L'elettricità

L’elettricità è una forma di energia che sta alla base della vita moderna. Alimenta case, scuole, ospedali, industrie e dispositivi elettronici.
Nonostante la sua presenza quotidiana, spesso ne ignoriamo l’origine e il funzionamento. Comprendere cos’è l’elettricità e come viene prodotta è fondamentale per educare a un uso consapevole e sostenibile dell’energia.

L’elettricità e la nostra vita quotidiana

La vita moderna è impensabile senza elettricità:
• fa funzionare computer, lampade, elettrodomestici, dispositivi mobili;
• permette la comunicazione, il trasporto, la produzione industriale;
• è al centro della transizione energetica e dello sviluppo sostenibile.
Ma l’elettricità comporta anche rischi e responsabilità: occorre insegnare fin da giovani il risparmio energetico e l’uso sicuro degli impianti.

Un incredibile fenomeno naturale

L’elettricità si può manifestare spontaneamente in natura attraverso il fenomeno noto come fulmini.
L’energia prodotta da questi, però, non può essere utilizzata perché essi sono rari, imprevedibili, repentini e perché sviluppano una tale quantità di energia nell’unità di tempo, da non poter essere accumulata. È definita per questo una forma di energia secondaria, perché non potendola ottenere dai fulmini, si ottiene da altre forme di energia per trasformazione come ad esempio da quelle:

• meccanica, tramite turbine mosse da acqua o vento;
• chimica, come nelle batterie;
• solare, grazie ai pannelli fotovoltaici;
• termica, bruciando combustibili o sfruttando il calore geotermico.

Ogni fonte ha vantaggi e impatti ambientali diversi: per questo oggi si promuove l’uso di fonti rinnovabili, per ridurre le emissioni e il consumo di risorse fossili.

Ma cos’è l’elettricità?

L’elettricità può essere definita come il movimento degli elettroni all’interno di un conduttore, come il rame.
Può essere generata in vari modi e poi trasportata attraverso cavi elettrici fino a raggiungere abitazioni, uffici e impianti industriali. Se gli elettroni si spostano sempre nella stessa direzione nel conduttore, questo flusso prende il nome di Corrente continua (DC), mentre se il flusso cambia periodicamente direzione prende il nome di Corrente alternata (AC) (che è quella delle prese di casa nostra).
Ma per comprendere realmente il significato di elettricità, dobbiamo scendere nel profondo della materia e capire come si comportano gli elementi di cui è composta: gli atomi.

L’atomo

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 l’atomo era considerato la più piccola parte della materia e si supponeva fosse indivisibile, ma studi più recenti hanno fatto comprendere agli scienziati che questo non era l’elemento più piccolo 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 intorno al nucleo troviamo altre particelle chiamate elettroni.

Lo studio dell’atomo ha, inoltre, cancellato un’altra credenza diffusa, quella per cui gli elettroni orbitano ellitticamente attorno al nucleo, come un sistema di pianeti intorno al proprio Sole.

Gli elettroni si spostano sì intorno al nucleo, ma in aree chiamate orbitali; questi sono degli spazi tridimensionali dove è possibile trovare confinati gli elettroni che si allontanano e avvicinano al nucleo ad una velocità prossima a quella della luce. È per questo impossibile definire una loro posizione certa in un determinato istante, ma solo 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 francesee dedusse che tra due corpi elettricamente carichi esistesse una forza che è attrattiva nel caso in cui le loro cariche fossero opposte e repulsiva nel caso in cui queste fossero uguali.

Questa differenza di carica spiega il perché gli elettroni rimangano legati al nucleo; mentre i protoni hanno carica positiva, 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.

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

Riprendendo la definizione di flusso di elettroni nella materia, ora 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. Questa condizione capita quando gli atomi si trovano 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 in grado di 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).

DAL BLOG ALLA LEZIONE IN CLASSE

Questo approfondimento completa e arricchisce i contenuti dell’unità 5, Elettricità e fonti di energia, lezione 5.2 L’energia elettrica, del manuale di Tecnologia di Lattes Editori, Infinito Tecnologico, offrendo spunti per sviluppare collegamenti tra scienze, tecnologia e sostenibilità.

Spunti didattici

• Sperimenta un semplice modo per accendere una lampadina usando una patata o un limone: ottimo per introdurre l’energia chimica.
• Confronta l’uso storico dell’elettricità (Edison, Tesla) con le moderne innovazioni energetiche.
• Introduci strumenti digitali come simulatori di circuiti online (es. PhET o Tinkercad).
• Stimola un dibattito: “Meglio una città che produce energia solo da fonti rinnovabili o una con fonti miste ma più stabili?”
• Collega l’argomento all’Educazione civica: energia, cittadinanza e responsabilità ambientale.

Attività

COSTRUIAMO UN CIRCUITO BASE

• Obiettivo: comprendere il funzionamento dell’elettricità realizzando un circuito semplice.
  • Materiali: cavi, batteria da 1,5V o 9V, lampadina o LED, interruttore.
  • Procedura: collegare gli elementi per accendere e spegnere la lampadina.
  • Varianti: aggiungere una ventola o un cicalino.

DISEGNO DI UN CIRCUITO ELETTRICO

• Obiettivo: rappresentare graficamente un circuito con i simboli normalizzati.
  • Strumenti: matita, righello, foglio A4.
  • Consegna: disegna uno schema con pila, interruttore e LED, con simbologia tecnica.
  • Approfondimento: introduce le basi del disegno elettrico.

RICERCA SULLE FONTI DI PRODUZIONE

• Obiettivo: confrontare le fonti rinnovabili e non rinnovabili di produzione elettrica.
  • Consegna: crea una scheda comparativa tra fotovoltaico, carbone, idroelettrico, nucleare.
  • Domanda guida: Qual è la fonte più sostenibile per il futuro?

RISPARMIO E USO CONSAPEVOLE

• Obiettivo: riflettere sul consumo energetico nella vita quotidiana.
  • Compito: monitora per una settimana i consumi di casa e proponi soluzioni per risparmiare.
  • Discussione in classe: quali piccoli gesti possono fare la differenza?