizzati dai computer? 2. C he cosa sono hardware e software? 3. C he cosa indica la velocità di trasmissione dei dati? 4. Q uali sono i diversi metodi che consentono l’accesso a Internet? 5. C he cos’è il Wi-Fi?

La velocità di trasmissione dei dati

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Una delle caratteristiche delle reti è la velocità di trasmissione, che indica la quantità di bit che passano attraverso il mezzo trasmissivo nell’unità di tempo. La velocità di trasmissione dipende da vari fattori: scheda di rete, protocolli e mezzo trasmissivo utilizzato, ed è proporzionale alla larghezza di banda. Semplificando, si può quindi dire che più la banda è larga più velocemente è possibile trasferire o ricevere le informazioni da un computer a un altro. 1  Il provider

2  Il modem, dopo aver composto il numero del provider e stabilito la connessione, trasforma i segnali digitali in uscita dal computer in un segnale analogico e lo invia sulle normali linee telefoniche con velocità tipica di 56 kbps.

3  Con un Terminal Adapter ISDN, chiamato impropriamente modem ISDN, la trasmissione dei dati avviene in forma digitale, quindi garantisce una velocità di 128 kbps.

Il modem/router permette di gestire il collegamento alla rete di più computer contemporaneamente.

4  Con la sigla xDSL si identifica una serie di tecnologie (ADSL, HDSL, VDSL ecc.) che permettono la trasmissione su normali doppini telefonici, con velocità dell’ordine di 8 Mbps oppure 12 Mbps con ADSL2 e 25 Mbps con ADSL2+. Questi tipi di accessi sono anche chiamati «banda larga».

Gli Access Point sono muniti di piccole antenne per la trasmissione dei dati attraverso frequenze radio.

6  Tramite reti in fibra ottica, cablate fino al cliente o fino alla centrale, oggi è possibile accedere alle rete Internet con velocità di 100 Mbps.

dispone di computer sempre collegati a Internet attraverso linee super veloci in fibra ottica.

5  In zone isolate o dove non è disponibile una linea ADSL è possibile utilizzare un modem satellitare con una parabola e sfruttare, con costi simili a una normale ADSL, il collegamento satellitare con una velocità di circa 2 Mbps.

Gli Access Point della rete Wi-Fi Il Wi-Fi è una tecnologia che consente il collegamento di dispositivi come computer, tablet o smartphone a una rete locale di telecomunicazioni senza uso di cavi, ovvero in modo wireless. La rete Wi-Fi, che prevede l’installazione di dispositivi chiamati Access Point (AP), è simile a una rete cellulare in ambito locale su piccola scala e gli Access Point corrispondono alle stazioni radio base delle reti cellulari. L’accesso alla rete può essere free (gratuito), e in questo caso chiunque può accede alla rete, oppure può essere protetto da nome utente e password, rilasciati a pagamento del servizio. Le reti Wi-Fi sono usate spesso all’interno di aziende, stazioni, scuole, aeroporti, ma anche negozi e zone pubbliche. La realizzazione di una rete Wi-Fi è abbastanza semplice e oggi è possibile installarla anche in ambito domestico per collegare i vari dispositivi informatici a un router, così da avere l’accesso a Internet. Una particolare attenzione deve essere posta sull’uso dei dati sensibili trasmessi in modalità Wi-Fi perché, se non è configurato correttamente, il Wi-Fi può non offrire protezione, consentendo ad altri utenti di accedere e prelevare dati senza autorizzazione e utilizzarli a fini fraudolenti.

391

IN BREVE LEZION E 112

Stampa Dopo l’introduzione della stampa a caratteri mobili di Gutenberg, le principali innovazioni riguardarono la linotype con caratteri in piombo e successivamente, verso gli anni Novanta, il desktop publishing. Le principali tecniche di stampa sono la serigrafia, utilizzata principalmente per la stampa su oggetti o su stoffa, la stampa offset e la rotocalco per la stampa di grandi volumi, e la stampa digitale, utilizzata principalmente per piccole tirature o grandi formati.

