Area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 4

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1 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI Area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI, 4 Storia della tecnologia, 4 1 Scegliere i materiali, Classificazione dei materiali, Proprietà dei materiali, Il ciclo di vita dei materiali, La raccolta differenziata dei rifiuti, 12 I materiali autoriparanti Nuova vita per i materiali Il riciclo dei materiali da imballaggio Il riciclaggio della plastica TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali 2 Il legno, Com è fatto il legno, Dall albero al legname, Il legno è un materiale sostenibile, I derivati del legno, Il lavoro in falegnameria, 20 ESPANSIONE 1 Classificazione dei legnami La filiera del legno La limatura La produzione dei serramenti in legno TecnoLab 1 Prove sperimentali sul legno TecnoLab 2 Un modello di compensato TecnoLab 3 Un piccolo leggio TecnoLab 4 Un puzzle tridimensionale 3 La carta, Materie prime per la fabbricazione della carta, Il processo produttivo della carta, Industria cartaria e ambiente, 25 La produzione della carta TecnoLab 5 Prove sperimentali sulla carta TecnoLab 6 Una scatola in cartoncino TecnoLab 7 Costruzioni con la carta 4 Le fibre tessili, Fibre di origine vegetale, Fibre di origine animale, 30 ESPANSIONE 2 Etichette e marchi per la lana, Fibre artificiali, Fibre sintetiche, I materiali compositi, I filati, I tessuti, 37 La lavorazione della lana Il kevlar Filatura e pettinatura della lana Tintura della lana Confezionamento di maglie in lana ESPANSIONE 3 Il telaio ESPANSIONE 4 Etichette dei prodotti tessili TecnoLab 8 Prove sperimentali sulle fibre tessili TecnoLab 9 Un telaio a cornice TecnoLab 10 Un amaca con armatura a tela TecnoLab 11 Modelli delle armature fondamentali TecnoLab 12 Una cornice di spago 5 I metalli, I metalli ferrosi, La siderurgia, Lavorazioni plastiche dei metalli, 44 TECNOVISUAL L altoforno, I metalli non ferrosi, Gli strumenti per lavorare i metalli, 50 disegno 3D ruotabile La produzione dei lingotti di acciaio Forgiatura dei metalli Laminazione in acciaieria L altoforno ESPANSIONE 5 Le leghe a memoria di forma La produzione delle campane L alluminio TecnoLab 13 Prove sperimentali sui metalli TecnoLab 14 Riutilizzare. Un idea illuminata ESPANSIONE 6 Altri metalli non ferrosi 6 Le materie plastiche, Le resine sintetiche, Le gomme naturali, Le materie plastiche biodegradabili, 55 Proprietà delle materie plastiche Estrusione della plastica TecnoLab 15 Prove sperimentali sulle materie plastiche TecnoLab 16 Un pannello murale in polistirolo TecnoLab 17 Un foglio di plastica biodegradabile III

2 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI 7 Vetro e ceramiche, Il vetro, Le ceramiche, 60 Lavorazione artigianale del vetro di Murano Produzione del vetro float ESPANSIONE 7 Le ceramiche tecniche avanzate TecnoLab 18 Prove sperimentali su vetro e ceramica TecnoLab 19 Lavorare l argilla a colombino IN SINTESI, 62 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 63 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 66 E ESERCIZI INTERATTIVI Area 2 ABITAZIONE, CITTÀ, TERRITORIO, 69 Storia della tecnologia, 72 1 Materiali per l edilizia, Le pietre naturali, I prodotti ceramici, I materiali leganti, Ferro e acciai, Il legno lamellare, 79 Cosa sono gli edifici sostenibili? Le pietre naturali La produzione dei mattoni La produzione delle piastrelle Produzione di blocchi in calcestruzzo ESPANSIONE 1 Applicazioni del legno lamellare TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali TecnoLab 1 Una mattonella da giardino TecnoLab 2 I vantaggi del calcestruzzo armato 2 Le strutture, I tipi di strutture portanti, Strutture particolari, 86 Equilibrio di una struttura Il triangolo è la struttura più stabile TecnoLab 3 Modello di struttura a gabbia TecnoLab 4 Resistenza della struttura triangolare TecnoLab 5 Modello di una struttura corrugata TecnoLab 6 Modello di una struttura geodetica 3 Le parti di una struttura, Le strutture portanti, Le strutture non portanti, Costruire un edificio, 90 Posa di blocchi per una muratura ESPANSIONE 2 La prefabbicazione Costruire una casa in legno 4 Gli impianti degli edifici, Impianto idraulico, Impianti di climatizzazione, L isolamento dell edificio, 96 ESPANSIONE 3 La certificazione energetica, Impianto elettrico, Impianto del gas, 99 Tecnologia & Cittadinanza Gas e sicurezza, 100 Tecnologia sostenibile La depurazione delle acque Posa di un impianto di riscaldamento a pavimento Impianto di riscaldamento geotermico Isolamento termico a cappotto ESPANSIONE 4 Impianto citofonico e telefonico ESPANSIONE 5 Le spese condominiali IV 5 L abitazione, 101 Tecnologia sostenibile L inquinamento domestico, 102 Tecnologia & Cittadinanza Le barriere architettoniche, 103 TECNOVISUAL L estintore, 104 Storia della tecnologia, L organizzazione delle città, Che cos è la città, Il cuore della città: il centro storico, 108 disegno 3D ruotabile ESPANSIONE 6 Principali tipologie di edilizie residenziali ESPANSIONE 7 Gli elementi di un alloggio L estintore ESPANSIONE 8 La domotica TecnoLab 7 Arredare un alloggio TecnoLab 8 Il plastico di un alloggio

