Il Motore elettrico nella società di massa

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1 Liceo Scientifico Tecnologico L. da Vinci, Lanciano Anno Scolastico 2009/2010 Il Motore elettrico nella società di massa Alunno: Priori Mario Classe: V Lst-A Docenti referenti: - Prof. Quintino d Annibale - Prof. Arturo Ventrella - Prof. Marco Nicastro - Prof. ssa Giuseppina Palazzoli - Prof. ssa Rosamaria Di Loreto - Prof. Rocco Piccone

2 Sommario FISICA... 2 MOTORE ELETTRICO A CORRENTE CONTINUA... 3 MATEMATICA... 6 ENERGIA IMMAGAZZINATA IN UN CAMPO MAGNETICO... 6 CHIMICA... 7 REGOLA DI MARKOVNIKOV... 7 INGLESE:... 8 THOMAS ELIOT... 8 STORIA... 9 LA SOCIETA DI MASSA... 9 ITALIANO GIOVANNI PASCOLI INFORMATICA E SISTEMI TRASDUTTORI DI TEMPERATURA /14

3 FISICA MOTORE ELETTRICO A CORRENTE CONTINUA Parlando dei motori elettrici a corrente continua possiamo dire che un primo prototipo fu inventato da Faraday nella prima metà del 1800, usando un cavo elettrico fissato verticalmente ed immerso nel mercurio, nel piatto vi era anche un magnete, quando la corrente elettrica veniva fatta scorrere nel cavo esso girava attorno al magnete. Al giorno d oggi i motori a corrente continua sono del tutto diversi da quello inventato da Faraday: sono formati da un guscio esterno magnetico, al suo interno vi è un albero dove sono fissati due avvolgimenti di spire in cui scorre corrente continua, alle due estremità dell albero vi è un commutatore che inverte il senso della corrente ad ogni mezzo giro compiuto. Quindi passiamo alla descrizione delle principali fasi di un motore a corrente continua: In questa immagine è illustrato il momento in cui la corrente scorre nelle spire, quindi secondo la legge di Lorenz sulla spira si creerà una coppia di forze dovuta al passaggio di corrente in un campo magnetico, questa forza fa ruotare le spire finché non si allineano con il campo magnetico. 3/14

4 Quindi nella seconda fase l albero continua il suo moto per arrivare all allineamento. Nella terza fase avviene l allineamento delle spire con il campo magnetico, quindi teoricamente il motore si dovrebbe fermare, però i cavi sono collegati, tramite delle spazzole, ad un commutatore che in questa fase, come in quella opposta, inverte il senso della corrente nelle spire, quindi per la regola delle tre dita, le spire dovranno allinearsi al campo e il moto continua. Affrontando teoricamente il meccanismo che fa funzionare un motore a corrente continua, si deve introdurre il concetto di momento torcente su una spira percorsa da corrente, infatti se noi abbiamo una spira quadrata percorsa da una quantità di corrente immersa in un campo magnetico, si andrà a formare su di essa, secondo la regola di Lorenz, una coppia di forze, nel nostro caso F e F, che saranno concordi ad esercitare un momento sulla spira, che la fanno ruotare attorno al suo asse centrale, finché la spira non si allineerà con il campo magnetico, questo movimento prende il nome di momento torcente. 4/14

5 Nello schema riportato sotto si vede come le forze per ogni lato sono disposte secondo la regola della mano sinistra, le forze giacenti lungo i lati più corti non sono menzionate perché si annullano a vicenda, solo quelle lungo i lati lunghi contribuiscono alla rotazione, quindi andiamo a definire il momento torcente, che ha la stessa definizione di momento meccanico, quindi forza per spostamento, come primo passaggio andiamo a definire la forza: Nel nostro caso le forze che generano momento sono quelle applicate sul lato a (schema), è il loro braccio rispetto all asse è la metà del lato b, quindi: Facendo le dovute somme si avrà: Volendo generalizzare questa relazione per un numero N di spire, avremo: In questa relazione N rappresenta il numero di spire, a il lato lungo che va ha formare la forza (come in figura), b il braccio. 5/14

6 MATEMATICA ENERGIA IMMAGAZZINATA IN UN CAMPO MAGNETICO Dei campi magnetici abbiamo già parlato in fisica, e come essi fanno funzionare un motore elettrico a corrente continua, ma essi sono in grado anche di immagazzinare energia che adesso andremo a vedere dal punto di vista matematico. Ipotizzando di avere un solenoide di induttanza L collegato ad un generatore di f.e.m., quindi si genera nel circuito una f.e.m. autoindotta: Questa è legata alla f.e.m. del generatore e alla resistenza del circuito, facendo anche riferimento alla legge delle maglie, dalla seguente relazione: Dove di/dt è la rapidità con cui varia l intensità di corrente. Se nel circuito fluisce la carica elementare dq=idt, l energia fornita dal generatore nel circuito sarà: L ultimo termine di questa relazione rappresenta l energia che disperde sottoforma di calore nella resistenza, mentre il termine Li di rappresenta l energia che si accumula nel campo magnetico concatenato con il solenoide. Quindi se l intensità di corrente varia da 0 a i, l energia accumulata nel campo è: Che corrisponde proprio alla relazione fisica che regola l energia magnetica immagazzinata in un campo magnetico. 6/14

