elettricità

L'elettricità è una proprietà fisica della materia . Consiste in quell'interazione negativa o positiva tra i protoni e gli elettroni della materia. Il termine fa riferimento al colore ambrato, a causa del colore versatile e luminoso che ha presentato. Tuttavia, il termine fu introdotto per la prima volta nella società scientifica dallo scienziato inglese William Gilbert (1544-1603) nel XVI secolo per descrivere il fenomeno dell'interazione energetica tra le particelle.

elettricità

Cos'è l'elettricità

L'elettricità fisica è intesa come il fenomeno che si manifesta con la presenza di cariche elettriche presenti nei corpi, poiché sono costituite da molecole e atomi, l'interazione delle loro sottoparticelle che genera impulsi elettrici. Le cariche positive e negative sugli atomi sono elettricità statica, mentre il movimento degli elettroni e il loro rilascio dagli atomi producono correnti elettriche.

Questo fa parte dell'elettromagnetismo, che costituisce, con la gravità e la forza nucleare debole e la forza nucleare forte, le interazioni fondamentali della natura.

La sua etimologia deriva dal latino electrum, anche dal greco élektron, che significa "ambra". Il filosofo greco Tales of Miletus (624-546 a.C.) osservò come l'attrito magnetizzava l'ambra con l' elettricità statica e secoli dopo, lo scienziato Charles François de Cisternay du Fay (1698-1739) notò come le cariche positive dell'elettricità sono stati rivelati quando si sfregavano i vetri e, a loro volta, venivano mostrati negativi quando si sfregavano le resine, come l' ambra .

Il flusso di energia di cariche in movimento o statiche è ciò che viene chiamato elettricità, o il trasferimento di elettroni da un atomo a un altro, e la forza elettrica risultante viene misurata in volt o watt, un termine usato in inglese per l'elettricità e quel nome fu dato in omaggio all'inventore del motore a vapore James Watt (1736-1819).

Tuttavia, è possibile trovare elettricità in natura, come nel caso di eventi atmosferici, bioelettricità (elettricità presente in alcuni animali) e magnetosfera.

Uno dei casi più noti di animali che producono elettricità è quello dell'anguilla elettrica, che ha nel suo corpo elettrociti (l'organo di questo animale che genera campi elettrici), che si trovano in tutto il corpo, funzionando in modo simile a neuroni e possono generare scariche fino a 500 volt.

Poiché esiste una diversità di elementi, i loro atomi sono diversi; ecco perché alcuni materiali sono portatori di elettricità e altri isolanti. I migliori conduttori sono i metalli, poiché hanno pochi elettroni nei loro atomi, quindi non ci vuole più energia perché queste molecole subatomiche passino da un atomo all'altro.

Caratteristiche dell'elettricità

Questo secondo la sua dinamica, origine, prestazioni e fenomeni che produce, presenta caratteristiche che lo fanno risaltare. Tra i principali ci sono:

  • Accumulabile . Esistono dispositivi con la capacità di immagazzinare elettricità nelle sostanze chimiche all'interno degli accumulatori, che ne consentono la conservazione per un uso successivo (batterie).
  • Il suo modo di ottenere . Nel caso di batterie o celle, si ottiene chimicamente; anche per induzione elettromagnetica quando si sposta un conduttore in un campo magnetico, come alternatori; e dalla luce, quando alcuni tipi di metalli rilasciano elettroni quando la luce del sole li colpisce (pannelli solari).
  • I suoi effetti . Questi possono essere fisici, meccanici o cinetici, termici, chimici, magnetici e leggeri.
  • Le sue manifestazioni . Possono essere sotto forma di fulmini, elettricità statica, flussi di corrente, tra gli altri.
  • Pericolosità . Generando calore, può causare gravi ustioni e in caso di esposizione più forte, morte.
  • Resistività e conducibilità . È l'opposizione di alcuni tipi di materia contro il suo passaggio e il suo facile flusso, rispettivamente.