3 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI 6.3 I quartieri residenziali, La zona direzionale e commerciale, 111 Tecnologia sostenibile L inquinamento urbano, La città sostenibile, Vivere la città, Aree verdi e piste ciclabili, Un problema della città: lo smaltimento dei rifiuti, 117 L igiene urbana Smaltire le pile esauste ESPANSIONE 9 Smaltire rifiuti ingombranti TecnoLab 9 Un contenitore portarifiuti TecnoLab 10 La compostiera da balcone IN SINTESI, 120 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 121 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 124 E ESERCIZI INTERATTIVI Area 3 ECONOMIA E SETTORI DELLA PRODUZIONE, 125 Storia della tecnologia, Economia e produzione, Bisogni, beni e servizi, 130 TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali 2 Economia di mercato, Il mercato, 133 Tecnologia & Cittadinanza La globalizzazione dell economia, 134 ESPANSIONE 1 Fare acquisti online ESPANSIONE 2 Il commercio equo e solidale Il cotone bio-ecologico 3 La produzione, Fattori della produzione, L impresa, 138 ESPANSIONE 3 Il mercato del lavoro 4 I settori della produzione, Il settore primario, Il settore secondario, Il settore terziario, Il settore quaternario, 143 ESPANSIONE 4 Il marketing TecnoLab 1 Analisi di un attività artigianale Tecnologia & Cittadinanza Lavoro e sicurezza, Le banche, 145 TECNOVISUAL Il bancomat, 146 disegno 3D ruotabile Il bancomat IN SINTESI, 148 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 149 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 151 E ESERCIZI INTERATTIVI Area 4 TECNOLOGIA AGROALIMENTARE, 153 Storia della tecnologia, Il settore primario, Le attività del settore primario, I fattori naturali, 159 La coltivazione in una serra automatizzata TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali V

4 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI 2 Interventi sul terreno e sulle piante, Interventi sul terreno, Interventi sulle piante coltivate, 164 TecnoLab 1 Radicazione di una talea 3 Strumenti per l agricoltura, La meccanizzazione, Gli attrezzi agricoli, 166 TECNOVISUAL L aratro, 168 disegno 3D ruotabile ESPANSIONE 1 Macchine agricole intelligenti L aratro 4 L agricoltura, Le colture principali, L agricoltura biologica, 171 ESPANSIONE 2 Le coltivazioni principali L agricoltura biologica 5 La zootecnia, L allevamento biologico, 174 Tecnologia & Cittadinanza Biotecnologie agrarie, 175 ESPANSIONE 3 I settori dell allevamento 6 L alimentazione, I principi nutritivi e le funzioni degli alimenti, Il fabbisogno nutrizionale ed energetico, 177 ESPANSIONE 4 Composizione chimica e valore energetico degli alimenti ESPANSIONE 5 Il modello di dieta mediterranea ESPANSIONE 6 Il peso forma Tecnologia & Cittadinanza I disturbi del comportamento alimentare ESPANSIONE 7 Razioni alimentari consigliate per adolescenti che praticano sport 7 La cottura degli alimenti, La conservazione degli alimenti, Metodi che utilizzano il freddo, 182 ESPANSIONE 8 Il frigorifero, Metodi che utilizzano il calore, Metodi che rimuovono l acqua, Metodi chimici di conservazione, L atmosfera modificata, 187 ESPANSIONE 9 Gli additivi alimentari 9 La confezione degli alimenti, Contenitori per alimenti, Leggere le etichette, L industria alimentare, Derivati del frumento, Carne e pesce, Le uova, L industria lattiero-casearia, 198 IN SINTESI, 202 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 203 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 205 E La produzione dell olio d oliva Un mulino industriale La produzione del pane La produzione del latte fresco La produzione del formaggio La produzione del Parmigiano Reggiano ESERCIZI INTERATTIVI TecnoLab 2 Prove sperimentali sulla panificazione TecnoLab 3 Prove sperimentali sulla preparazione del burro TecnoLab 4 Prove sperimentali sulla preparazione del formaggio TecnoLab 5 Prove sperimentali sulla preparazione dello yogurt TecnoLab 6 Prove sperimentali sulla preparazione del vino VI

