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Che cos’è l’elettricità?

da Redazione | 31 Marzo 2020

Per elettricità si intende l’insieme dei fenomeni fisici originati dalle interazioni tra particelle cariche su scala molecolare i cui effetti macroscopici generano correnti elettriche.

Sinteticamente, infatti, si può affermare che l’elettricità sia un flusso di carica elettrica, a sua volta definita come proprietà delle particelle che costituiscono la materia.

Il flusso di cariche elettriche rappresenta a sua volta una corrente elettrica, i cui effetti termici, meccanici, magnetici e luminosi trovano applicazioni di elevata importanza economica ai nostri giorni.

Per capire meglio il concetto di elettricità, dunque, oltre a ripercorrerne la storia e risalire alle sue origini, dobbiamo analizzare il concetto di materia, a partire dall’atomo e approfondire il concetto di carica elettrica.

Che cos’è l’elettricità: etimologia e origini storiche

L’elettricità, intesa come fenomeno elettrico, è conosciuta dagli esseri umani fin dai tempi dell’Antica Grecia, ma è soltanto da tre secoli che essa viene analizzata da un punto di vista scientifico.

Il termine elettricità fu introdotto per la prima volta nel 1600 da William Gilbert, scienziato inglese che lo fece derivare dalla parola greca èlektron che indica l’ambra.

Comunemente l’elettricità viene utilizzata per indicare la corrente elettrica e, più in generale, i fenomeni di natura elettrica, ma nel linguaggio scientifico il termine viene impiegato in riferimento ad una determinata quantità di carica elettrica, in quiete o in movimento.

La prima macchina in grado di produrre cariche elettriche sembra risalire al 1672, quando il fisico tedesco Otto von Guericke descrisse una sfera di zolfo che ruotava per mezzo di una manovella, elettrizzandosi al contatto con una mano.

L’esistenza di una carica elettrica di due tipi diversi, negativa e positiva, fu introdotta dallo scienziato francese Charles-François de Cisternay du Fay, mentre al 1745 risale il primo condensatore, la bottiglia di Leida, che non era altro che un recipiente di vetro ricoperto internamente ed esternamente da due foglie di carta stagnola.

Sulla base di questa invenzione e attraverso l’esperimento dell’aquilone Benjamin Franklin, appena due anni dopo, ipotizzò che la natura della carica elettrica presente all’interno della bottiglia di Leida fosse la stessa dell’elettricità atmosferica che genera fenomeni elettrici quali tuoni e fulmini.

La prima teoria scientifica dell’elettricità: Franklin e i fluidi elettrici

Franklin elaborò la prima teoria scientifica dell’elettricità, detta anche teoria dei fluidi elettrici, secondo cui l’elettricità stessa sarebbe appunto un fluido invisibile presente in tutta la materia che viene dunque trasmesso da un corpo all’altro.

Sebbene secondo alcuni sostenessero l’esistenza di due tipi differenti di elettricità, vetrosa e resinosa, Benjamin Franklin affermava con la sua teoria, invece, l’esistenza di un solo tipo di elettricità, intesa appunto come fluido capace di caricare positivamente i corpi quando li percorre e negativamente nel momento in cui se ne allontana.

La teoria dei fluidi elettrici fu abbandonata soltanto nel 1897 con la scoperta dell’elettrone, ma tra le due date si verificò un’importante svolta per la scienza dell’elettricità, l’invenzione della pila.

La svolta del 1799: Alessandro volta e la corrente elettrica

Nel 1799 il fisico italiano Alessandro Volta, con l’invenzione della pila elettrica, apportò un cambiamento significativo agli studi sull’elettricità, ponendo le basi per importanti scoperte, tra cui quelle sull’elettromagnetismo.

Volta segnò una vera e propria svolta per la scienza permettendo di studiare il fenomeno della corrente elettrica, che ottenne attraverso un flusso continuo di cariche all’interno di un circuito.

Tra gli scienziati italiani anche Luigi Galvani studiò le applicazioni della corrente elettrica tramite la contrazione dei muscoli delle zampe di una rana, mentre Faraday, nel 1831, dimostrò come il flusso di corrente da una bobina può essere trasferito ad un’altra collocata in prossimità di essa.

Nel 1819 si arrivò ad ipotizzare la stretta correlazione tra i fenomeni elettrici e quelli magnetici, che trovò poi conferma qualche anno dopo nell’esperimento della bussola, che, posta vicino ad un filo conduttore di elettricità, permise di dimostrare come le correnti generassero campi magnetici.

Le moderne conoscenze nel campo dell’elettricità risalgono al 1900, quando il fisico statunitense Millikan misurò la più piccola quantità di carica, quella dell’elettrone, ma fu soprattutto grazie a Edison e Testa che si arrivò all’uso dell’elettricità come sorgente di energia grazie all’invenzione di dispositivi elettronici microscopici.