Tipi di elettricità

elettricità

Esistono diversi tipi di elettricità, i più importanti sono:

statica

L' elettricità statica deriva da una carica elettrica in eccesso, che si accumula in un materiale conduttivo o isolante.

È noto che gli atomi sono costituiti da un certo numero di protoni (carica positiva) nel loro nucleo e dallo stesso numero di elettroni (carica negativa) che orbitano attorno ad esso, il che rende detto atomo elettricamente neutro o in equilibrio ; ma quando si genera un attrito tra due corpi o sostanze, si possono generare cariche in detti oggetti.

Ciò è dovuto al fatto che gli elettroni di entrambi i materiali entreranno in contatto, producendo uno squilibrio nelle cariche degli atomi, dando origine a elettricità statica. È chiamato così perché viene generato negli atomi che sono a riposo e la sua carica non si muove ma rimane stazionaria. Un esempio di questo è quando passiamo una spazzola tra i capelli e alcuni si alzano a causa della staticità dell'attrito tra il materiale e i capelli. Manufatti come le stampanti usano l'elettricità statica per rivelare il toner o l'inchiostro sulla carta.

dinamico

Questo tipo è prodotto da un carico in movimento o dal suo flusso. Per questo, è necessaria una fonte elettrica (può essere chimica, come una batteria; o elettromeccanica, come una dinamo) che fa fluire gli elettroni attraverso un materiale conduttivo attraverso il quale tali cariche elettriche possono circolare.

In esso, gli elettroni si spostano da un atomo al successivo e così via. Questa circolazione è conosciuta come corrente elettrica. Un esempio di questo tipo di elettricità sono le prese elettriche, che sono una fonte dinamica di elettricità per apparecchi e altri apparecchi che richiedono elettricità.

È importante sottolineare l'esistenza di altri tipi di elettricità, tra cui:

  • Di base: questo tipo è quello che si riferisce all'attrazione di cariche positive e negative, in cui verranno caricati gli oggetti. È generato da due poli, che non devono necessariamente toccarsi ma attrarsi l'un l'altro. Questo tipo di elettricità si trova negli oggetti di uso quotidiano.
  • Comportamentale: è considerato parte della dinamica, poiché è quello che viene trasportato per mezzo di conduttori, motivo per cui continua a muoversi attraverso i circuiti . Esistono vari conduttori, tra cui metalli (soprattutto rame), alluminio, oro, carbonio, tra gli altri.
  • Elettromagnetico: viene generato attraverso un campo magnetico, che può essere immagazzinato ed emesso come radiazione, quindi si consiglia di non esporsi a questo tipo di campo per lungo tempo. Il fisico Hans Christian Ørsted (1777-1851) scoprì il rapporto tra magnetismo ed elettricità, osservando che la corrente elettrica crea un campo magnetico.

    Tra le applicazioni di questo tipo di elettricità, spicca in medicina, come per i dispositivi a raggi X o per eseguire risonanze magnetiche.

  • Industriale: questo è quello che deve essere generato per i grandi macchinari utilizzati nella produzione di massa di prodotti, che richiedono grandi quantità di energia perché sono ad alta potenza.

    È stato sviluppato dopo che la scienza ha verificato che le risorse energetiche naturali come i fulmini potevano essere incanalate e sfruttate dall'uomo, diventando una potente fonte di energia elettrica, che ha permesso di soddisfare le esigenze dell'industria.

Manifestazioni elettriche

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Carica elettrica

È una proprietà che alcune particelle subatomiche (elettroni, neutroni e protoni) devono attrarre e respingere a vicenda, oltre a definire la loro interazione elettromagnetica. Ciò si verifica negli atomi, che lo trasferiranno alle molecole di un altro corpo o attraverso un materiale conduttivo. Si riferisce anche alla capacità di una particella di scambiare fotoni (particelle di luce o energia elettromagnetica).