5 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI Area 5 L ENERGIA, 207 Storia della tecnologia, Forme e trasformazioni di energia, Che cos è l energia, Forme di energia, Trasformazioni di energia, L energia elettrica, 216 ESPANSIONE 1 Le turbine, 217 Lavoro ed energia TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali TecnoLab 1 Trasformazioni di energia TecnoLab 2 Un semplice circuito TecnoLab 3 Una piccola turbina idraulica 2 Le fonti di energia, Fonti di energia rinnovabili e non rinnovabili, Fonti di energia primarie e secondarie, I combustibili fossili, Il carbone fossile, Il petrolio, 221 ESPANSIONE 3 La raffinazione del petrolio, Il metano, 225 ESPANSIONE 4 La centrale termoelettrica, 226 ESPANSIONE 2 Tipi di carbone Il funzionamento di una piattaforma off-shore Petrolio e inquinamento Il gas naturale ESPANSIONE 5 La centrale a turbogas L energia della cogenerazione 4 Energia nucleare, Le reazioni nucleari, Luci e ombre dell energia nucleare, 229 ESPANSIONE 6 La centrale termonucleare TecnoLab 4 Modello di pannello solare 5 Energia solare, Termodinamico o fotovoltaico?, Le prospettive future, 233 ESPANSIONE 7 Le centrali solari, 235 La produzione di pannelli solari Gli impianti fotovoltaici TecnoLab 5 Tre girandole 6 Energia idrica, 236 ESPANSIONE 8 La centrale idroelettrica, 237 L energia dell acqua 7 Energia eolica, 238 ESPANSIONE 9 La centrale eolica, 239 TECNOVISUAL L aerogeneratore, 240 disegno 3D ruotabile L energia del vento L aerogeneratore 8 Energia geotermica, 242 ESPANSIONE 10 La centrale geotermica, Energia dalle biomasse, Biomasse e bioenergia, La conversione in energia, Le biomasse: una fonte sostenibile, 246 Tecnologia sostenibile Il futuro sostenibile della produzione energetica, 247 ESPANSIONE 11 I biocarburanti Il compostaggio ESPANSIONE 12 La produzione di energia elettrica in Italia VII

6 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI 10 Lo sviluppo sostenibile, L impatto ambientale, 249 Tecnologia & Cittadinanza Il risparmio energetico, 250 La permacultura Il design sistemico: identità Il design sistemico: relazioni Calcolo della propria impronta ecologica L impronta idrica IN SINTESI, 252 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 253 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 255 E ESERCIZI INTERATTIVI Area 6 ELETTRICITÀ ED ELETTRONICA, 257 Storia della tecnologia, Che cos è l elettricità, 262 TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali 2 La corrente elettrica e i generatori, Conduttori e isolanti, I generatori di corrente, 264 Tecnologia & Cittadinanza Pile e ambiente, 266 La corrente elettrica 3 Il circuito elettrico, Le grandezze elettriche, Collegamenti in serie e in parallelo, 270 ESPANSIONE 1 Disegnare circuiti TecnoLab 1 Prove sperimentali sui circuiti TecnoLab 2 Realizzazione di un circuito a resistenza variabile TecnoLab 3 Modelli di impianti di illuminazione 4 Effetti della corrente, Effetto Joule, Effetto chimico, Effetto luminoso, 274 ESPANSIONE 2 Tipi di lampade, Effetto magnetico, 275 ESPANSIONE 3 La dinamo della bicicletta TecnoLab 4 Modello di elettrocalamita Tecnologia sostenibile Il trasporto della corrente e l inquinamento elettromagnetico, Effetto fisiologico, 277 Tecnologia & Cittadinanza Elettricità e sicurezza, Circuiti e componenti elettronici, Che cos è l elettronica, I componenti elettronici, 281 ESPANSIONE 5 Il pacemaker ESPANSIONE 6 Applicazioni della bioingegneria allo sport ESPANSIONE 4 L uomo bionico, 283 IN SINTESI, 284 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 285 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 287 E ESERCIZI INTERATTIVI VIII

7 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI Area 7 MACCHINE SEMPLICI E COMPLESSE, 289 Storia della tecnologia, Macchine semplici e macchine complesse, Le macchine semplici, Le macchine complesse, 295 ESPANSIONE 1 Le macchine semplici Le macchine semplici TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali TecnoLab 1 Modello di carrucola TecnoLab 2 Il piano inclinato e la vite 2 I meccanismi che trasmettono il moto, 296 ESPANSIONE 2 Il rapporto di trasmissione, Applicazioni di ruote e ingranaggi, 298 ESPANSIONE 3 La trasmissione del moto nella bicicletta, L attrito: il problema delle macchine, 300 L ingranaggio Il primo principio della dinamica 4 I motori termici, I motori a scoppio, I motori a reazione, 303 Funzionamento di un motore a 4 tempi 5 Le macchine utensili, Elementi di una macchina utensile, Movimenti nelle macchine utensili, 305 TECNOVISUAL Il trapano elettrico, La robotica e la sua evoluzione, La cibernetica, L intelligenza artificiale, Meccanismi di retroazione in robotica, 309 disegno 3D ruotabile Il trapano elettrico Robonaut 2 ESPANSIONE 4 Le nuove discipline dell artificiale IN SINTESI, 310 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 311 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 313 E ESERCIZI INTERATTIVI Area 8 LE RETI DI TRASPORTO E COMUNICAZIONE, 315 Storia della tecnologia, Trasporti su strada, I mezzi su due ruote, L automobile, 323 Tecnologia sostenibile Il problema dell inquinamento da traffico, 324 TECNOVISUAL L auto elettrica, 326 disegno 3D ruotabile ESPANSIONE 1 Gli organi meccanici dell automobile ESPANSIONE 2 Di che Euro sei? Zero Regio L auto elettrica TecnoLab nel volume Disegno & Laboratorio TecnoLab digitali IX