Elettricità e struttura della materia: l’atomo e gli elettroni

Per capire che cosa è l’elettricità non è sufficiente risalire alle sue origini e ripercorrerne l’evoluzione storica ma è assolutamente necessario analizzare la struttura più profonda della materia.

L’elettricità, per definizione, è il movimento di piccole particelle dotate di cariche elettriche, gli elettroni che fanno parte degli atomi e si spostano nella stessa direzione.

Non a caso l’elettricità o corrente elettrica si diffonde lungo cavi o materiali, chiamati conduttori, in cui sono presenti fili metallici per favorire il passaggio di elettroni e circondati da isolanti, come la plastica per esempio, che garantiscono la sicurezza evitando eventuali scosse elettriche.

Per comprendere meglio i fenomeni elettrici e quelli elettromagnetici è, però, indispensabile aprire una parentesi al fine di analizzare la natura degli atomi e delle particelle di cui essi si compongono.

Struttura dell’atomo e corrente elettrica

Per atomo si intende una particella infinitamente piccola composto da un nucleo, al cui interno si trovano protoni e neutroni strettamente legati tra loro e intorno al quale ruotano gli elettroni.

Questi sono dotati di carica elettrica negativa, pertanto, ruotando intorno al nucleo, vengono attratti dai protoni, che hanno carica elettrica positiva, a differenza dei neutroni, la cui carica è neutra.

L’atomo si definisce elettricamente neutro in quanto il numero dei protoni in esso contenuti è identico a quello degli elettroni.

La corrente elettrica si presenta come un flusso ordinato di elettroni in quanto viene generata dallo spostamento di queste particelle da un atomo all’altro tramite un materiale conduttore.

Le cariche elettriche, a loro volta, possono essere ferme e pertanto generare fenomeni elettrici oppure in movimento, in questo caso si parla di fenomeni elettromagnetici, ossia dotati di una componente sia elettrica che magnetica.

Per comprendere meglio i fenomeni elettrici dobbiamo approfondire il concetto di carica elettrica, apriamo quindi una piccola parentesi per capire di che cosa si tratta esattamente e in che modo essa genera la corrente.

La carica elettrica: che cos’è e a cosa serve

I fenomeni elettrici possono essere spiegati in base al fatto che la materia è costituita, come si è visto, da particelle dotate di carica elettrica, positiva nel caso dei protoni all’interno del nucleo e negativa nel caso degli elettroni che ruotano intorno ad essi.

La carica elettrica si definisce, dunque, come una proprietà delle particelle che costituiscono l’atomo, che, appunto, contiene un numero uguale di protoni ed elettroni, al venir meno di questo equilibrio si generano dunque i fenomeni elettrici.

Il sistema costituito da due corpi, potenzialmente neutro, può acquistare carica elettrica se uno dei due cede elettroni all’altro, così da caricarlo positivamente ed assumere esso stesso una carica negativa.

Un modo molto semplice per ottenere questo risultato ossia per elettrizzare un corpo è quello di strofinarlo con un altro per fargli assumere carica elettrica, come si fa ad esempio sfregando un bastoncino di vetro con un panno di lana.

Il numero di elettroni trasferiti dal vetro alla lana consente al bastoncino di caricarsi positivamente, pertanto avvicinando ad esso dei comuni pezzi di carta sarà in grado di attrarli in quanto dotato di carica elettrica.

In sostanza potremmo affermare che i fenomeni elettrici si originano quando l’equilibrio esistente tra cariche positive cariche negative viene meno.

Pertanto tutte le volte che due corpi con cariche differenti vengono messi in contatto da un corpo che funge da conduttore di elettricità si avrà un passaggio di cariche elettriche.

Il flusso di elettroni generato dalla differenza di carica tra un corpo e l’altro si definisce appunto corrente elettrica.

Le forme dell’elettricità: statica e corrente

La corrente elettrica non è l’unica forma dell’elettricità, intesa come energia elettrica, in quanto essa può anche esistere a riposo, in questo caso è definita statica.

L’elettricità statica esiste, infatti, in presenza di cariche opposte su oggetti separati da materiale isolante, che non trovano il modo di equilibrare l’intero sistema.

Quando le cariche scorrono continuamente ovvero sono caratterizzate da movimento continuo invece di riunirsi e stare a riposo, si parla di elettricità corrente.

All’interno di un circuito elettrico l’energia immagazzinata viene chiamata anche energia potenziale, che può essere trasformata in calore, luce o movimento.

Le cariche presenti all’interno di un campo elettrico sono dotate di energia elettrica potenziale, che, se messa in modo da una forza elettrostatica, può diventare cinetica.

Ognuno di noi, dunque, sfruttando l’energia per alimentare un circuito è responsabile di una trasformazione della stessa.

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