Ciò è presente, ad esempio, nell'elettricità statica, che è una carica parcheggiata su un corpo. Inoltre, una carica provoca la forza elettromagnetica, poiché produce forza sugli altri. Le accuse possono essere negative e altre positive, e quelle dello stesso tipo saranno respinte, mentre le opposte si attrarranno.

Le cariche sono misurate attraverso le bobine o l' unità di coulomb ed è rappresentata dalla lettera C, e indica la quantità di carica che attraversa una sezione di un conduttore in un periodo di un secondo. Sia la materia che l'antimateria hanno cariche uguali e opposte alla loro corrispondente particella.

Corrente elettrica

Questo è il flusso di carica elettrica percorsa in un materiale, prodotto dal movimento di elettroni o da qualche altro tipo di carica. Produrrà un campo magnetico, uno dei fenomeni elettrici che possono essere sfruttati, in questo caso da un elettromagnete.

I materiali attraverso i quali circolerà detto flusso possono essere solidi, liquidi o gassosi. In materiali solidi, gli elettroni si muovono; gli ioni (atomi o molecole non elettricamente neutri) si muovono nei liquidi; e gassoso, possono essere sia elettroni che ioni.

La quantità di carica corrente per unità di tempo è nota come intensità di corrente elettrica, che è simboleggiata dalla lettera I ed è indicata come coulomb al secondo o ampere .

La corrente elettrica può essere:

  • Continuo o diretto, ovvero quei flussi di carico che circolano in un percorso costante, non viene interrotto da alcun periodo di vuoto, poiché è solo in una direzione.
  • Alterna, che è quella che si muove in due direzioni, modifica il suo percorso e la sua intensità.
  • Trifasico, che è il raggruppamento di tre correnti alternate con la stessa ampiezza, frequenza e valore effettivo (concetto usato per studiare le onde periodiche), presentando una differenza di 120º tra fase e fase.

Campo elettrico

È un campo elettromagnetico che è stato generato da una carica elettrica (anche quando non si muove) e che influenza le cariche che lo circondano o sono in esso. I campi non sono misurabili, ma è possibile osservare gli addebiti applicati.

Un campo elettrico è uno spazio fisico in cui le cariche elettriche dei diversi corpi interagiscono e viene definita la concentrazione dell'intensità di una forza elettrica. In questa regione le proprietà sono state modificate dalla presenza di un carico.

Potenziale elettrico

Si riferisce alla capacità di un corpo elettrico o all'energia necessaria per spostare un carico o eseguire lavori e viene misurata in volt . Questo concetto è collegato a quello della differenza potenziale, che è definita come l'energia che serve per spostare una carica da un punto all'altro.

Questo può essere definito solo in una regione di spazio limitata per un campo statico, poiché per le cariche in movimento vengono utilizzati i potenziali di Liénard-Wiechert (descrivono i campi elettromagnetici di una distribuzione di cariche in movimento).

elettromagnetismo

Questo si riferisce ai campi magnetici che sono generati a causa delle cariche elettriche che sono in movimento e che producono l'attrazione o la repulsione verso i materiali che si trovano all'interno di questi campi, che possono generare corrente elettrica.

Circuiti elettrici

Si riferisce alla connessione di almeno due componenti elettrici, in modo che la carica elettrica possa fluire in un percorso chiuso per uno scopo specifico. Questi sono costituiti da elementi come componenti, nodi, rami, maglie, caratteri e conduttori.

Ci sono circuiti con un ricevitore, come nel caso di lampadine o campane; circuiti in serie, come le luci di Natale; circuiti in parallelo, come nel caso di luci che si accendono contemporaneamente con lo stesso interruttore; circuiti misti (combinare serie e parallelo); e acceso, che sono quelli che consentono, ad esempio, di accendere una o più luci da più di un punto diverso.

