Elettricità: cos’è e come funziona
L’elettricità alimenta telefoni, computer, luci e circuiti elettronici, ma nasce da fenomeni che avvengono su scala atomica. In questa guida vediamo cariche, elettroni, corrente, campi elettrici, tensione, conduttori e isolanti.
Introduzione
L’elettricità è un fenomeno naturale che si manifesta in molte forme diverse. Nell’elettronica ci interessa soprattutto la corrente elettrica, cioè il movimento ordinato di cariche all’interno di un circuito.
L’elettricità viene spesso descritta come un flusso di carica elettrica. Per comprendere davvero questa definizione dobbiamo partire dalla struttura della materia: gli atomi.
Le particelle atomiche
La struttura dell’atomo
Ogni atomo è composto da tre tipi principali di particelle: elettroni, protoni e neutroni. Protoni e neutroni si trovano nel nucleo, mentre gli elettroni occupano livelli energetici attorno al nucleo.
Il numero di protoni determina l’identità chimica dell’elemento. Gli elettroni, invece, sono particolarmente importanti per l’elettricità perché quelli più esterni possono essere liberati più facilmente.
La carica elettrica
La carica elettrica è una proprietà della materia e può essere positiva o negativa. I protoni hanno carica positiva, gli elettroni negativa e i neutroni sono elettricamente neutri.
La forza elettrostatica
Le cariche dello stesso segno si respingono, mentre quelle di segno opposto si attraggono. Questa interazione è descritta dalla forza elettrostatica.
Il flusso di cariche
Nei metalli gli elettroni di valenza possono essere liberati con relativa facilità. Quando un campo elettrico li mette in movimento si crea un flusso ordinato di cariche: la corrente elettrica.
Conduttori e isolanti
Conduttori
Permettono agli elettroni di muoversi facilmente. Rame, argento e oro sono esempi classici.
Isolanti
Ostacolano fortemente il movimento delle cariche. Plastica, gomma, vetro e aria sono isolanti comuni.
Elettricità statica o corrente elettrica?
L’elettricità può manifestarsi come accumulo di cariche oppure come flusso continuo.
Elettricità statica
Le cariche si accumulano su una superficie e rimangono ferme finché non trovano un percorso di scarica.
Corrente elettrica
Le cariche si muovono in modo continuo attraverso un circuito conduttore chiuso.
I campi elettrici
Un campo è un modello che descrive una forza capace di agire a distanza. Il campo gravitazionale agisce sulla massa, mentre il campo elettrico agisce sulle cariche.
Una carica positiva produce un campo diretto verso l’esterno, mentre una carica negativa produce un campo diretto verso l’interno.
Potenziale elettrico, energia e tensione
Una carica inserita in un campo elettrico possiede energia potenziale elettrica. Il potenziale elettrico misura quanta energia è associata a ogni unità di carica.
Energia cinetica ed energia potenziale
L’energia cinetica è legata al movimento, mentre quella potenziale è energia immagazzinata e disponibile a compiere lavoro.
Energia elettrica in azione
Una batteria crea una differenza di potenziale tra i suoi due terminali. Collegando i poli tramite un circuito chiuso, il campo elettrico mette in movimento gli elettroni del conduttore.
Che cos’è un cortocircuito?
Se i due poli di una batteria vengono collegati direttamente con un conduttore a bassissima resistenza, la corrente può diventare molto elevata e trasformare rapidamente l’energia in calore.
Accendiamo una lampadina
Inserendo una lampadina nel circuito, l’energia elettrica viene trasformata principalmente in luce e calore. Con il circuito chiuso, la corrente può fluire attraverso il carico.