8 INDICE DEL LIBRO INDICE DELLE RISORSE DIGITALI INDICE DEI LABORATORI 2 Come ci si comporta sulla strada, Gli incidenti stradali, 328 ESPANSIONE 3 Come comportarsi in caso di incidente, La segnaletica, Circolare a piedi, Circolare in bicicletta, Circolare in motorino, 333 ESPANSIONE 8 Come comportarsi in motorino, Caschi e cinture salvano la vita, Trasporto su rotaia, Treni e linee ferroviarie, La rete europea dei trasporti, La metropolitana, Trasporti via acqua, 340 ESPANSIONE 12 Il trasporto delle merci, 341 ESPANSIONE 4 I segnali verticali ESPANSIONE 5 I segnali orizzontali ESPANSIONE 6 Come comportarsi da pedoni ESPANSIONE 7 Come comportarsi in bicicletta ESPANSIONE 9 Guidare con prudenza ESPANSIONE 10 La patente europea ESPANSIONE 11 Il galleggiamento delle navi 5 Trasporti aerei, Gli aeroplani, Gli elicotteri, 343 disegno 3D ruotabile ESPANSIONE 13 Il volo degli aerei L aereo del futuro TecnoLab 1 Come volano le mongolfiere TecnoLab 2 Un modello di mongolfiera TecnoLab 3 La funzione delle ali TecnoLab 4 Costruire aeroplani di carta 6 Le telecomunicazioni, Telecomunicazioni via cavo, Telecomunicazioni via etere, Le reti senza fili, 349 ESPANSIONE 14 Il navigatore satellitare, La telefonia, La rete telefonica fissa, 350 ESPANSIONE 15 Segnali analogici e segnali digitali, La rete telefonica cellulare, Le trasmissioni radiotelevisive, La trasmissione radiofonica, La trasmissione televisiva, Il televisore, Le reti di computer, Tipi di rete, Una rete di reti: Internet, Sfruttare le risorse del Web, Comunicare nel Web, 364 Tecnologia & Cittadinanza Sicurezza in Internet, 368 Il GPS La nascita della televisione ESPANSIONE 16 La televisione digitale terrestre IN SINTESI, 369 CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE, 370 COSTRUISCI LE COMPETENZE, 372 Indice delle voci di glossario, 374 E ESERCIZI INTERATTIVI X

9 area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI

10 OBIETTIVI DI APPRENDIMENTO Vedere, osservare e sperimentare Individuare i materiali più comuni, distinguendone l origine e la provenienza Eseguire prove sperimentali sulle principali proprietà dei vari materiali Impiegare il disegno tecnico nella rappresentazione di oggetti o processi Prevedere, immaginare e progettare Effettuare stime di grandezze fisiche riferite a materiali e oggetti dell ambiente scolastico Progettare la realizzazione di un modellino di un elemento modulare per scaffalatura Progettare una visita guidata a una falegnameria, usando Internet Intervenire, trasformare e produrre Costruire modelli di un arredo scolastico con materiale reperibile Eseguire operazioni di tracciatura, di taglio, di foratura, di finitura Eseguire operazioni di montaggio di un elemento modulare per scaffalatura TRAGUARDI PER LO SVILUPPO DELLE COMPETENZE Competenze specifiche Riconosce nell ambiente che lo circonda gli interventi tecnologici di trasformazione operati dall uomo Progetta e realizza rappresentazioni grafiche relative alla struttura di elementi di arredo scolastico Conosce e utilizza oggetti, strumenti, attrezzi e utensili di uso comune ed è in grado di classificarli in relazione alla forma, alla struttura e ai materiali Competenze trasversali Identifica caratteristiche Reperisce e seleziona informazioni Sperimenta Formula progetti Seleziona soluzioni Individua ed esegue procedure Verifica prodotti e processi Collabora in un gruppo di lavoro Sa assumersi responsabilità MATERIALI classificazione proprietà ciclo dei materiali fisiche e chimiche meccaniche tecnologiche origine naturale origine artificiale metalli ferro rame piombo zinco stagno alluminio minerale non metalli rocce sabbia argille amianto biologica legno e carta gomme naturali fibre tessili naturali pelli e cuoio materie plastiche fibre tessili, chimiche e gomme sintetiche leghe metalliche materiali composti usi lavorazioni dei materiali riciclaggio utensili dispositivi macchine apparati 2

11 LIBRO ESSENZIALE area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI LIBRO DIGITALE INTERATTIVO STORIA DELLA TECNOLOGIA 1 X 2 X 3 X t I materiali autoriparanti t Nuova vita per i materiali t Il riciclo della plastica t Il riciclo dei materiali da imballaggio ESPANSIONE 1 Classificazione dei legnami t La filiera del legno t La limatura t La produzione dei serramenti in legno TecnoLab 2 Un modello di compensato TecnoLab 3 Un puzzle tridimensionale La produzione della carta 4 X ESP ESPAN SPAN AN N NSION SION SIO NE 2 5 t ESPANSIONE 3 Il telaio t ESPANSIONE 4 Etichette dei prodotti tessili TecnoLab 10 Un amaca con armatura a tela X X 7 X IN SINTESI CHECK UP... VERSO LE COMPETENZE COSTRUISCI LE COMPETENZE t La lavorazione della lana t Il kevlar t Filatura e pettinatura della lana t Tintura della lana t Confezionamento di maglie in lana 6 TecnoLab 7 Costruzioni con la carta E t La produzione dei lingotti di acciaio t Forgiatura dei metalli t Laminazione in acciaieria t La produzione delle campane t L alluminio disegno 3D ruotabile L altoforno t ESPANSIONE 5 Le leghe a memoria di forma t ESPANSIONE 6 Altri metalli non ferrosi t Proprietà delle materie plastiche t Estrusione della plastica t La lavorazione del vetro cavo t La lavorazione del vetro per centrifugazione t Lavorazione artigianale del vetro a Murano t Produzione del vetro float ESPANSIONE 7 Le ceramiche tecniche avanzate TecnoLab 19 Lavorare l argilla a colombino ESERCIZI INTERATTIVI 3 area 1 IL TUO PERCORSO