7 CHIMICA REGOLA DI MARKOVNIKOV Vladimir Markovnikov era un chimico russo, noto per la regola che porta il suo nome. Facendo qualche accenno sulla vita, lui frequentò l università come uno studente di legge, ma presto rimase affascinato dalle lezioni di chimica nella stessa università. Dopo la laurea in chimica si trasferì due anni in Germania per i primi sbocchi lavorativi, per poi tornare in Russia dove iniziò il dottorato, proprio in questo periodo tenne le sue prime lezioni come professore straordinario, e cominciò a lavorare sugli effetti di orientazione nelle reazione di addizione elettrofila che lo portarono a formulare nel 1869 quella che è conosciuta dai chimici di tutto il mondo come regola di Markovnikov. In chimica la regola di Markovnikov è una regola che indica l orientamento preferenziale delle carica in una reazione di addizione elettrofila, affermando che l idrogeno si lega al carbonio più idrogenato del doppio legame. Ed ha la seguente definizione: Quando un alchene di struttura asimmetrica si combina con un acido alogenidrico, l'idrogeno si attacca al carbonio del doppio legame che è legato al maggior numero di atomi di idrogeno, mentre l'alogeno si lega al carbonio del doppio legame più povero di idrogeno Questo perché quando un atomo di idrogeno si lega con uno dei due atomi di carbonio, legati tramite doppio legame, si forma un carbocatione. Un carbocatione è tanto più stabile quando più la carica sarà delocalizzata su altri atomi, quest ultimo passaggio si realizza grazie ad uno spostamento parziale degli elettroni dei legami σ C-H e C-C verso l atomo di carbonio positivo, se il carbocatione è circondato da atomi di carbonio sarà più facile disperdere la carica. Quindi si può affermare che nelle reazioni di addizione elettrofila è favorita la formazione di carbocationi terziari rispetto ai secondari e secondari piuttosto che primari, come già detto per far si che la carica si delocalizzi meglio. Reazioni che seguono l'orientamento inverso, ovvero in cui l'idrogeno va a legarsi all'atomo di carbonio meno idrogenato, vengono dette "anti-markovnikov". 7/14

8 INGLESE: THOMAS ELIOT Eliot is the best known and influential personality of poetic Modernism and one of the greatest English poets of the century. His first volume of verse, Prufrock and other observations, appeared in His most important composition is The Waste Land, the poem was edited and reduced to grater intensity by Ezra Pound, to whom it is dedicated, and come out in1922. Others of his compositions were: Ash Wednesday, Murder in the Cathedral, Four Quartets. Thomas Eliot had by this time become internationally acclaimed, and in 1948 he was awarded the Nobel Prize for literature. He is worth to remembered as poet and dramatist by the critics. Eliot left several assays, which greatly contributed to define the modern age and the role of culture. An American by birth and a cosmopolitan by vocation and education. He acknowledged a special debt to Dante, he considered a model for his own poetry. If Dante was to him the Poet par excellence, Eliot also acknowledged other influences: the Metaphysical poets, the Symbolism and Baudelaire. The Waste Land is a typical example of Modernism. Based on various legends, it portrays modern London as a sterile, west land, and expresses the depression and cynicism of the post war period. The poem is built around several symbols, the most important of which are drought and flood, representing death and rebirth. The main difficulty for the reader is to understand its meaning: there seems to be no beginning and no end; thoughts appear unfinished; there are abrupt shifts; the characters are not clearly defined and the events cannot be located at a particular place; the past merges with the present. The name of Thomas S. Eliot is often associated with that of the Italian poet Eugenio Montale. They know and admired each other s works, and shared a sense of solitude and uneasiness in the modern world, that they perceived as sterile and often hostile. Montale adopted the use of objective correlative, that he found very congenial to his own poetry and became typical of large part of his output. The following poem presents life as barren, unpleasant, waste land; here we find a very famous objective correlative, the wall covered with pieces of broken glass, which produces the emotion of frustration, desolation, of feeling alone in a hostile reality. 8/14