Storia dell'elettricità

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La storia dell'elettricità risale all'antichità, anche a quasi tremila anni prima di Cristo, dove l'essere umano osservava determinati fenomeni elettrici in natura, nonostante non sapesse come venivano prodotti o le loro dinamiche. Allo stesso modo, sono stati testimoni di alcuni fenomeni magnetici prodotti da alcuni tipi di materiali ottenuti in natura, come la magnetite, o la sua presenza negli animali.

Intorno al 2.750 a.C., la civiltà egizia scrisse dei pesci elettrici che furono trovati nel fiume Nilo, riferendosi a loro come i protettori di altra fauna al suo interno. Intorno al 600 a.C., Talete di Mileto fu la prima persona a scoprire che l'ambra acquisiva proprietà elettriche e magnetiche strofinandola con del materiale specifico. Ma l'elettricità come scienza risale al XVII e XVIII secolo, nel bel mezzo della rivoluzione scientifica, quando l'apparizione di questo campo di studio era il contesto perfetto per l'inizio della rivoluzione industriale e la sua espansione nel mondo moderno che stava sorgendo, era cruciale per lo sviluppo dell'umanità.

In precedenza, nel XVI secolo, il filosofo e medico William Gilbert (1544-1603) fornì importanti contributi allo studio del fenomeno elettrico, prestando particolare attenzione all'elettricità e al magnetismo. I termini "elettricità" ed "elettrico" compaiono per la prima volta nel 1646 nell'opera dell'inglese Thomas Browne (1605-1682) . Le unità di misura per i diversi fenomeni elettrici sorsero in seguito grazie ai molteplici contributi degli intellettuali in fisica.

Lo scienziato, politico e inventore Benjamin Franklin (1706-1790), nel 1752 riuscì a incanalare l'energia elettrica contenuta nei fulmini da un aquilone, che portò all'invenzione del parafulmine; un dispositivo utilizzato per condurre l'elettricità da fulmini verso il suolo. Quindi, il fisico italiano Alessandro Volta (1745-1827), inventò la cella di tensione nel 1800 che consentiva di immagazzinare energia, sfruttando l'uso dell'elettricità generata da reazioni chimiche; e nel 1831 il fisico Michael Faraday (1791-1867) sviluppò il primo generatore elettrico, che consentì di inviare continuamente corrente elettrica.

Il primo stadio della rivoluzione industriale non ha coinvolto l'elettricità per il suo sviluppo, poiché ha fatto uso dell'energia generata dal vapore . Già nella seconda rivoluzione industriale nel XIX secolo, l'elettricità e il petrolio venivano usati per generare energia, il che consentì allo scienziato Thomas Alva Edison (1847-1931) di accendere la prima lampadina a incandescenza nel 1879.

Alla fine del XIX e all'inizio del XX secolo, Edison, sostenitore della corrente continua, e inventore e ingegnere Nikola Tesla (1856-1943), padre della corrente alternata, gareggiavano per il futuro dell'elettricità.

La corrente continua è stata resa popolare negli Stati Uniti per uso domestico e industriale; tuttavia, si scoprì presto che era inefficiente per le lunghe distanze e quando era richiesta una tensione più elevata, ed emetteva enormi quantità di calore.

Tesla ha sviluppato esperimenti che hanno portato alla scoperta di modi alternativi di trasporto dell'energia elettrica in un modo più efficiente, che ha portato alla scoperta di corrente alternata.

George Westinghouse (1846-1914), un uomo d'affari americano, appoggiò e acquistò l'invenzione di Tesla, che alla fine vinse la battaglia per l'elettricità come un tipo di energia più economico con meno perdite di energia.

Importanza dell'elettricità

La sua importanza è vitale per la vita moderna, essendo uno dei pilastri fondamentali della società di oggi, poiché praticamente tutto ciò che l'essere umano utilizza comporta l'elettricità per funzionare: elettrodomestici, macchinari, comunicazioni, alcune forme di trasporto, produzione di beni e servizi, per l'area della medicina, della scienza, tra le altre aree.

