L’ELETTRICITA’ Minitest pag.367
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Minitest pag.369
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Minitest pag.373
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Circuiti elettrici elementari 1. Disegna un circuito elettrico elementare avente le seguenti grandezze: generatore = 30 V; utilizzatore = 10 Ω. Inserisci anche un interruttore. Quanto vale I? Aumenta la resistenza dell’utilizzatore a 15 Ω, 20 Ω, 30 Ω e 60 Ω. Cosa succede all’intensità di corrente? Rifletti e commenta i risultati. 2. Completa la tabella determinando il valore della grandezza elettrica incognita. Disegna il circuito, scrivi la formula usata, i calcoli ed infine il risultato: V (tensione) [V] Circuito 1 Circuito 2
9V
Circuito 3
9V
R (resistenza) [Ω] 5Ω
I (intensità) [A] 2A 1,50 A
15 Ω
Circuiti elettrici con utilizzatori in serie 3. Risolvi i seguenti circuiti in serie, determinando la resistenza totale del circuito e l’intensità I. R1 = 5 Ω; R2 = 5 Ω; R3 = 5 Ω; V = 30 V R1 = 5 Ω; R2 = 10 Ω; R3 = 15 Ω; V = 30 V
Circuiti elettrici con utilizzatori in parallelo R1 = 15 Ω; R2 = 15 Ω; V = 30 V; R1 = 10 Ω; R2 = 10 Ω; R3 = 10 Ω; = 8 V.
Minitest pag.381
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Minitest pag.383
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Compito di realtĂ
Rileva tutte le lampade presenti a casa tua e classificale in base alla tipologia. Compila il foglio Excel e invialo al seguente indirizzo: tecnofoscolofg@gmail.com Cerca, su internet o in un qualunque negozio di materiali elettrici, delle lampadine a risparmio energetico, da sostituire a quelle esistenti: quanto riusciresti a risparmiare sulla bolletta?
Minitest pag.391
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Minitest pag.394-395
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Compito di realtĂ
Rileva tutti gli elettrodomestici di casa tua, compila il foglio Excel e invialo al seguente indirizzo: tecnofoscolofg@gmail.com Cerca, su internet o in un qualunque negozio di elettrodomestici, degli elettrodomestici piĂš efficienti che potrebbero sostituire quelli esistenti: quanto riusciresti a risparmiare sulla bolletta?
Mi preparo per la verifica 1. La legge di Ohm: la tensione elettrica; l’intensità di corrente; la resistenza elettrica. Le grandezze fondamentali dell’elettricità quali la tensione elettrica e l’intensità di corrente, sono legate tra loro mediante una importantissima legge fisica: la legge di Ohm, che afferma quanto segue: la corrente che passa in un filo conduttore e la tensione elettrica tra le due estremità del filo sono direttamente proporizionali tra loro In formula:
V=IxR
(volt = ampere x ohm)
Il fattore di proporzionalità esprime la resistenza elettrica del filo, che si misura in ohm. La resistenza elettrica indica l’ostacolo che il materiale oppone al passaggio degli elettroni. La resistenza elettrica di un filo conduttore dipende dal materiale ma anche dalla lunghezza e dalla sezione del filo: quanto più lungo e più sottile tanto maggiore sarà la resistenza del conduttore. 2. Parla della potenza elettrica e della legge di Joule. Quando le cariche elettriche fluiscono in un circuito, si libera dell’energia. La grandezza che indica l’energia liberata per ogni unità di tempo è la potenza, che si misura in watt. Un’importante legge dell’elettrotecnica ci dice che la potenza liberata P è data dal prodotto tra la tensione V e la corrente I di un circuito: P (watt) = V (volt) x I (ampere) Nel campo dell’elettrotecnica si usa come unità di misura dell’energia il kilowattora (kWh): E (kilowattora) = P (kilowatt) x t (ore) = P (watt) x t (ore) / 1000 3. I circuiti elettrici: il circuito elettrico elementare. Descrizione e funzioni delle varie parti. Un circuito elettrico elementare è composto dalle seguenti parti: a) un generatore, che fornisce la differenza di potenziale necessaria per muovere gli elettroni, e quindi ottenere la corrente elettrica. L’unità di misura della d.d.p. è il volt (V); b) i fili conduttori, di materiale metallico, che collegano gli estremi del generatore con uno o più utilizzatori. All’interno dei conduttori si muovono gli elettroni: la velocità con cui si muovono è definita intensità di corrente, che si misura in Ampere (I);