12 Storia della tecnologia L uomo compie un fondamentale e decisivo balzo in avanti nello sviluppo della tecnica con la scoperta dei metalli. Secondo le ricerche e i ritrovamenti effettuati, il rame fu scoperto per la prima volta nell antico Egitto circa 6500 anni fa. L uso dei metalli, più facili da lavorare della pietra, modificò la vita dell uomo, stimolando nuove scoperte e varie applicazioni tecniche. Al rame seguì il bronzo, più resistente, che permise la costruzione di armi e utensili più efficaci. Tra il 1500 e il 1100 a.c. si diffuse l uso del ferro (età del ferro), più difficile da estrarre e lavorare. Le basi della siderurgia moderna furono poste nel Trecento, e avviarono il processo che doveva condurre ai moderni altiforni. Nei secoli successivi il progresso tecnologico fece aumentare la richiesta di metalli e minerali in genere, moltiplicando le miniere e sviluppando e perfezionando i sistemi di estrazione.

13 1 area TECNOLOGIA DEI MATERIALI area 1 Il procedimento per la fabbricazione della carta pare sia merito del cinese Ts ai Lun (105 d.c. circa). Egli utilizzava ritagli di seta, ma in seguito la carta fu prodotta usando corteccia di gelso e di altre piante. Le fettucce ottenute erano cotte con acqua e calce: si aveva così una pasta da cui venivano ricavati i fogli. In Occidente la carta fu portata dagli arabi, intorno al Mille. Pare che nel 1144 sia sorta a Valenza, in Spagna, la prima cartiera, mentre verso il 1250 sarebbe apparsa la carta a Fabriano, nelle Marche. I cartai di Fabriano diffusero la nuova arte in Italia e poi negli altri Paesi europei. A Fabriano il procedimento della fabbricazione della carta venne perfezionato. La prima materia plastica di sintesi è la celluloide, scoperta nel 1869 dall americano Hyatt. Scopo della ricerca era trovare una materia che potesse sostituire il costoso avorio nella produzione delle palle da biliardo, perché un costruttore di biliardi aveva proposto un premio di diecimila dollari a chi fosse riuscito nell impresa. Fu utilizzata come materia prima la nitrocellulosa, un esplosivo di alta potenza scoperto 23 anni prima dal chimico svizzero Cristiano Federico Schonbein, mescolando insieme delle fibre vegetali con acido nitrico e acido solforico a cui si aggiunse la canfora, per migliorarne le capacità plastiche e mantenerle a lungo. Da allora sono state scoperte moltissime nuove materie plastiche, che hanno sostituito i metalli, il vetro e le ceramiche in molti utilizzi.

14 area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI 1 Scegliere i materiali Quando si deve produrre un oggetto, che sia un libro, un anello, un mobile o un vestito, è necessario innanzitutto decidere quale sia il materiale migliore per realizzarlo. La scelta può avvenire tra i moltissimi materiali già esistenti 1, oppure può accadere che siano necessari materiali nuovi, studiati appositamente per ottenere risultati particolari. Ogni materiale, infatti, può essere utilizzato per la fabbricazione di determinati oggetti e non di altri. Prova a riflettere. Potremmo produrre un martello di vetro? No, perché il vetro è un materiale fragile. Potremmo scegliere il legno per la fabbricazione di una pentola? No, perché il legno non resiste al calore. Potremmo utilizzare la carta per fabbricare un bicchiere? No, perché la carta è permeabile all acqua. Potremmo costruire i binari ferroviari in legno? No, perché il legno ha una scarsa resistenza agli sforzi e agli urti. Sceglieremmo le fibre tessili per costruire i cavi di una funivia? No, perché hanno resistenza meccanica insufficiente. Per poter scegliere il materiale più adatto a produrre un determinato oggetto è necessario conoscerne le caratteristiche e le proprietà, per valutare se esso possiede i requisiti necessari. La scelta viene altrettanto influenzata dal ciclo di vita del materiale, poiché le lavorazioni necessarie a permetterne l impiego e le conseguenti trasformazioni da attuare per garantire il suo smaltimento condizionano notevolmente il costo e l impatto che esso produce sull ambiente. 1 pelle o tessuto plastica vetro gomma materiale sinterizzato (pastiglie dei freni) alluminio 6

15 1.1 CLASSIFICAZIONE DEI MATERIALI Con il termine materiale intendiamo una sostanza utilizzata per produrre oggetti necessari a soddisfare i bisogni dell uomo. Esistono molti modi per classificare i materiali. Quella che seguiremo, dunque, è solo una delle tante possibili. La prima distinzione che si può fare è tra i materiali di origine naturale e quelli artificiali 2. [ 1 ] Scegliere i materiali area 1 Materiali di origine naturale Tra i materiali di origine naturale si collocano genericamente i minerali metalliferi (minerali di ferro, rame, alluminio, stagno ecc.) e i minerali non metalliferi (pietra, argilla, sabbia). Questi materiali possono essere utilizzati direttamente, per esempio nella costruzione di terrapieni e muri a secco, per scolpire una statua, oppure come materia prima da cui estrarre una materia seconda, come nel caso del l estrazione dei diversi metalli dai rispettivi minerali o nel caso del vetro, che viene prodotto a partire da sabbie silicee. Tra i materiali di origine naturale sono compresi anche quelli biologici, che compongono del tutto o in parte gli organismi viventi, piante o animali. L esempio più ovvio è il legno, ma possiamo aggiungere le pelli, il cuoio, le gomme naturali e le fibre tessili naturali, come la lana, il cotone, la canapa, il lino. Materiali artificiali La seconda grande categoria è quella dei materiali artificiali, che non sono reperibili in natura, ma sono prodotti dall uomo. In questo gruppo possiamo includere le materie plastiche, le gomme sintetiche, le fibre tessili chimiche, le leghe metalliche e i materiali compositi. minerali: sostanze inorganiche che si trovano in natura allo stato cristallino. materiali compositi: materiali di recente realizzazione, derivati dall unione di due o più materiali diversi. 2 MATERIALI I materiali autoriparanti NATURALI ARTIFICIALI MINERALI BIOLOGICI materie plastiche gomme sintetiche fibre tessili chimiche leghe metalliche materiali compositi metalliferi: ferro rame piombo zinco stagno alluminio ecc. non metalliferi: pietra sabbie argille ecc. legno pelli e cuoio gomme naturali fibre tessili naturali ecc. 7

