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Corso di elettronica pratica per bambini: energia gratuita (quinta puntata)

da | 9 Nov, 22 | Tutorial |

L’Universo è pieno di energia gratuita. Purtroppo l’uomo sulla Terra si accontenta di pagare l’energia per avviare le automobili, per accendere le luci di casa e per poter azionare tutti i dispositivi elettronici. Ma in realtà il cosmo è una enorme batteria capace di fornire gratuitamente una quantità incalcolabile di energia, in maniera del tutto gratuita e pulita. I bambini dovrebbero essere più sensibilizzati proprio in tale aspetto, poiché utilizzare fonti di energia alternativa e non inquinante vuol dire rispettare il proprio ambiente e preparare la strada alle future generazioni per un pianeta più pulito.

Energia gratuita

L’energia elettrica e la corrente non sono solo quelle prodotte dalle pile e dalle batterie, oppure quelle disponibili dalla presa di casa. Esistono tanti sistemi per produrre energia da fonti alternative. Esse si chiamano alternative per il fatto che esse sostituiscono totalmente quelle tradizionali e utilizzate nella maggior parte dei casi. Nell’articolo vedremo come produrre e ottenere energia elettrica gratuita, utilizzando metodi a volte sorprendentemente semplici. Ovviamente i generatori che realizzeremo saranno di bassa potenza e non potranno alimentare grossi dispositivi come, ad esempio, i computer, i televisori, le lavatrici, gli scalda acqua e altri. Ma essi possono dare i primi spunti per ideare e realizzare, in futuro, dei generatori più grandi e potenti. Di seguito possiamo trovare alcuni semplici esperimenti che hanno lo scopo di produrre elettricità dal nulla e a costo zero. Ovviamente non saranno utilizzate pile elettriche.

Batterie dalla frutta

Un semplice esperimento consente di produrre energia elettrica dalla semplice frutta. La tensione e la corrente prodotte saranno molto esigue ma ciò non toglie il divertimento e il piacere della scoperta. L’esperimento si basa sulla creazione di una semplice pila elettrica, che è un dispositivo che trasforma l’energia chimica in energia elettrica, ed è costituita da due conduttori metallici differenti immersi in una soluzione. Per produrre energia gratis, almeno per qualche ora, si può utilizzare una patata o un limone in ottime condizioni e non troppo asciutte o disseccate (vedi in figura 1). Il succo della patata e del limone consente il passaggio di corrente elettrica. Si procurino un chiodo (oppure delle barrette) di zinco e uno di rame e si inseriscano nel frutto. Per provare se questa “pila naturale funziona” si può utilizzare un tester, come nei precedenti episodi. Con questa energia si può illuminare un diodo Led oppure un piccolo orologio digitale o una calcolatrice a cristalli liquidi. L’esperimento è molto istruttivo e interessante, oltre che divertente, e può essere condotto con una spesa quasi nulla. Per ottenere maggiore tensione o maggiore corrente si possono collegare più frutti in serie o in parallelo, così come si è visto nei precedenti articoli. Una sola pila di frutta, infatti, è del tutto inutile poiché essa produce poca energia. Tale ragionamento è vero anche con le batterie tradizionali. Si procurino, quindi, circa 18 limoni. Si inseriscano i chiodi o le barrette di Rame e di Zinco nel frutto, come visualizzato in figura, e la pila è pronta. Una singola cella con la patata riesce a generare una bassa tensione elettrica di circa 0,8 V ma la sua corrente è molto bassa, circa 130 uA. La batteria realizzata riesce a illuminare un diodo Led per alcuni giorni. Per ottenere una energia più alta e illuminare una lampada da 12 V, occorrerebbero circa 15000 limoni o patate. Non conviene, dunque, utilizzare tali batterie per scopi pratici. Si ricordi di non mangiare le patate utilizzate per l’esperimento.

