Acqua e corrente

amperometro a lancetta

Ho iniziato a interessarmi dei fenomeni elettrici a dieci anni d’età, quando, curiosando nella biblioteca di mio nonno trovai un libretto sulla corrente elettrica completamente illustrato. Era “L’elettrotecnica illustrata” ed. Hoepli. Il libro era una specie di corso di elettrotecnica in cui ogni concetto era spiegato con esempi “acquatici”.

hoepli-elettrotecnica

La corrente elettrica è paragonabile all’acqua. La metafora non è nè nuova, nè originale ed è utilizzate da sempre per spiegare il funzionamento dei circuiti elettrici. La corrente elettrica si genera per il movimento degli elettroni in un materiale conduttore come il rame o il ferro in cui gli elettroni abbondano e possono muoversi facilmente. Gli elettroni creano un flusso e possono essere visualizzati come un flusso d’acqua che scorre in un tubo.

tubo con acqua

Quando si parla di elettricità, tra profani, si fa spesso confusione tra alcuni termini come: eletricità, corrente, tensione, potenza… che ovviamente indicano tutti cose differenti!

Adesso parleremo di corrente elettrica e la tratteremo come se fosse una cosa a se, in realtà corrente, tensione, resistenza e potenza sono delle “entità” in relazione tra di loro e con dipendenze reciproche. Esistono anche delle formule matematiche che indicano come “funzionano” queste “entità”, ma per ora non ne parleremo.

Come abbiamo detto all’inizio del post, la corrente elettrica è un effetto legato al moto degli elettroni all’interno di un materiale conduttore. Immaginiamo di prendere un filo elettrico. Il filo può essere paragonato ad un tubo in cui circola dell’acqua. Quindi possiamo paragonare gli elettroni alle molecole d’acqua che scorrono nel tubo. In questo modo possiamo immaginare che i fili di un circuito elettrico siano come dei tubi in cui scorre l’acqua.

palline nel tubo

La corrente è la quantità di elettroni che passano in un filo elettrico in un secondo (o meglio da una sezione del filo); oppure posso pensarla come la quantità di acqua che passa nel tubo in un secondo. Questo tipo di concetto si chiama anche flusso (che è una parola molto amata dagli ingegneri). E’ facile contare il numero di palline che sono passate in un secondo o in un minuto: potrebbero essere passate dieci, cento o mille palline a seconda delle dimensioni del tubo e della velocità delle palline. In effetti stiamo misurando la portata del tubo!

palline attraversano la sezione

La nostra conta ha prodotto un numero. Cosa rappresenta questo numero? Abbiamo fatto una misura e ogni misura ha associato un’unità di misura che indica cosa abbiamo misurato. Contando gli elettroni passati in un secondo abbiamo misurato una corrente, e la sua unità di misura è l’Amperé, che è anche il nome del suo scopritore André-Marie Ampère (1775 – 1836). Gli Ampere si indicano con la lettera A (maiuscola). Il nome di AMpere è anche stato inciso sulla Torre Eiffel.

André-Marie Ampère. Il suo nome è anche stato inciso sulla Torre Eiffel.

Immaginate ora un fiume come il Po o il Nilo, in cui scorrono enormi quantità d’acqua in un secondo. Un fiume come il Po potrebbe essere paragonato ad una grande conduttura elettrica (elettrodotto) che dalla centrale elettrica arriva fino alla città. Un fiume come il Ticino o il Lambro potrebbe essere paragonato al cavo in cui passa la corrente necessaria per muovere un tram dell’ATM. La manichetta dei pompieri potrebbe essere paragonata al cavo per far funzionare una grossa macchina utensile come una pressa o un tornio industriale; il rubinetto di casa potrebbe essere paragonato al cavo che va dalla presa sul muro fino al nostro tostapane.

Per fare degli esempi “pratici” ecco qualche numero:
treno/tram         100/500A
forno                    10/20A
radiosveglia       1A
lettore mp3        0.1A

Quando la corrente è molto piccola si può misurare in milliAmperé [mA], cioè un millesimo di Amperé.

amperometro a lancetta

Le misure di corrente si fanno in realtà con uno strumento chiamato Amperometro. L’amperometro è una specie di contatore dell’acqua che si resetta ad ogni secondo. Oggi è difficle trovare degli amperometri a lancetta. Se volete fare delle misure di corrente, potete utilizzare un pratico multimetro (di cui parleremo nei prossimi post).

8 thoughts on “Acqua e corrente

    • Ciao Sergio, grazie per il commento. In effetti era solo per dare un ordine di grandezza e mi rendo conto adesso che era un po’ esagerato! Grazie per averlo fatto notare.

  1. Ottimo, con buona pace di professoroni che si capiscono solo loro. Ora per spiegare la resistenza elettrica, puoi fare l’analogia idraulica dello strozzamento del tubo.

    • Grazie Gino, troppo buono!
      Per la resistenza… ovviamente si. Il post è quasi pronto e lo pubblicherò nei prossimi giorni.
      P.

  2. Caro Artigiano Digitale, apprezzo gli sforzi di semplificazione, ma se dobbiamo aiutare nuove generazioni a introdursi nel mondo fantastico della tecnologia, varrebbe la pena almeno iniziare con il piede giusto, senza dare informazioni obsolete, frutto di decenni di semplificazioni errate.
    L’analogia idraulica… fa acqua da tutte le parti. Se continuiamo a creare nei ragazzi l’immagine dei conduttori come tubi vuoti in cui ciò che introduci da una parte esce dall’altra e in mezzo può accadere qualcosa, siamo molto distanti dalla realtà fisica e continueremo a generare falsi miti e concetti, che quando saranno seriamente approfonditi porteranno a non capire più certi fenomeni. Attenzione, quindi, a creare blog, libri e sistemi di “educazione” delle nuove generazioni con metodi vecchi. Se vogliamo makers nuovi, sforziamoci di essere nuovi anche nelle spiegazioni. Alla luce di tutte le conoscenze che oggi abbiamo. È la sfida dei veri divulgatori: trovare semplificazioni che siano aderenti alla realtà. L’analogia idraulica ne è un esempio eclatante e a tutti consiglio, in tal senso, la lettura di (almeno) questi documenti:
    http://science.uniserve.edu.au/school/curric/stage6/phys/stw2002/sefton.pdf
    http://amasci.com/miscon/elect.html

    • Sig. Paolo Capobussi,
      la ringrazio per il corposo contributo e per i link che segnala. Sono inoltre onorato della Sua visita, in quanto autore di significative pubblicazioni sull’argomento. So bene che la metafora “fa acqua”, infatti, in ogni corso che tengo, dopo aver fatto capire il concetto provvedo a spiegare quali sono i problemi di questo approccio. I post che sto pubblicando in queste settimane mi richiedono molto lavoro e proseguiranno per parecchi mesi ancora. Avevo già previsto di inserire un post per sottolineare i problemi di questo approccio. Tenga presente che spesso la mia udienza è composta di persone che sarebbero messe in seria difficoltà da termini e concetti come quelli indicati dagli articoli che segnala. So che non è una scusa, ma un mio limite… sarebbe necessario introdurre concetti di campo, potenziale, onde, energia… In quest’ottica, anche spiegare la corrente con gli elettroni a forma di pallina sarebbe scorretto e dovremmo sconfinare nella meccanica quantistica. Qui però mi fermo e con umiltà ammetto il mio limite. Mi ripropongo di acquistare qualcuno dei suoi libri per potermi confrontare con un approccio differente dal mio (che deriva da come ho imparato a fare le cose).
      Paolo (zeppelinmaker)

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