c) l’utilizzatore, che viene attraversato dalla corrente elettrica ed oppone una certa resistenza al passaggio degli elettroni. Questa resistenza si misura in Ohm (Ω). d) l’interruttore, anche se non indispensabile, permette di controllare l’accensione degli utilizzatori. L’interruttore consente di aprire o chiudere il circuito, bloccando o permettendo il passaggio della corrente elettrica. 4. Circuiti in serie e circuiti in parallelo. Se all’interno di un circuito elettrico si devono collegare più utilizzatori, questi possono essere collegandoli o in serie o in parallelo. Gli utilizzatori in serie, cioè uno dopo l’altro sullo stesso filo conduttore, sono attraversati dalla stessa intensità di corrente e, se utilizziamo la legge di Ohm, ci accorgiamo che la resistenza del circuito è pari alla somma delle resistenze degli utilizzatori. Nel collegamento in serie se si brucia una lampadina si interrompe il circuito e si spengono tutte le altre. Gli utilizzatori in parallelo sono posizionati su conduttori differenti, che hanno solo le estremità in comune. In questo caso la tensione ai capi degli utilizzatori è la stessa ed è quella della pila, mentre l’intensità di corrente è diversa per ogni percorso del circuito ed è inversamente proporzionale alla resistenza degli utilizzatori: se c’è una resistenza alta allora l’intensità di corrente in quel tratto sarà bassa, oppure il contrario. Nell’impianto elettrico domestico tutte le lampade e tutti gli elettrodomestici sono collegati in parallelo. 5. Cos’è il contatore di energia elettrica? A cosa serve? Il contatore elettrico è il primo apparecchio dell’impianto elettrico di qualsiasi locale (abitazioni, uffici, scuole, fabbriche, ecc.). Viene installato dall’azienda che fornisce l’energia elettrica e dal display si può leggere sia il consumo di energia elettrica (in kilowattora, kWh) assorbita dall’impianto in un determinato istante, ma anche altre informazioni sul consumo elettrico. Al contatore sono collegati i cavi elettrici che provengono dall’esterno e che forniscono l’energia elettrica. 6. L’interruttore automatico di protezione: a cosa serve; l’interruttore magnetico; l’interruttore termico; l’interruttore differenziale. Il contatore possiede un interruttore automatico che ha lo scopo di interrompere il circuito in presenza di un assorbimento di potenza elettrica anomalo, molto superiore a quello previsto dal contratto di fornitura (di solito 3 kWh). Gli interruttori automatici sono costituiti da tre diversi congegni di intervento:
uno magnetico, che entra in azione pochi millesimi di secondo quando la corrente raggiunge valori molto elevati e pericolosi per la sicurezza di tutto l’impianto, cioè in caso di cortocircuito;
uno termico, più lento ad agire e che interviene quando la corrente supera anche di poco, ma per qualche secondo, la corrente prevista nel contratto di fornitura;
un interruttore differenziale (salvavita), che entra in azione quando le correnti in andata e in ritorno differiscono tra loro più di 0,03 ampere. Questa differenza segnala infatti una dispersione di corrente potenzialmente dannosa per l’uomo.
7. I cavi elettrici: materiali; la sezione; conduttore giallo-verde.
8. Cos’è un cortocircuito? Un cortocircuito avviene quando due conduttori di un circuito elettrico entrano in contatto. In questo caso la corrente elettrica non percorre più l’utilizzatore, cioè la resistenza dell’apparecchio, ma passa solo attraverso i fili conduttori, che hanno una bassissima resistenza, essendo buoni conduttori di corrente. Se utilizziamo la legge di Ohm (V = R x I), siccome resistenza e intensità di corrente sono due grandezze inversamente proporzionali, se diminuisce la resistenza, aumenta notevolmente l’intensità di corrente: questo provoca un surriscaldamento dei conduttori, creando un pericolo di incendio e rischi per l’incolumità delle persone.
9. Apparecchi di comando e prese: struttura del sistema a incasso;
10.
Quanti e quali sono i tipi di spine utilizzati in Italia? Descrivili. Le
spine
sono
la
parte
finale
dei
cavi
elettrici
degli
utilizzatori
(elettrodomestici, macchinari, ecc.). Per dare corrente agli utilizzatori vanno infilate nelle apposite prese di corrente. Le spine, di solito, hanno tre contatti: uno per la corrente di andata, uno per la corrente di ritorno e l’altro per l’impianto di messa a terra. Solo i piccoli elettrodomestici possono avere solo due contatti. In Italia si utilizzano 3 tipi di spine:
con 3 contatti e con distanza tra contatto di andata e contatto di ritorno uguale a 19 mm, che possono sopportare al massimo 19 ampère di intensità di corrente;
con 3 contatti e con distanza tra contatto di andta e contatto di ritorno uguale a 26 mm, che possono sopportare al massimo 16 ampèere di intensità di corrente;
con due contatti, di tipo tedesco, da 16 ampère, dove il contatto della messa a terra è sul fianco della spina.
11.
Lampade:
lampade
a
incandescenza;
lampade
alogene;
lampade
fluorescenti; lampade a led. Le lampade per uso domestico possono essere suddivise in quattro grandi categorie, secondo il principio di funzionamento:
Lampade a incandescenza, costituite da un’ampolla di vetro che contiene un filamento di tungsteno, che diventa incandescente quando viene attraversato dalla corrente elettrica, che lo porta a 2400 °C provocando l’emissione di luce quasi bianca. Queste lampade oggi non sono più in commercio per la loro scarsa efficienza energetica.
