(7)   Sicurezza Elettrica     

   

Riscaldamento dall'Elettrcicità

Se si collega un filo di resistenza R ad una tensione V, circolerà una corrente pari a I=V/R , e da ciò che è stato detto in precedenza, l'energia elettrica sarà consumata al tasso di
    W = I V = I2R watt         (=joule/sec)

Gli studenti di ingegneria possono memorizzare la formula grazie alla filastrocca:

"Brilla, brilla stellina mia
    I quadro R ci dà l'energia"

    Tuttavia, l'energia in natura si conserva – se la si elimina in una forma, riapparirà sotto un'altra forma. In questo caso, l'energia si trasforma in calore. In una lampadina incandescente, la maggior parte della resistenza risiede in un filo sottile a spirale ("filamento") fatto del metallo tungsteno, che diventa così caldo che irradia luce visibile

        (Il Tungsteno viene utilizzato per la sua capacità di sopportare le alte temperature senza fondersi. Anche così evapora gradualmente, e il metallo evaporato si deposita sul bulbo di vetro facendolo annerire in prossimità del filamento. Tale evaporazione rende il filo sempre più sottile e debole, finché si rompe, il che pone un limite al ciclo di vita del bulbo. "Le lampade alogene" hanno degli involucri di vetro di quarzo e contengono un gas attivo chimicamente, che si combina con il tungsteno depositato e sostanzialmente restituisce la maggior parte di esso al filamento, che quindi dura di più.)

    Le resistenze di un tostapane elettrico, di un calorifero o di un forno elettrico funzionano in modo simile, ma diventano solo rosso incandescente.

    Le luci fluorescenti [Si noti l'ortografia!] sono riempite di gas diluito, i cui atomi vengono accelerati dall'elettricità, collidono ed emettono luce. Tale emissione di luce proviene da singoli atomi ed è più efficiente dell'emissione prodotta dal calore. (La pagina web citata descrive le luci fluorescenti di vecchio tipo; nuovi tipi compatti contengono circuiterie più complesse.) I diodi ad emissione di luce (LED) utilizzano dei semiconduttori e sono ancora più efficienti. I forni a microonde convertono dapprima l'energia elettrica in onde radio a onde corte, che sono quindi assorbite dal cibo all'interno. Non azionate mai un tale forno senza qualcosa dentro che assorba l'energia, anche se si tratta solo di una tazza di acqua: altrimenti l'energia verrà assorbita dal forno stesso, il che può danneggiarlo. I motori elettrici generano forze magnetiche che forniscono energia ad un albero rotante

    Da ricordare:


    Nel filamento elettrico ("incandescente") di luci, tostapane e caloriferi, l'energia della corrente viene convertita in calore, che è quindi convertito in luce – soprattutto luce infrarossa che riscalda ma che non può essere vista, sebbene le lampadine siano calde abbastanza per fornire anche luce visibile. Le luci fluorescenti, i diodi emettitori di luce e i forni a microonde non si basano sul semplice riscaldamento, e forniscono la loro energia grazie a un processo più efficiente.

Sicurezza Elettrica

    Il calore prodotto dall'elettricità può essere sorgente di pericoli. Due conduttori di solito collegano una casa alla centrale elettrica: si può dire che in uno l'elettricità affluisca, nell'altro defluisca. Generalmente, il collegamento tra di loro in casa include anche un carico – ad es. una resistenza o un motore – che limita la corrente che assorbono.

    Se tuttavia capita che i due entrino in contatto direttamente, in parti non coperte da isolamento, una corrente circolerà direttamente tra di loro. Siccome la resistenza del percorso diretto (un "corto circuito" o semplicemente "un corto") è molto piccola, tale corrente può in linea di principio essere ingente. Senza una protezione supplementare (discussa nella prossima sezione), i suoi limiti verrebbero definiti principalmente dalla piccola resistenza degli stessi conduttori! Ciò può essere pericoloso: i fili si riscaldano e possono fondere (da qualche parte all'interno del muro, laddove sono difficili da riparare), o peggio, il loro calore può innescare un incendio. Come confermano i resoconti giornalistici, la maggior parte degli incendi domestici sono stati innescati dall'elettricità.

    Due barriere impediscono tali disavventure: I fusibili o gli interruttori, e le norme elettriche.

    Da ricordare:


    Il calore generato dall'elettricità può essere causa d'incendio.

Le Norme Elettriche e la Messa a Terra dei Conduttori


    Si prega di notare che: Questo corso NON è pensato per servire da guida per lavorare su impianti elettrici domestici.   Inoltre, le normative elettriche locali possono differire da quella qui descritta.

Le norme elettriche esistono in tutti gli Stati Uniti (e nei paesi di tutto il mondo), e specificano i criteri che il cablaggio elettrico deve soddisfare. Nelle nuove case, nei nuovi impianti e nelle ristrutturazioni edilizie, un ispettore ufficiale esamina l'impianto (a pagamento) per accertarsi che sia conforme a tutte le prescrizioni delle norme. In questo caso, viene rilasciata una licenza, senza la quale nessuna compagnia assicurativa assicurerà la costruzione in caso di incendio. Le norme sono dettagliate e gli elettricisti professionisti devono avere familiarità con esse. In molte località i proprietari di casa possono lavorare all'impianto elettrico delle proprie case, ma anche loro devono attenersi alle norme.

    Tutti i conduttori che trasportano una corrente devono avere un isolamento sufficiente a trattenere la loro tensione – non si può utilizzare il cavo telefonico per trasportare 220volt di corrente domestica. In aggiunta, un terzo "filo di terra" deve seguire tutte le linee elettriche, va collegato a tutte le prese e anche ai tubi dell'acqua, e in un certo punto, al "filo neutro" blu chiaro. "Mettere a terra l'impianto" in questo modo protegge gli utilizzatori dalle dispersioni dovute a mancanza di isolamento, per il seguente motivo.

