ELETTROTECNICA E LEGGI FONDAMENTALI DI OHM

 Didattica, Energia
Ott 302017
 

Quando si parla di elettrotecnica, di elettricità, di circuiti, un nome che ricorre spesso è quello di Ohm e delle sue leggi. Ma prima di addentrarci nei segreti di questi fondamentali principi, scopriamo chi è questo scienziato.

Georg Simon Alfred Ohm, è un un fisico e matematico tedesco. Deve la sua fama agli studi sulla cella elettrochimica inventata da Alessandro Volta; egli scoprì che esiste una relazione diretta tra la differenza di potenziale o tensione elettrica e l’intensità del flusso di corrente elettrica nella materia.

A lui dobbiamo diverse leggi fondamentali dell’elettrotecnica, tra cui la prima e la seconda Legge di Ohm.

PRIMA LEGGE DI OHM

Ricordando il concetto di elettricità, ossia un flusso di elettroni nella materia (vedi: L’elettricità e i suoi segreti) e che, per materia intendiamo i corpi conduttori, ossia i metalli e le soluzioni saline, la prima legge di Ohm ci consente di comprendere quali siano le relazioni elettriche che si instaurano tra i diversi corpi o parti di essi.

La prima legge di Ohm afferma che:

tra la differenza di potenziale o tensione elettrica ai due estremi di un conduttore e la corrente che passa al suo interno, esiste una relazione di proporzionalità diretta.
Questa Legge spiega semplicemente come esista una relazione diretta tra una tensione elettrica e l’intensità di corrente che essa genera in un corpo.

Per comprendere meglio questo concetto, iniziamo con il trascrivere la formula della prima legge di Ohm:

V = I * R

( TENSIONE = INTENSITA’ * RESISTENZA )

V rappresenta la TENSIONE ELETTRICA e si misura in Volt;

I rappresenta l’INTENSITA’ DI CORRENTE e si misura in Amphere;

R rappresenta la RESISTENZA e si misura in Ohm.

Immaginiamo di avere due corpi conduttori A & B (vedi animazione sopra) elettricamente neutri posti uno vicino all’altro, senza toccarsi. Immaginiamo, poi, di spostare alcuni elettroni dal corpo B al corpo A applicando una certa forza. In questo modo i due corpi non saranno più in equilibrio, perché al loro interno le cariche (protoni e elettroni) non saranno più uguali; il corpo A, che ha acquisito nuovi elettroni, si troverà ad avere una carica negativa, mentre il corpo B che li ha ceduti, avrà un eccesso di protoni per cui la sua carica sarà positiva. Si dice allora che, tra il corpo A e il corpo B si è creata una differenza di potenziale o tensione elettrica.

Immaginiamo a questo punto di collegare il corpo A e il corpo B con un conduttore elettrico, ad esempio un filo metallico; in natura, ogni corpo è in equilibrio, per cui gli elettroni essendo gli unici a potersi spostare nella materia, percorreranno il filo conduttore si spostano a ritroso per tornare in B riportando così il corpo A e quello B allo stesso livello di carica elettrica, ossia in equilibrio (neutri). Questo flusso di elettroni nel conduttore, prende il nome di Intensità di corrente elettrica.

Questo spiega la relazione di proporzionalità diretta tra Tensione e Intensità. In pratica, se aumenta il numero di elettroni che spostiamo da B a A, aumenterà proporzionalmente anche il numero di elettroni che si muoverà da A verso B per riequilibrare il sistema. Quindi, se aumenta la Tensione aumenterà anche l’Intensità.

La prima legge di Ohm si completa un altro valore: R ossia la Resistenza.

La parola Resistenza, fa subito intendere che il passaggio della corrente attraverso un conduttore, non avviene gratuitamente, ma ad un costo. Questo, dipende da differenti fattori che vengono spiegati e chiariti da Ohm nella sua seconda legge.

SECONDA LEGGE DI OHM

Afferma che:

la resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua sezione.

Inoltre, dipende anche da una costante chiamata RESISTIVITA’.

Scriviamo la formula:

R rappresenta la RESISTENZA e si misura in Ohm;

ρ (rho) rappresenta la RESISTIVITA’ del materiale e si misura in Ohm per metro;

l rappresenta la LUNGHEZZA del conduttore e si misura in metri;

A rappresenta l’AREA DELLA SEZIONE del conduttore e si misura in metri2.