Lampade alogene: sono lampade a incandescenza dal bulbo molto piccolo. In questo modo la temperatura di funzionamento arriva a 2700 °C, e viene emessa una luce più bianca con una luminosità di circa il
doppio di quella delle normali lampade a incandescenza, a parità di potenza assorbita. Inoltre il tungsteno sublima, cioè vaporizza, ma poi, reagendo chimicamente con i gas contenuti nel bulbo, si rideposita sul filamento, e questo aumenta la durata delle lampade. Anche queste lampade, comunque sono ormai fuori commercio dal 1° settembre 2018.
Lampade a fluorescenza, costituite da un tubo contenente del gas (vapori di mercurio, neon, ecc.) nel quale viene fatta innescare una scarica elettrica, che provoca l’emissione di raggi ultravioletti. La superficie del tubo è rivestita di materiale fluorescente, che emette luce quando viene investito dai raggi ultravioletti. Sono lampade ad alta efficienza energetica, cinque volte superiore alle lampade a incandescenza e alogene.
Lampade a LED, sfruttano il comportamento di componenti elettronici detti diodi fotoemettitori. La tecnologia a LED è abbastanza recente (20 anni) ma, grazie ad un’alta efficienza energetica, sta sostituendo le altre tipologie di apparecchi di illuminazione.
12.
I grandi elettrodomestici: il frigorifero.
un compressore, che comprime e riscalda un gas e lo spinge in una serpentina posta dietro il frigorifero; nella serpentina il gas perde il suo calore e si condensa allo stato liquido;
il fluido passa attraverso un tubo, detto tubo capillare, e in una serpentina di espansione posta all’interno della cella frigorifera, dove si espande e ritorna allo stato di vapore. Nell’evaporazione si raffredda fino a temperature sotto lo zero;
il gas raffreddato, in questo modo, assorbe il calore dalla cella frigorifera, che quindi si raffredda;
infine il gas ritorna al compressore, che ricomincia il ciclo.
13.
I grandi elettrodomestici: la lavatrice.
14.
I grandi elettrodomestici: la lavastoviglie.
15.
I piccoli elettrodomestici: l’aspirapolvere. All’interno dell’aspirapolvere c’è un motorino che aziona una ventola che spinge l’aria verso la zona di uscita, creando una depressione nella zona di ingresso, dove l’aria è perciò risucchiata attraverso il tubo di aspirazione, portando con sé anche la polvere, che va a finire in un sacchetto
16.
I piccoli elettrodomestici: il ferro da stiro.
All’interno del ferro da stiro c’è una serpentina metallica, detta resistenza, che al passaggio della corrente si riscalda e riscalda l’acqua del serbatoio fino a farla diventare vapore. Un termostato controlla il raggiungimento della temperatura richiesta, che viene indicata dalla rotella del selettore di temperatura (, , ). La resistenza riscalda anche la piastra di base, in metallo o in ceramica, che viene appoggiata sugli indumenti, e che è forata per la fuoriuscita del vapore. 17.
I piccoli elettrodomestici: l’asciugacapelli All’interno dell’asciugacapelli c’è un motore elettrico che fa ruotare una ventola, che spinge l’aria verso la parte anteriore dell’apparecchio, aspirandola da quella posteriore. L’aria in movimento va a sbattere contro una resistenza metallica, che la riscalda. Un sensore di temperatura regola la temperatura della resistenza e spegne l’apparecchio in caso di anomalie. I tasti presenti permettono di accendere l’apparecchio in modalità freddo, dando corrente solo al motore ma non alla resistenza, che quindi non si accende e non riscalda l’aria, che esce fredda.
18.
I piccoli elettrodomestici: il tostapane. Il tostapane riscalda le fette di pane sfruttando le resistenze elettriche azionate dall’interruttore: allo scadere del tempo programmato, un temporizzatore aziona un’elettrocalamita che provoca l’espulsione delle fette.
19.
Il pericolo elettrico: pericolosità.
20.
Il pericolo elettrico: contatti diretti e contatti indiretti; la messa a terra.
21.
La sicurezza elettrica: il marchio IMQ. L’IMQ (Istituto del Marchio di Qualità) verifica, con un’accurata serie di esami e prova, se i prodotti elettrici siano conformi alle norme di sicurezza e autorizzano il produttore ad apporre sul prodotto il marchio di qualità.
22.
Regole per la sicurezza elettrica
23.
Il risparmio energetico: l’illuminazione.
24.
Il risparmio energetico: gli elettrodomestici. Ogni elettrodomestico deve essere utilizzato in maniera appropriata e in modo tale da evitare inutili sprechi di energia elettrica.
Condizionatore
Non regolare il termostato al massimo, ma in modo da ottenere una differenza di temperatura tra l’esterno e l’interno non superiore a 5 °C;
Tenere abbassate le tapparelle nelle ore di esposizione al sole.
25.
Il risparmio energetico: l’etichetta energetica.