LEZION I 113, 114 E 115

Fotografia La macchina fotografica si basa sul principio della camera oscura, in cui la luce passa da un piccolo foro. Nella macchina fotografica analogica la luce, dopo aver attraversato l’obiettivo, il diaframma e l’otturatore, va a colpire una pellicola contenuta nel rullino fotografico. Nella macchina digitale, invece, la luce dopo l’obiettivo, il diaframma e l’otturatore va a colpire un sensore di immagini che converte la luce in segnali elettrici e, tramite un processore, in un file digitale memorizzabile su un supporto magnetico.

Cinema Il cinema è un sistema che proietta una sequenza di immagini e crea quindi l’effetto di movimento. Le riprese (24 immagini per secondo) vengono effettuate con macchine da presa e memorizzate in analogico su una pellicola da 35mm o, più recentemente, in digitale. Nelle sale cinematografiche, tramite un proiettore, la sequenza di immagini viene riprodotta su uno schermo (48 volte al secondo), dando l’illusione del movimento. La proiezione può avvenire in analogico, digitale o digitale 3D.

Musica Dopo il grammofono, il giradischi, il magnetofono e il registratore a cassette, la musica, oggi, viene riprodotta con dispositivi digitali. L E Z I O N I 116 , 117 E 118

Telecomunicazioni Le telecomunicazioni trasferiscono le informazioni tramite flussi di energia sotto forma di corrente elettrica oppure onde elettromagnetiche. Il mezzo trasmissivo può essere un cavo elettrico, la fibra ottica, un cavo coassiale oppure lo spazio, in cui si propagano le onde elettromagnetiche.

Radio Le trasmissioni radio avvengono tramite una stazione trasmittente che trasforma le onde sonore in onde elettromagnetiche: inviate a un’antenna, viaggiano alla velocità di 300 000 km/s e possono propagarsi sull’intero Pianeta. L’apparecchio ricevente, comunemente chiamato radio, converte le onde elettromagnetiche in onde sonore permettendo l’ascolto.

Televisione Le trasmissioni televisive si basano su un segnale video e audio ripreso tramite telecamere. Possono avvenire in modo analogico e/o digitale e vengono diffuse tramite antenne televisive satellitari oppure via cavo. Nelle abitazioni l’antenna ricevente capta il segnale elettromagnetico e, attraverso il decoder e il televisore, il segnale viene trasformato in segnale elettrico e convertito in immagini e audio. L E Z I O N I 119 , 120 E 121

Telefonia La telefonia è un sistema che trasforma i suoni in una variazione di corrente elettrica permettendone il trasporto, con due fili, a grandi distanze. La telefonia cellulare si basa sulla trasmissione e ricezione di onde radio.

Sistemi satellitari I satelliti artificiali sono oggetti posti dall’uomo al di fuori dell’atmosfera terrestre, a diverse altezze rispetto alla superficie terrestre. Questa posizione viene chiamata orbita. I satelliti artificiali servono per le comunicazioni satellitari, l’osservazione della superficie della Terra e la navigazione satellitare (GPS).

Telecomunicazioni e computer La comunicazione tra computer avviene attraverso reti. La rete locale o LAN ha un’estensione di qualche centinaio di metri, mentre una rete geografica o WAN è distribuita su distanze molto grandi. La più vasta rete geografica è Internet.

392

Mezzi di comunicazione

ESERCIZI Conoscenze

6. Individua l’intruso.

1. Inserisci i termini mancanti. 1. I monaci che in epoca medievale copiavano i testi a mano erano chiamati

..............................................

2. La tecnica di stampa che utilizza quattro colori si basa sul processo di

..............................................

UNITÀ 2

1. Quali delle seguenti onde non si utilizzano per le trasmissioni radio? a  microonde b  ultracorte c  lunghe d  lunghissime 2. Quale dei seguenti elementi non fa parte della stazione radio? a  microfono b  amplificatore c  oscillatore d  altoparlante e  modulatore f  antenna

3. Il procedimento di stampa che trasferisce l’inchiostro su un tessuto è detto

..............................................

7. Inserisci i termini mancanti.

1. Per riprendere le scene televisive si usa la

2. Scegli l’alternativa corretta.

.........................................

2. Per ricevere le trasmissioni televisive nel sistema digitale

1. Uno degli obiettivi per macchine fotografiche è il a  compatto b  pentaprisma c  grandangolo

terrestre bisogna possedere un

2. Tra i componenti della macchina analogica vi è a  lo schermo LCD b  il rullino c  la scheda di memoria d  il sensore di immagini

..............................................