16 1.2 PROPRIETÀ DEI MATERIALI area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI Abbiamo detto che, per poter scegliere il materiale più adatto a un determinato uso, è necessario conoscerne le proprietà. Le principali proprietà dei materiali si distinguono in tre categorie 3 : proprietà fisiche e chimiche proprietà meccaniche proprietà tecnologiche. Proprietà fisico-chimiche Le proprietà fisiche e chimiche riguardano la natura dei materiali e la loro struttura. Le proprietà che rientrano in questa categoria sono molto numerose; di seguito vengono elencate le principali. Temperatura di fusione: è la temperatura alla quale una sostanza passa dallo stato solido a quello liquido. La fusione avviene con assorbimento di calore (calore di fusione) e la temperatura della sostanza smette di salire finché la sostanza non passa completamente allo stato liquido; terminato il passaggio di stato, la temperatura torna a salire. Massa volumica: è definita come il rapporto tra la massa di un corpo (che possiamo indicare come la quantità di materia che lo compone) e il suo volume. Fornisce indicazioni importanti riguardo la leggerezza o la pesantezza di un materiale. Conducibilità termica: indica l attitudine di un materiale a trasmettere il calore. La conoscenza di tale proprietà è molto importante, come nel caso in cui siano utili materiali che scambiano facilmente calore (per esempio nei radiatori) oppure materiali cattivi conduttori di calore (come negli isolanti termici in edilizia). Dilatazione termica: esprime la variazione di volume che un corpo subisce al variare della sua temperatura. Questa caratteristica è rappresentata attraverso il coefficiente di dilatazione termica, che è un valore caratteristico del materiale e che si ricava sperimentalmente. Conducibilità elettrica: indica l attitudine di un materiale a trasmettere la corrente elettrica. Generalmente un buon conduttore elettrico è anche un buon conduttore termico (come avviene nei metalli), pur esistendo importanti eccezioni. La conducibilità elettrica viene espres- 3 PROPRIETÀ DEI MATERIALI PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE PROPRIETÀ MECCANICHE PROPRIETÀ TECNOLOGICHE colore temperatura di fusione massa volumica conducibilità termica conducibilità elettrica resistenza alla corrosione durezza tenacità resistenza all usura resistenza meccanica: a trazione a compressione a torsione a essione a taglio malleabilità duttilità fusibilità temperabilità saldabilità 8

17 sa spesso con la proprietà opposta, detta resistività, che è infatti l attitudine di un materiale a opporre resistenza al passaggio della corrente: i materiali a bassa resistività vengono utilizzati come conduttori di elettricità (come il rame) mentre i materiali ad alta resistività sono impiegati per costruire resistenze elettriche. Resistenza alla corrosione: la corrosione è un alterazione chimica, dovuta a cause ambientali, che interessa soprattutto i metalli. La resistenza alla corrosione di un materiale ne indica, quindi, l attitudine a resistere al deterioramento superficiale. [ 1 ] Scegliere i materiali area 1 Proprietà meccaniche Le proprietà meccaniche indicano l attitudine dei materiali a resistere alle sollecitazioni esterne. Le più importanti sono: durezza, elasticità, tenacità (o resilienza), resistenza all usura, resistenza meccanica alle sollecitazioni di trazione, compressione, torsione, flessione e taglio 4. Durezza: è la resistenza che un materiale oppone al farsi scalfire o penetrare da altri corpi. Elasticità: è la capacità di un materiale di deformarsi sotto l azione di una forza esterna, e di tornare alla forma iniziale nel momento in cui cessa l azione della forza che l ha deformato. Il limite di elasticità rappresenta il valore della sollecitazione oltre il quale il materiale può subire deformazioni permanenti o rompersi. Tenacità (o resilienza): è la capacità di un materiale di resistere a urti violenti senza rompersi. I materiali tenaci, se sottoposti a sforzi, si deformano prima di rompersi. La proprietà contraria alla tenacità è la fragilità. Proprietà tecnologiche Le proprietà tecnologiche indicano il comportamento che i materiali hanno nei confronti delle diverse lavorazioni. Di seguito vengono elencate le principali. Plasticità: attitudine di un materiale, sottoposto a forze esterne, a deformarsi in maniera permanente senza rompersi. Dalla plasticità dipendono la duttilità e la malleabilità. Malleabilità: proprietà dei metalli di lasciarsi ridurre in lamine e fogli sottilissimi, mediante schiacciamento tra due cilindri (laminatoio). 4 SOLLECITAZIONI MECCANICHE trazione compressione torsione Il materiale è sottoposto a forze che determinano o tendono a determinare un allungamento. Il materiale è sollecitato da una o più forze che tendono a comprimerlo. Il materiale è sottoposto a coppie di forze che tendono a far ruotare le fibre. flessione taglio Il materiale è sollecitato da forze che tendono a piegare (flettere) le fibre. Il materiale è sottoposto a forze che tendono a far scorrere una sezione di fibre sulla sezione più vicina. 9