    Strettamente parlando, il flusso in una conduttura di acqua non è dovuto alla spinta della pressione, ma alla differenza di pressione tra le sue estremità. L'aria che respiriamo ha una pressione di una atmosfera, ma tale pressione da sola non la fa muovere ovunque: per spostare l'aria c'è bisogno di una differenza di pressione tra due punti. Analogamente, una tensione V da sola non sposterà una corrente elettrica attraverso un filo: è necessaria una tensione più elevata ad una estremità, ed una più bassa all'altra. Solo differenze di tensione possono far circolare una corrente.

    Il "valore di tensione" in qualsiasi punto del circuito diventa significativo solo dopo aver deciso che qualche punto di riferimento nel circuito è a "tensione zero" (e ai fini del calcolo, qualsiasi punto può essere scelto). Si confronti ciò con le altitudini su una mappa: solo dopo la scelta di un punto di riferimento dove la quota è pari a zero (di solito, a livello del mare) i valori delle altre altezze possono essere valori assegnati. Se venisse scelto un punto di riferimento diverso (ad esempio, la parte superiore della cupola del Campidoglio degli Stati Uniti a Washington), tutti questi numeri cambierebbero.

    La terra è un conduttore debole, ed è di solito ad un'unica tensione – e i nostri corpi, camminandoci sopra, sono anch'essi a tale tensione. Il circuito elettrico ha due fili – un filo di "fase" nero o marrone nel quale (per convenzione comune, con correnti alternate) si dice che la corrente affluisce in casa, e un filo "neutro" blu chiaro tramite il quale si dice che essa defluisce

    (In realtà, la corrente alternata va su e giù, ed ogni conduttore ha una tensione positiva per metà del tempo, negativa per l'altra metà. Ma solo la linea contrassegnata dal colore nero o marrone si presume collegata direttamente con la centrale elettrica).

    Se nessuno dei fili è collegato a terra, allora la tensione di ciascuno di essi, rispetto al suolo, non è definita. Se un punto nel circuito è allo stesso potenziale del suolo, allora se il nostro dito lo tocca in quel punto, non accadrà nulla: in assenza di una differenza di tensione, nessun flusso di corrente attraverserà il dito.

    D'altro canto, potreste ricevere una scossa elettrica... se il circuito è collegato accidentalmente o deliberatamente a terra senza che voi lo sappiate, e se stabilite col terreno un contatto elettrico, ad es. indossando scarpe con suole di cuoio, o (peggio) stando a piedi nudi in un bagno. Supponiamo che vi siano delle "dispersioni" da qualche parte – a causa di un isolamento difettoso o a causa di infiltrazioni di acqua. La dispersione ha già stabilito quale parte del circuito si trovi alla tensione di terra – e se il filo che tocchiamo non appartiene a tale parte, una corrente scorrerà da esso attraverso il dito, verso terra. In alcuni casi la dispersione è piccola e la sua corrente è solo fastidiosa – si tocca un apparecchio di metallo e si ha un formicolio alle dita. Ma con una dispersione grande può essere veramente pericoloso.

    Per evitare questo, il circuito viene messo a terra – il filo blu chiaro ("neutro") viene collegato (in un determinato punto) al filo di rame nudo, e tale filo nudo viene collegato a "terra" – a tubi dell'acqua o ad un palo di metallo conficcato in profondità nel terreno. Nell'immagine qui a lato, il filo di messa a terra è coperto da una guaina isolante, che porta ad un palo sepolto nel terreno. In casa, il cavo di messa a terra è collegato a tutte le parti esposte del circuito – alle cassette di metallo che racchiudono gli interruttori e tutte le connessioni (un requisito comunemente richiesto dalle norme), nonché ai contenitori metallici di macchinari e apparecchi. Allora sappiamo che sono sicuri da toccare: solo il filo nero o marrone, di "fase", può procurare una scossa.

    Il terzo polo presente sulle spine degli apparecchi elettrici collega la loro messa a terra a quella della presa. Si noti anche che i poli elettrici differiscono di solito l'uno dall'altro ("sono polarizzati"). Negli Stati Uniti, quello è leggermente più largo viene connesso dal lato della "fase", tranne nel caso di poli uguali forniti in apparecchi completamente rivestiti di isolante e nei quali la polarità non conta. In altri paesi le spine possono differire, la tensione di alimentazione può essere di 220v invece che 110v, e può ridursi a 50 cicli al secondo invece dei 60.

    Da ricordare:


    L'impianto elettrico domestico (in Italia) deve rispondere alle norme del Comitato Elettrotecnico Italiano, proteggendo gli utenti dal fuoco e dalle scosse elettriche. Per esempio, le norme prescrivono l'isolamento standard e richiedono (di solito) che tutte le connessioni vengano effettuate all'interno di apposite cassette. Una precauzione importante è la "messa a terra" di tutti i circuiti e dei loro involucri metallici, collegandoli a terra (ad es. tubature dell'acqua) ed anche (in un certo punto della casa) al filo blu chiaro ("neutro"). Ciò assicura che le persone che maneggiano apparecchiature elettriche sono al sicuro da scosse finché non toccano il filo di "fase".


 
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Cronologia (da "Astronomi")
Indice Principale (in inglese)

Autore e Curatore:   Dr. David P. Stern
Ci si può rivolgere al Dr. Stern per posta elettronica (in inglese, per favore!):
                                stargaze("chiocciola")phy6.org

Aggiornato al 21 Settembre 2009

(Traduzione in lingua italiana di Pietro Sauro)