Figura 1: la batteria realizzata con le patate

Il pannello fotovoltaico

Questa soluzione è decisamente molto più efficiente ed è utilizzata praticamente da tutte le aziende e le abitazioni domestiche. Il nostro esperimento è effettuato, naturalmente, in scala ridotta, ma esso farà comprendere perfettamente come avviene la produzione di energia elettrica dalla luce del Sole, in modo completamente semplice e gratuito. I pannelli solari possono produrre energia pulita dal Sole e convertono l’energia solare in energia elettrica, in corrente continua, proprio come una pila o una batteria. Esistono diverse misure di pannello solare, a partire da un’area molto piccola di pochi centimetri quadrati a dimensioni enormi, utilizzate nelle centrali fotoelettriche. Con un pannello solare è possibile effettuare una delle seguenti operazioni:

  • alimentare direttamente un dispositivo in corrente continua;
  • caricare una batteria;
  • alimentare un inverter per trasformare l’energia in corrente alternata.

Il nostro esperimento (vedi la realizzazione in figura 2) si basa proprio sul primo metodo, che è anche il più semplice. Si procuri, dunque, un piccolo pannello solare da pochi Watt di 5 V oppure di 12 V. Esso è dotato di due poli elettrici, proprio come la pila, uno positivo e uno negativo. Esso funziona solo in presenza di luce solare e al buio non produce alcuna corrente. E’ interessante sapere che al pannello solare possono essere collegate lampadine, motori, carica batterie, radio, batterie, stereo e altri dispositivi, purché funzionino tutti alla stessa tensione del pannello. Si ricorda, inoltre, di non collegare direttamente tra di loro i due terminali positivo e negativo del pannello.

Figura 2: come produrre energia elettrica gratuita usando un pannello solare

Dinamo di bicicletta

Si tratta di un dispositivo che i bambini utilizzano sempre sulla propria bicicletta. La dinamo è una macchina elettrica che trasforma l’energia meccanica in energia elettrica. E’ molto semplice utilizzarla, è sufficiente fare ruotare molto velocemente il suo asse. Anche in questo caso la dinamo può essere collegata a qualunque dispositivo elettrico ed elettronico. Molto spesso essa produce una corrente alternata, che occorre trasformare in corrente continua, ma di questo aspetto ne parleremo in una delle prossime puntate. La figura 3 mostra un semplice generatore di corrente, realizzato con una bicicletta, che serve ad alimentare una o più lampadine. La stessa dinamo può essere utile per ricaricare le batterie. Utilizzando una dinamo più grossa e potente, è possibile aumentare l’energia prodotta. E’ interessante notare che anche un normale motore in corrente continua può essere utilizzato come dinamo, in quanto il suo funzionamento è “reversibile”. Se si abita in una zona molto ventosa si può prevedere una elica direttamente sul rotore del motore, in modo da poter generare energia elettrica con il vento.

Figura 3: la dinamo di una bicicletta genera energia elettrica

Ventola di raffreddamento

Anche le ventole di raffreddamento che si trovano nei PC e negli alimentatori sono macchine reversibili che producono una corrente continua, quando il loro asse viene ruotato velocemente, producendo una tensione elettrica proporzionale alla velocità di rotazione. Per l’esperimento si può utilizzare una piccola ventola di raffreddamento di qualunque dimensione. La figura 4 mostra un esempio pratico di utilizzo e di misura di tale energia gratuita. Se la ventola è predisposta per funzionare alla tensione di 12 V, per esempio, si dovrebbe usare una lampadina dello stesso valore. Se si prevede, però, che la rotazione avvenga a bassi regimi, si può utilizzare anche una lampada di minore voltaggio. In assenza di vento si può utilizzare un phon per capelli per soffiare sulla ventola e avviare la rotazione. La ventola potrebbe essere anche montata su un mezzo di trasporto come, ad esempio, una automobile, una motocicletta o, addirittura, una bicicletta. Si ricorda che l’energia fornita dalla ventola è molto bassa e non può alimentare carichi molto robusti. Sicuramente la tensione e la corrente prodotti sono più elevati rispetto alle batterie costruite con le patate.

Figura 4: la ventola di raffreddamento del PC può generare energia, se essa è posta in rapida rotazione

Conclusioni

La generazione di energia gratuita è un argomento di importanza sempre crescente. Se 30 o 40 anni fa il problema non sussisteva minimamente, oggi in qualsiasi settore si cerca di trovare la migliore soluzione per produrre piccole quantità di energia, in modo completamente gratuito.

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