18 area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI Duttilità: proprietà dei metalli di lasciarsi ridurre in fili. I metalli più duttili sono l oro e l argento. Fusibilità: facilità con cui i metalli passano dallo stato solido allo stato liquido per mezzo del calore. Temprabilità: capacità, tipica del vetro e dei metalli, di acquistare maggiore durezza e resistenza se riscaldati e poi immediatamente raffreddati. Saldabilità: attitudine di alcuni materiali a venire uniti con se stessi o con altri materiali, sotto l azione del calore, fino a formare un unico corpo. semilavorati: prodotti industriali che devono subire un ulteriore lavorazione per diventare prodotti finiti. Per esempio, barre, tubi, lamiere ecc. sono semilavorati metallici. 1.3 IL CICLO DI VITA DEI MATERIALI I materiali utilizzabili per costruire gli oggetti si trovano raramente, in natura, già pronti per essere impiegati nella produzione: al contrario, quasi tutti vengono sottoposti a una serie di trasformazioni fisiche o chimiche, per diventare materiali semilavorati. Dai materiali semilavorati si ottengono, con lavorazioni successive, i prodotti finiti. Tutti i prodotti finiti ci forniscono esempi di trasformazioni di materie prime. Per esempio, dagli alberi (materie prime) vengono ottenuti i legnami (materiali semilavorati), che vengono trasformati in mobili, porte ecc. (prodotti finiti); dai minerali metallici (materie prime) si estraggono i metalli, generalmente prodotti in barre (materiali semilavorati), che vengono poi trasformate in bulloni, morse, macchine utensili ecc. (prodotti finiti). Al lungo percorso che i materiali compiono, dalle materie prime attraverso i semilavorati, i prodotti finiti, i rifiuti e il loro riciclaggio, si dà il nome di ciclo dei materiali 5. 5 IL CICLO DEI MATERIALI lavorazione lavorazione semilavorati materie prime prodotti finiti estrazione e produzione RICICLAGGIO rifiuti smaltimento consumo 10

19 La nuova vita dei materiali I semilavorati si possono anche ottenere riutilizzando i materiali di scarto dei processi produttivi (per esempio gli scarti metallici di lavorazione, che vengono fusi nuovamente) e dal recupero di materiali non più utilizzati (carta, vetro, metalli, materie plastiche, residui e ritagli di fibre tessili, filati e tessuti, scarti e trucioli di legno, residui della lavorazione delle pelli, residui dell industria olearia). Questi interventi di riciclaggio sono spesso meno costosi delle tecnologie necessarie per trasformare le materie prime in semilavorati; inoltre, per certe materie prime in via di esaurimento, rappresentano una vera e propria risorsa, abbondantissima soprattutto nelle aree industrializzate del mondo. In Italia una significativa porzione del mercato e dell industria opera da anni nel campo del recupero e del riutilizzo dei materiali: basta ricordare il notevole sviluppo raggiunto dall industria metallurgica da rottame e da alcuni settori tessili e cartari, che lavorano essenzialmente con materiali di recupero. Per esempio, le auto dismesse vengono portate ai demolitori, che recuperano i pezzi ancora utilizzabili come ricambi. Successivamente l auto viene fatta passare in una pressa, che la riduce in cubi, in modo che occupi il minimo ingombro quando viene trasportata alle industrie che devono riciclarla 6. La raccolta differenziata dei rifiuti ne consente il recupero e il riutilizzo e ha pertanto un duplice obiettivo: evitare l accumulo di rifiuti nell ambiente ridurre lo spreco di energia e di materie prime. [ 1 ] Scegliere i materiali area 1 6 AUTO DEMOLITORE SMALTIMENTO FRANTUMATORE COMMERCIANTE batteria olio carburante liquido freni liquido refrigerante RECUPERO DEI METALLI FERROSI E FUSIONE recupero parti di ricambio smaltimento degli scarti non metallici recupero dei metalli non ferrosi presso società specializzate 11