8. Scegli l’alternativa corretta. 1. Il doppino telefonico trasporta segnali a  elettrici b  magnetici 2. Nel telefono il ricevitore trasforma il segnale ricevuto in a  onde magnetiche b  onde sonore

3. Scegli l’alternativa corretta. 1. Il formato più diffuso della pellicola cinematografica è il a  45mm b  35mm

9. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

2. Le scene animate vengono filmate con a  la cinepresa b  il proiettore

1. Esistono tre tipologie di orbita: geostazionaria, V F terrestre media e terrestre bassa.

3. Le scene 3D vengono riprese con a  due obiettivi b  un unico obiettivo

2. L’orbita geostazionaria ruota intorno alla Terra V F in circa 24 ore.

4. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false.

10. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti.

1. Il giradischi permetteva di registrare la musica.

2. I formati audio MP3 utilizzano un nastro V F magnetico come supporto.

rete – geografiche – dati – computer – dischi di memoria – locali – condivisione – risorse Una

...........................................

di computer permette la

3. La qualità di un file audio dipende anche V F dalla compressione.

di informazioni in formato digitale tra diversi

5. Individua quali dei seguenti elementi sono mezzi fisici impiegati nelle telecomunicazioni.

di accedere alle

cavo tripolare – fibra ottica – fibra naturale – cavo coassiale – doppino telefonico – lana di vetro

stampanti o

..........................................

..............................................

collegati tra loro; in questo modo, ciascun dispositivo è in grado ................................

(come programmi o

...............................)

presenti su altri computer e può usare le periferiche, come .........................................,

possono essere

collegate ad altri computer. Le reti

.....................................

(LAN) o

.....................................

(WAN).

Verso le Competenze Vedere, osservare e sperimentare 1. Compilate una tabella sui mezzi di comunicazione suddividendoli tra media tradizionali e nuovi mezzi per le telecomunicazioni; definite poi per quante ore al giorno ne fate uso. 2. Quali sono e come funzionano oggi i principali mezzi di comunicazione?

3. Descrivi i sistemi satellitari e analizza come vengono utilizzati per ricavarne dati e ottenere progressi scientifici. 4. In che modo il cinema, la musica e la televisione hanno influito sullo stile di vita di intere generazioni? 5. Il computer e Internet hanno grandi potenzialità: come possiamo sfruttarli per migliorare le tecnologie produttive?

393

MAPPA DELL’AREA STAMPA trasporto delle informazioni su supporti materiali

– – – – –

libri riviste quotidiani fumetti volantini

FOTOGRAFIA

MEZZI DI COMUNICAZIONE CINEMA

MUSICA

COMUNICAZIONI

RADIO

TELEVISIONE

– onde elettromagnetiche

– digitale terrestre – via cavo (onde elettromagnetiche) – via satellite (onde elettromagnetiche)

TELECOMUNICAZIONI TELEFONO trasporto delle informazioni con flussi di energia

– doppino telefonico – onde radio per le comunicazioni mobili

SISTEMI SATELLITARI TRASMISSIONE DATI COMPUTER

394

– satelliti – sistemi GPS

– doppino telefonico – fibra ottica – via satellite (onde elettromagnetiche) – wireless (onde elettromagnetiche) – reti di computer

Il mondo delle comunicazioni

VERIFICA Conoscenze

8. Il termine MP3 indica che la musica è registrata a  su vinile b  su platino c  in un file compresso

1. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’emittente è colui che ascolta.

2. Il mezzo è il canale con cui si comunica.

3. La stampa fornisce immagini di movimento.

4. Il codice è un insieme di regole da usare V F per la conversazione. 2. Indica quale dei seguenti elementi non caratterizza la comunicazione. ricevente – emittente – codice – radio 3. Abbina i componenti al tipo di macchina fotografica. 1. schermo LCD 2. sensore CCD 3. scheda di memoria 4. rullino 5. pellicola