Può essere creato dall'uomo o preso direttamente dalla natura . L'elettricità prodotta dall'uomo è creata da turbine, condensatori e macchinari che si basano sulla forza della natura per funzionare, come le dighe, che usano la forza di grandi quantità di acqua per generare la corrente che rifornisce le grandi città.

Il Pianeta Terra è anche in grado di generare elettricità, quei raggi, lampi e fulmini che vediamo nel cielo nel mezzo di una tempesta sono scariche elettriche generate dalla collisione di enormi accumuli di materia ed energia. Questa si chiama corrente elettrica naturale e può essere utilizzata dall'uomo con parafulmini e conduttori super resistenti in grado di assorbire l'impatto di una scarica di tale portata.

10 esempi di utilizzo dell'elettricità

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L'elettricità ha molteplici usi nelle attività umane. Tra gli esempi più importanti ci sono:

  • Nei veicoli con elettricità automobilistica, circola attraverso circuiti che raggiungono parti di esso e che richiedono elettricità per funzionare, come luci, avvisatore acustico, motore, tra gli altri, e viene generato da una batteria.
  • Per l'illuminazione, cioè per l'illuminazione domestica, pubblica e industriale.
  • Per l'accensione di elettrodomestici ed elettronica.
  • Per generare calore in climi temperati, ad esempio attraverso il riscaldamento.
  • Per i trasporti, come gli aerei, poiché hanno bisogno di elettricità per il decollo.
  • Per il settore medico, utilizzato nei dispositivi utilizzati per analisi e studi.
  • Nel settore, che richiede grandi quantità di carica elettrica per la fabbricazione di prodotti di consumo.
  • Generare movimento attraverso motori che guidano energia elettrica, convertendo l'energia elettrica in meccanica.
  • Per le comunicazioni, utilizzato in dispositivi come antenne ripetitore, trasmettitori, tra gli altri.
  • Per il trasporto e il controllo di fluidi, come l'acqua, attraverso elettrovalvole che aiutano a moderare il flusso.

Domande frequenti sull'elettricità

Che cos'è ea cosa serve l'energia elettrica?

L'energia elettrica rappresenta una fonte di energia catturata attraverso i movimenti delle cariche elettriche attraverso i conduttori. La sua funzione principale è quella di fornire tutti i dispositivi utilizzati dall'uomo, per garantire cibo, sicurezza, comunicazione, trasporto, intrattenimento, tra molti altri aspetti.

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Quali sono le caratteristiche dell'elettricità?

Le caratteristiche principali dell'elettricità sono l'accumulo, le alte temperature, genera luce, ha la capacità di alterare la composizione delle sostanze, è presente negli esseri viventi, può essere ottenuto naturalmente o generato artificialmente e può essere incanalato.

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Come viene generata l'elettricità?

Microscopicamente, questo viene creato attraverso la perdita di elettroni da un atomo o lo scambio di essi. Esiste in natura, ad esempio nei raggi, nella magnetosfera, in alcuni animali. Può essere generato attraverso processi che sfruttano le risorse naturali, che possono essere il vento, i combustibili fossili, il Sole, la forza dell'acqua, tra gli altri.

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Cos'è l'elettricità per i bambini?

È il movimento di minuscole particelle attraverso un cavo, attraverso il quale milioni di loro si spostano da un punto all'altro. Inoltre, quell'energia proveniente dalle particelle può essere immagazzinata in un dispositivo chiamato batteria. Tale movimento consente ai dispositivi di funzionare e spostarsi, come videogiochi, computer, televisori o giocattoli che utilizzano le batterie.

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Chi ha inventato l'elettricità?

L'invenzione dell'elettricità non può essere attribuita a nessun carattere specifico. Tuttavia, c'erano studiosi, come Talete di Mileto, che condussero esperimenti per osservare il comportamento e le manifestazioni di questa forza, e infatti fu il pioniere in quest'area. Nel campo della scienza, è stato definito da William Gilbert e Thomas Brown; il primo ha studiato elettricità e magnetismo, e il secondo ha definito il termine come un concetto.

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