20 Nuova vita per i materiali humus: componente organico del terreno, dalla presenza del quale dipende la sua fertilità. Il riciclaggio della plastica biodegradabile: materiale decomponibile in composti chimici sotto l azione di vari agenti ambientali. 7 I contenitori che riportano questo simbolo sono riciclabili. area 1 TECNOLOGIA DEI MATERIALI 1.4 LA RACCOLTA DIFFERENZIATA DEI RIFIUTI Per far sì che i rifiuti siano correttamente smaltiti e riciclati è necessario che siano divisi a seconda del materiale di cui sono costituiti, separando anche il rifiuto secco dal rifiuto umido. La parte secca dei nostri rifiuti va poi distinta in secco riciclabile (vetro, carta, plastica, alluminio, che va posto nei cassonetti di diverso colore a seconda dei materiali) e secco non riciclabile, che va posto nei comuni cassonetti (vedi pagina 188). Il materiale organico La frazione umida dei rifiuti è spesso responsabile di problemi igienici, che possono essere risolti attraverso il compostaggio. Questo consiste in un processo biologico attuato da microrganismi che si nutrono della sostanza organica, ne causano la decomposizione e producono una sostanza simile all humus. Questo prodotto, detto compost, può essere validamente utilizzato per sostituire i normali concimi chimici, in quanto è ricco di minerali e sostanza organica. Sono adatti per produrre il compost: la carta, i rifiuti organici domestici, la potatura del verde pubblico, lo sfalcio dei prati, i rifiuti agricoli e i fanghi della depurazione biologica delle acque reflue urbane. Il processo necessita, per il suo completamento, di 8-12 mesi se il compostaggio avviene per via naturale e di giorni se avviene per via artificiale. Alla fine da 1 kg di rifiuti si ottengono 300 g di compost. Il vetro Il corretto riciclaggio del vetro consente di: non estrarre ulteriore materia prima dalle cave; ridurre del 30% l energia necessaria per produrre un nuovo oggetto; ridurre la quantità di rifiuti da smaltire in discarica. Nei contenitori per la raccolta differenziata si possono gettare bottiglie, barattoli, vasi e contenitori di vetro puliti, privi dei tappi di chiusura, mentre non si devono gettare specchi, tubi al neon, lampade, oggetti di cristallo, vetro da forno (pirofile), oggetti in ceramica e porcellana, buste di plastica e qualsiasi altro rifiuto. L introduzione di materiali diversi dal vetro provoca grosse difficoltà in fase di recupero e riciclaggio. Ricorda di non lasciare lastre di vetro fuori dai cassonetti: sono pericolose e aumentano i costi di raccolta. La plastica La plastica è un materiale artificiale originato dal petrolio. Ne esistono molti tipi differenti, ognuno dei quali è caratterizzato da una sigla (stampata su ogni oggetto realizzato con quel materiale) che lo identifica. Molti tra i più diffusi non sono biodegradabili. Proprio per questo, oltre che per l enorme diffusione degli oggetti e degli imballaggi in plastica, diventano di primaria importanza sia il riciclaggio sia un utilizzo più razionale della plastica. Gli oggetti in plastica che è possibile riciclare riportano i pittogrammi evidenziati in figura 7. Se analizziamo un cassonetto pieno di plastica, ci accorgiamo che il 97% dello spazio è occupato da aria e solo il 3% da materiale. È necessario perciò schiacciare preventivamente i rifiuti, al fine di ridurre il volume al minimo, per rendere più economico il recupero. Per ridurre l uso della plastica è bene: preferire cibi e bevande in contenitori di vetro, meglio se a rendere ; evitare prodotti in plastica usa e getta (bottiglie, piatti, posate); usare borse per la spesa riutilizzabili al posto dei sacchetti. L alluminio L alluminio si ricava da un minerale chiamato bauxite. Il suo riciclaggio consente di non estrarre ulteriore materia prima e di ottenere un risparmio di energia pari al 95%. 12

21 L alluminio si può riciclare soltanto se è pulito: corpi estranei come ferro, sostanze sintetiche o sporcizia ne rendono più difficile il riutilizzo. Nei contenitori per la raccolta differenziata 8 si possono gettare lattine per bibite in alluminio (hanno il simbolo AL), mentre non si devono gettare lattine per olio, lattine per bibite non in alluminio, contenitori per conserve (pelati, tonno, fagioli, mais, ananas, pesche ecc.) e qualsiasi altro rifiuto, a meno che sul contenitore sia indicato diversamente. Distinguere le lattine in alluminio da quelle in banda stagnata può essere fatto con l aiuto di una calamita: la banda stagnata viene attratta, l alluminio no. La carta È sufficiente recuperare una tonnellata di carta per salvare 3 alberi alti 20 m; se riciclassimo anche solo il 20% della carta che buttiamo, risparmieremmo da 4 a 5 milioni di alberi, da 2 a 5 miliardi di kwh di energia elettrica e da 280 a 440 miliardi di litri d acqua (per produrre una tonnellata di carta occorrono litri d acqua). La raccolta differenziata della carta: riduce le importazioni di carta da macero e quindi influisce positivamente sull economia del paese; riduce il volume dei rifiuti solidi e quindi influisce positivamente sull ambiente e sull economia del tuo comune di residenza; riduce l utilizzo di pasta ricavata dagli alberi e quindi influisce positivamente sul mantenimento delle foreste. Nei contenitori per la raccolta differenziata si può gettare carta, cartone, giornali, riviste, imballaggi, mentre non si può gettare carta unta e sporca, carta unita ad altri materiali, come contenitori tetrapak usati per latte (a meno che non sia espressamente previsto), acqua e succhi di frutta, carta carbone, carta stagnola, carta vetrata, carta plastificata e qualsiasi altro rifiuto. Più importante ancora del riciclaggio è il risparmio della carta, che risolve il problema a monte. Ecco qualche consiglio utile. Non buttare un foglio se non è scritto su entrambe le facciate, ma usalo per la brutta copia. Fai le fotocopie sempre fronte e retro. Non prendere volantini o fogli pubblicitari se non ti interessano. Usa il più possibile carta riciclata. Scegli prodotti con meno imballo possibile. [ 1 ] Scegliere i materiali banda stagnata: foglio di acciaio ricoperto su entrambe le facce da sottili fogli di stagno. Il riciclaggio dei materiali da imballaggio area