La formula spiega che un conduttore si oppone al passaggio della corrente elettrica in base alle caratteristiche del materiale, ossia alla sua Resistività che ha un valore costante; direttamente proporzionale alla sua lunghezza, cioè che all’aumentare della lunghezza del conduttore cresce anche la sua Resistenza e inversamente proporzionale alla sua sezione cioè che al diminuire di questa cresce il valore di R.

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STERILIZZAZIONE TERMICA A MICROONDE

 Digital Life
Ott 282017
 

I ritmi forsennati, i tempi ridotti, lo stress della nostra quotidianità, hanno modificato radicalmente il rapporto tra produzione e consumo degli alimenti. La conservazione ha assunto nella società contemporanea, un ruolo fondamentale. Tecniche sempre più avanzate per mantenere freschi i cibi sono diventate una necessità per una popolazione che ha perso il contatto diretto con la terra, ma soprattutto in virtù del fatto che la globalizzazione ha portato a profonde modificazioni dei gusti alimentari. Cibi esotici provenienti da lontani paesi, cucine alternative che producono specialità diverse da quelle conosciute, vengono consumati regolarmente da milioni di persone e garantire durata, trasportabilità e salubrità ha impegnato grandi società e la politica delle Nazioni.

Tante sono le tecniche di conservazione conosciute, dalle più antiche a quelle ultramoderne; una in particolare, utilizzata fino ad ora solo in ambito militare, sta stimolando gli interessi del colosso dell’eCommerce, Amazon. Si tratta di una tecnica nota con il nome di sterilizzazione termica a microonde assistita (MATS).

Il deperimento del cibo dipende dalla presenza di batteri ed enzimi che utilizzando particolari canali, aria e acqua, entrano in contatto con le sostanze organiche del cibo iniziando a nutrirsene decomponendolo. Una buona tecnica di conservazione è quella che riesce a eliminare dal cibo proprio questi batteri, evitando così il suo deperimento. Tante sono le tecniche per effettuare questa operazione, dalla pastorizzazione, alla sterilizzazione fino alla liofilizzazione. Ma questa nuova tecnica MATS, ottiene lo stesso risultato con un procedimento diverso. Si immergono i prodotti alimentari da conservare in acqua calda pressurizzata, riscaldandola contemporaneamente con microonde a una frequenza di 915 megahertz. La combinazione di questi due fattori, elimina completamente dal prodotto tutti i batterei patogeni, quelli cioè responsabili della malattie.

I vantaggi non sono da poco, perché questo metodo, evita di utilizzare sostanze artificiali spesso chimiche, che hanno lo scopo di preservare il sapore e i valori nutrizionali prima della successiva sterilizzazione.

I questo modo, sono così garantiti sapore, consistenza, valori nutrizionali e colore dei cibi e al tempo stesso una conservazione analoga a quella con metodi tradizionali, sia per durata che per efficacia. Inoltre, non è necessaria neanche l’ulteriore e successiva refrigerazione per prolungare la durata del prodotto una volta aperto.

Amazon, ha grande interesse verso questa tecnologia che le consentirebbe di espandere le proprie mire verso un mercato di grande potenzialità quale quello dell’alimentare online. Amazon ha manifestato questo interesse già nel passato con il tentativo di acquisto di Whole Foods con un’offerta milionaria, ed ora con l’interesse verso la società che detiene il brevetto del MATS, la startup 915 Labs.

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L’ELETTRICITA’ E I SUOI SEGRETI

 Didattica, Energia
Ott 152017
 

L’elettricità è un fenomeno naturale descrivibile come un flusso di elettroni nella materia. Può essere considerata come una “forma di energia secondaria” (vedi Le Fonti e le Forme di Energia), in quanto ottenuta per trasformazione da altre “fonti primarie” quali sole, acqua, vento o altre.

In realtà l’elettricità, si manifesta anche in natura attraverso i fulmini, ma questi sono fenomeni estemporanei, non prevedibili, repentini e capaci di sviluppare una tale quantità di energia nell’unità di tempo, da non poter essere accumulata. Pur essendo una forma di energia infinita e pulita, i processi di trasformazione necessari per ottenere l’elettricità per la nostra società digitalizzata, sono complessi, costosi ed in molti casi inquinanti.

Ma cos’è realmente l’elettricità?

Per comprenderne il significato, dobbiamo scendere nel profondo della materia e capire come si comportano gli elementi che la compongono: gli atomi.