a. macchina analogica

b. macchina digitale

4. Abbina il tipo di onda alla corretta frequenza. 1. onde ultracorte 2. microonde 3. onde corte 4. onde lunghe

a. 0,3-30 GHz b. 3-30 MHz c. 30-300 MHz d. 10-550 kHz

5. Indica quali dei seguenti non sono schermi televisivi. plasma – LEOD – OLED – LED – EIAR – LCD

9. Nella stazione radio l’oscillatore a  riceve il segnale portante b  genera il segnale portante c  converte il segnale portante 10. In Italia le prime trasmissioni televisive iniziarono presso il centro a  RAI b  CTI c  EIAR 11. Nella telefonia mobile per ogni cella si ha a  una stazione base b  due stazioni base c  tre stazioni base 12. La nascita della cinematografia si deve a  ai fratelli Lumière b  a Johann Gutenberg c  ad Antonio Meucci 13. Il cavo coassiale, usato nelle telecomunicazioni, presenta al centro un filo di a  fibra ottica b  sale argentato c  rame 14. La radio del futuro sarà di tipo a  digitale b  analogico 7. Indica se le seguenti affermazioni sono vere o false. 1. L’orbita geostazionaria è posta a un’altitudine V F di 15 000 km. 2. La rete dei computer trasmette in formato analogico.

3. Il telefono è stato brevettato nel 1944.

4. Gutenberg inventò la stampa a caratteri mobili.

5. La reflex è una macchina fotografica che utilizza V F un sistema a specchio per vedere il soggetto.

6. Scegli l’alternativa corretta. 1. La stampa in quadricromia usa i colori a  CMYK b  RGB

AREA 9 5

a olio

2. Gutenberg ha inventato la a  linotype b  monotype c  stampa a caratteri mobili

6. La post-produzione di un film prevede V F il montaggio. 7. Le foto eseguite con la macchina analogica V F non devono essere sviluppate.

3. Per la ricezione del segnale i televisori usano a  il microfono b  la presa SCART c  l’oscillatore 4. I telefoni di seconda generazione si basano sullo standard a  GSM b  TACS c  UMTS 5. La proiezione dei film 3D si effettua con a  due proiettori sincronizzati b  un proiettore c  due proiettori non sincronizzati

8. Le macchine reflex usano obiettivi sostituibili.

9. La cinepresa digitale trasforma le immagini V F direttamente in segnali digitali. 10. Le onde elettromagnetiche utilizzate per le trasmissioni radio si propagano attraverso V F il cavo coassiale. 11. Il primo sistema di trasmissione telegrafica V F senza fili fu inventato da Guglielmo Marconi.

6. La fibra ottica ha una velocità di connessione pari a a  56 kbps b  100 Mbps c  2 Mbps

12. I colori fondamentali utilizzati dalla telecamera V F sono il rosso, il bianco e il nero.

7. Per le fotografie panoramiche si usa a  il grandangolo b  il teleobiettivo

13. Il grammofono utilizzava una puntina per riprodurre la musica.

l’obiettivo fisso

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VERIFICA 8. Inserisci i termini mancanti.

11. Individua l’intruso.

1. La sigla

1. Quale dei seguenti elementi non è un mezzo fisico usato per le telecomunicazioni? a  spazio b  fibra ottica c  doppino telefonico

..............................................

indica il sistema di navigazione

satellitare per automobili. 2. La sigla che indica la rete geografica di computer è ........................ . 3. Il metodo di stampa utilizzato per i quotidiani è il .....................

.........................

4. La macchina fotografica digitale è anche chiamata ........................

......................

5. La macchina da presa è anche chiamata ............................................. . 6. La macchina da proiezione cinematografica è anche chiamata

..............................................

7. La sigla 3D significa

..............................................

8. Con la modulazione di

..............................................

si genera un se-

gnale meno sensibile ai rumori e alle interferenze. 9. Il segnale digitale della televisione viene captato da una ..............................................

10. La prima macchina che permise di comporre una riga di testo con i caratteri in piombo fu la

..............................................

11. La stampa a caratteri mobili è stata introdotta da ....................

..........................

12. La tecnica di stampa che si basa sul principio di repulsione tra olio e acqua è quella

..............................................

9. Completa il testo scegliendo tra i termini seguenti. fisici – trasferimento – coassiale – spazio – doppino – fibra – telecomunicazione I sistemi di per il

......................................................