ATOMO, L’INDIVISIBILE

L’atomo è la più piccola parte della materia, non è visibile ad occhio nudo e il suo nome deriva dal greco e significa indivisibile. Ai tempi della dottrina greca, infatti, l’atomo era considerato la più piccola parte della materia e si supponeva fosse indivisibile, ma studi più recenti fecero comprendere agli scienziati che questo non era l’elemento più piccolo in natura e che in particolari condizioni lo si poteva anche dividere. Infatti, l’atomo, è costituito da particelle subatomiche (ossia più piccole di un atomo) chiamate protoni, neutroni ed elettroni. Protoni e neutroni costituiscono quello che viene definito il nucleo di un atomo, mentre in aree esterne chiamate orbitali, troviamo delle particelle chiamate elettroni.

Schemi di tutti i possibili orbitali

Approfondimento: gli orbitali, sono degli spazi tridimensionali dove è possibile trovare confinati gli elettroni. Infatti questi si spostano non lungo orbite ellittiche come si pensava, ma si allontanano e avvicinano al nucleo ad una velocità prossima alla velocità della luce, per cui è impossibile definire una loro posizione certa in un determinato istante, mentre è possibile individuare l’area (orbitale) nella quale è quasi certo questo si stia muovendo.

Gli elettroni rimangono legati al nucleo di un atomo perché rispondono ad un principio conosciuto come legge di Coulomb. Charles Augustin de Coulomb uno scienziato francese, infatti, dedusse che tra due corpi elettricamente carichi esiste una forza che è attrattiva nel caso in cui le loro cariche siano opposte o repulsiva nel caso in cui possiedano cariche uguali.

Questa differenza di carica spiega il perché gli elettroni rimangano legati al nucleo; infatti i protoni hanno carica positiva, mentre gli elettroni, esterni al nucleo, hanno carica negativa. I neutroni, come dice il loro nome, sono elettricamente neutri, ossia non hanno carica e si trovano nel nucleo legati ai protoni.

Cariche dello stesso segno si respingono

Cariche di segno opposto si attraggono

In condizioni normali, il numero dei protoni e quello degli elettroni è uguale per cui la carica elettrica di un atomo è neutra, ossia non ha carica elettrica.

Riprendendo dall’inizio, ossia da “un flusso di elettroni nella materia“, adesso può apparire più chiaro il significato di elettricità. In generale, gli atomi tendono a restare tali e in equilibrio, ma in alcuni casi, i legami tra gli elettroni e il nucleo sono meno forti. Questo condizione capita quando ci troviamo in un materiale detto conduttore.

I conduttori, ossia i materiali in grado di far passare l’elettricità in natura, sono i metalli e le soluzioni saline. Nei primi, gli elettroni sono liberi di passare da un atomo all’altro essendo gli unici elementi a potersi spostare, nelle seconde, invece, si spostano direttamente gli atomi che avendo acquisito o perso elettroni diventano delle entità elettricamente cariche che prendono il nome di ioni (positivi o negativi).

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ORII: COME TI TELEFONO CON L’ANELLO

 Digital Life
Ott 132017
 

Da una tecnologia sviluppata da anni in campo militare, nasce ORII, il primo anello a conduzione ossea in grado di far effettuare telefonate senza nemmeno toccare il proprio smartphone.

Si tratta di un apparecchio dalle sembianze di un normale anello che va indossato sul dito indice e attraverso la conduttività ossea consente di portare un suono dalle ossa del dito a quelle dell’orecchio. Questa tecnologia è da anni utilizzata in campo militare e adesso per la prima volta approda in un apparecchio civile. In pratica, indossando ORII e configurandolo con l’apposita app disponibile sia per sistemi iOS che Android, basterà poggiare il dito indice vicino all’orecchio per poter ascoltare e parlare come in una normale telefonata con il cellulare. Anzi, le app consentono anche di configurare l’anello per interagire con l’assistente vocale dei due sistemi operativi.

ORII consente anche di gestire le notifiche che compaiono su di un piccolo LED disposto sopra la sua superficie.

In standby, l’anello ha una durata di 45 ore, mentre in uso per le telefonate ha una durata di solo 60 minuti, per cui andrà ricaricato spesso.

ORII nasce da un’altra scommessa avviata attraverso la piattaforma di crowdfunding, Kickstarter, dove l’obiettivo fissato era di 30.000 dollari. Attualmente il progetto ha raccolto più di 130.000 dollari e questo farà in modo che chi ha finanziato il progetto lo riceverà al costo scontato di 119 dollari, mentre per l’utente finale il prezzo sarà di 185 dollari americani.

Il progetto dovrebbe vedere il suo completamento nel mese di febbraio del prossimo anno, ma ancora la parte ingegneristica non è stata del tutto completata, per cui potrebbe esserci un ritardo nelle consegne.

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