....................................................

nire nello

si avvalgono di diversi mezzi

delle informazioni: questo può avve-

....................................................,

come nel caso delle onde elet-

tromagnetiche, oppure attraverso mezzi cioè il

.......................................................

ottica e il cavo

telefonico, la

.....................................................

...................................................., ........................................................

10. Indica quali di questi elementi non fanno parte della ricezione televisiva. Metti poi in ordine i rimanenti secondo la corretta sequenza. a. sincronizzatore b. decoder c. antenna e. rilevatore di segnale d. schermo g. presa SCART f. oscillatore 1.

396

....................

2. Quale dei seguenti elementi non è un componente della radio? a  amplificatore b  modulatore c  altoparlante 3. Quale dei seguenti elementi non è un componente del telefono fisso? a  cella b  suoneria c  microfono 4. Quale dei seguenti termini non indica un tipo di rete di computer? a  LAN b  Ethernet c  WAN 5. Quale dei seguenti mezzi di comunicazione non usa l’oscillatore? a  televisione b  radio c  telefono 12. Scegli l’alternativa corretta. 1. Il diaframma serve per regolare a  l’apertura del foro per la luce b  il tempo dello scatto c  la sensibilità della pellicola 2. Nella macchina fotografica l’immagine viene messa a fuoco a  dall’otturatore b  dall’obiettivo c  dal mirino ottico d  dal rullino 3. La tecnologia dei cellulari di seconda generazione ha permesso a  le videochiamate b  l’accesso a Internet 4. Nel cinema la composizione del materiale filmato avviene nella fase di a  riproduzione b  montaggio 5. La rete locale LAN ha un’estensione limitata a a  migliaia di chilometri b  qualche centinaio di metri 6. Prima dell’invenzione della stampa a caratteri mobili, coloro che copiavano a mano i libri erano detti a  scrivani b  amanuensi 7. Per telefonare tramite Internet si usa a  UMTS b  Skype 13. Individua quali dei seguenti elementi non fanno parte della rete di telefonia fissa.

....................

centrale di commutazione urbana – centrale telefonica – cavo tripolare – doppino telefonico – oscillatore – armadio ripartilinea

Il mondo delle comunicazioni

VERIFICA

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Competenze 1. Osserva e, con l’aiuto di un motore di ricerca, rispondi.

4. Realizzate un fumetto sulla storia del telefono.

1. Si parla sempre più di «cablatura della città». Scopri che cosa significa questo termine usato nel campo delle telecomunicazioni e a che cosa può servire quest’operazione. 2. Osserva la figura 1: riconosci l’oggetto nella foto? Appartiene al settore delle trasmissioni radio-televisive. Scopri di che cosa si tratta e come funziona. Ecco un indizio: è stato utilizzato per la prima volta nel 1924. 3. Osserva la figura 2 e metti in relazione l’oggetto pubblicizzato con il mondo delle trasmissioni radiofoniche.

Alcuni insegnanti della scuola primaria vi chiedono di creare un giornalino a fumetti in grado di far capire ai loro alunni la storia della telefonia. 1. Cominciate facendo una ricerca storica che vi permetta di conoscere le fasi principali dell’evoluzione di questo strumento di comunicazione. 2. Scrivete la bozza di ciò che volete raccontare attraverso i fumetti, mettendo in evidenza episodi, oggetti o personaggi particolari. 3. Scegliete il supporto per disegnare la storia (fogli piccoli o grandi, cartoncini bianchi, colorati, carta da pacchi ecc.), decidete come rilegare le pagine e lo stile da utilizzare. Create, infine, una tipologia di personaggi adatti.

2. Scopri il significato delle seguenti parole della Tecnologia.

4. Dividete gli avvenimenti in sequenze diverse in base all’impostazione che volete dare al giornalino; successivamente, preparate lo story-board, ovvero degli schizzi relativi all’impostazione delle tavole. A questi schizzi potete unire anche le conversazioni dei personaggi. Ora cominciate a elaborare i disegni veri e propri.

Bluetooth e Blu-ray Disc: a quale ambito delle telecomunicazioni appartengono questi due termini? Rispondi sul quaderno spiegando di che cosa si tratta.

5. Scegliete un titolo adatto e create la copertina. Rilegate il tutto e confrontatelo con i lavori eseguiti da altri gruppi di compagni: osserverete che, pur trattando lo stesso argomento, i risultati saranno tra loro molto differenti.

3. Role play: immagina di essere un giornalista esperto di tecnologie digitali.

5. Affina le tue competenze per imparare ad acquistare.

La rivista per cui lavori ti chiede di scrivere un articolo che contenga un’analisi dettagliata delle nuove tecnologie informatiche relative ai libri in formato digitale (e-book) e ai dispositivi elettronici che ne permettono la lettura (vari tipi di e-book reader e tablet). Svolgi un’indagine e prepara un piccolo testo dal quale emergano vantaggi e svantaggi dell’e-reading. Modello

Ti chiedono consiglio per l’acquisto di una fotocamera, sottoponendoti alcuni modelli con i relativi prezzi. Analizza le diverse offerte presentate nella tabella sotto riportata, spiega le principali differenze tra i vari modelli ed escludi quelli che, secondo te, non sono convenienti motivando le tue scelte (sul quaderno).

Risoluzione

Zoom

Schermo

Prezzo

1 Compatta

16,1 Mpixel

Zoom ottico 42 X Zoom digitale 2 X

LCD 3 pollici

299 euro

2 Compatta

16 Mpixel

Zoom ottico 20 X

LCD 3 pollici

279 euro

3 Compatta

16 Mpixel

Zoom ottico 5 X

LCD 2,7 pollici

169 euro

4 Kit Reflex + obiettivo

12 Mpixel

Adattabile

LCD 2,7 pollici

609 euro

5 Kit Reflex + obiettivo

18 Mpixel

Adattabile

LCD 3 pollici

649 euro

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INTERVENIRE, TRASFORMARE E PRODURRE Camera oscura Oggi sono disponibili macchine fotografiche automatizzate, sempre più complesse, con tantissime caratteristiche, ma per osservare il principio della macchina fotografica basta molto poco. Con questa esperienza verifichiamo il principio della camera oscura.

ti trezzi occorren Materiali e at Scatola di cartone di circa 30 x 30 x 40 cm, va bene anche una scatola delle scarpe Foglio di lucido da disegno Cutter, forbice, nastro adesivo non trasparente

1. Prendiamo una scatola di cartone. Sul lato più piccolo tracciamo le due diagonali, individuando il centro.

2. Chiudiamo i lembi della scatola con del nastro adesivo.

3. Osserviamo l’interno. Se notiamo della luce, soprattutto negli angoli, mettiamo del nastro all’interno, in modo che la luce non filtri.

4. Con un succhiello o un oggetto appuntito pratichiamo un foro.

5. Allarghiamo il foro inserendo una matita.

6. Sul lato opposto della scatola tracciamo 4 linee parallele ai bordi, in modo da creare una finestrella da 21 x 15 cm.

7. Con un cutter ritagliamo il cartone in modo tra creare l’apertura.

8. La precisione nel taglio è importante ai fini estetici del lavoro che stiamo realizzando.

9. Giriamo la scatola con l’apertura in basso, appoggiamo il lucido e con del nastro adesivo fissiamolo al cartone.

398

Il mondo delle comunicazioni

AREA 9

10. Richiudiamo le altre alette e fissiamole con il nastro adesivo. È importante che la luce non passi nelle fessure!

11. Ecco la nostra camera oscura.

12. Spegniamo la luce e inquadriamo un soggetto molto luminoso. Osserviamo attraverso la finestrella.

13. La luce, passando attraverso il foro, viene proiettata sul lucido da disegno, rimpicciolita e capovolta. Il lucido da disegno, non essendo completamente trasparente, ci permette di osservare l’immagine su di essa.

14. Ecco cosa vediamo.

15. Se al posto del lucido ponessimo una pellicola fotografica, riusciremmo a impressionarla e quindi a realizzare una fotografia.

16. Se anziché utilizzare il lato più lungo della scatola...

17. ... utilizzassimo il lato corto, vedremo l’immagine rimpicciolita rispetto a prima. Nelle macchine fotografiche gli obiettivi si distinguono per la distanza focale. Gli obiettivi con lunghezza focale corta rimpiccioliscono i soggetti (obiettivo normale o grandangolare) mentre gli obiettivi con lunghezza focale lunga (teleobiettivo) li ingrandiscono.

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