9 STORIA LA SOCIETA DI MASSA Sicuramente il clima storico in cui Faraday faceva i suoi primi esperimenti sul motore elettrico, era volto ad un progresso in tutti gli ambiti, specialmente in quello tecnologico, infatti ci troviamo nel periodo dei primi sviluppi della società di massa. Parlando di questo passaggio storico introduciamo in primo luogo il significato del termine massa, che sta ad indicare un aggregato omogeneo in cui i singoli tendono a scomparire rispetto al gruppo. In primo piano in questa società vi è un grande sviluppo delle relazioni sociali, infatti con il grande sviluppo degli agglomerati urbani vi è una maggiore frequenza di incontro tra la popolazione, però, questi rapporti assumono un carattere anonimo e impersonale, specie nelle grandi istituzioni statali; inoltre in questo periodo viene introdotta una vera e propria economia di mercato. Grande caratteristica di questo periodo storico fu l industrializzazione, infatti, i paesi più industrializzati conobbero dalla fine dell 800 alla prima guerra mondiale un intensa espansione in questo campo. In questo periodo il numero di operai nelle aziende era pressoché raddoppiato, quindi vi fu un vero è proprio ampliamento del mercato su scala mondiale, per consentire questo vi fu l introduzione, per prima dalla Ford, della catena di montaggio, quindi la produzione in serie che consentiva una rete commerciale molto più allargata, grazie ad una produzione sempre maggiore, si riaprirono le vendite a domicilio, con forme di pagamento agevolato. Su questi processi vi furono anche dei veri e propri studi, tra cui quello di Taylor, che pubblicò un libro che si basava sullo studio sistematico del lavoro in fabbrica, con rivelazioni di tempi standard, regole e ritmi. In questo grande clima di benessere, e questi nuovi incarichi in ambito lavorativo, si formarono anche dei nuovi ceti sociali, che venivano divisi in base alla manodopera generica, i lavoratori qualificati, il lavoro autonomo e il lavoro dipendente. Sicuramente una buona posizione in questi ceti era ricoperta dai cosiddetti colletti bianchi, che erano chiamati così perché erano vestiti sempre in camicia, essendo degli impiegati, assolvendo ad incarichi istituzionali. In questa società volta alla modernità, non vi potevano essere delle differenze d istruzione, infatti, in questo periodo si fece capire alla popolazione che l istruzione non era un privilegio delle alte classi sociali, ma, era aperta a tutti, e con ciò si portarono anche nuovi posti di lavoro; quindi l istruzione fu resa obbligatoria fino alla quinta elementare, e furono migliorate le scuole medie e superiori; con ciò vi fu una rilevante diminuzione del tasso di analfabetismo. Forse una conseguenza di questo fu un aumento radicale delle vendite dei giornali e dei quotidiani, quindi le case editrici furono costrette ad aumentare le tirature e vi fu l introduzione delle agenzie di stampa. In questo contesto storico non fu dimenticata la parte militare, infatti, fu introdotto il servizio militare di leve con delle ferme variabili; questo servizio fu incentivato anche dal fatto che con l introduzione della ferrovia gli eserciti 9/14

10 potevano spostarsi su territori ampi in poco tempo, quindi così si formarono i moderni eserciti di massa. In questo clima di modernizzazione vi era anche un bisogno di affermazione della democrazia, infatti, il voto era aperto a tutto il popolo maschile solo in Francia, Germania e Svizzera, e un altro grande frutto di questa società fu di aprire il voto a tutta la popolazione maschile maggiorenne, indipendentemente dalle classi di appartenenza, quindi andarono nascendo i primi partiti di massa, fra cui il partito socialdemocratico tedesco, per il controllo dei diritti dei lavoratori aumento il numero di associazioni e di sindacati che si trovavano all interno delle aziende stesse. Alla vista di tutto ciò il popolo femminile volle anch esso rivendicare i suoi diritti, come quello elettorale, e quello dell accesso agli studi universitari, questa protesta ebbe il suo apice in Gran Bretagna, dove vi era la protesta delle suffragette, rivendicando il diritto di suffragio, questi movimenti furono lunghi e decisi anche con marce sul parlamento; però questi movimenti furono abbandonati e cessarono nel silenzio. Molto più fortunati furono gli operai, infatti, furono assicurati contro gli infortuni, fu istituita una pensione di vecchiaia e sussidi per disoccupati. Si cerco anche di diminuire le ore di lavoro ad un numero ragionevole e il diritto ad almeno ad un riposo settimanale, inoltre, furono introdotte delle imposte dirette, sul reddito, e diminuite quelle indirette, che gravano sui consumi e sulle attività economiche. 10/14

11 ITALIANO GIOVANNI PASCOLI Giovanni Pascoli nacque a San Mauro di Romagna nel 1855, dai sette ai quattordici anni studiò in un collegio ad Urbino, che dovette lasciare per la morte del padre, ucciso da sconosciuti mentre tornava a casa. Dopo molti lutti in famiglia si iscrisse alla facoltà di lettere dell università di Bologna. Aderì anche ad iniziative socialiste, ma dopo un attentato al re Umberto I fu arrestato e decise che la sua carriera politica sarebbe finita lì. Dopo questo episodio si laureò ed insegno prima latino e greco in alcuni licei, poi lettere alle università di Messina e Pisa, finché non ottenne la cattedra a Bologna lasciatagli dal Carducci. Morì a Bologna nel Per quanto riguarda il suo pensiero Pascoli ebbe una concezione dolorosa della vita, sulla quale influirono due fatti principali: la tragedia familiare e la crisi del positivismo. La tragedia familiare colpì il poeta il 10 agosto 1867, quando gli fu ucciso il padre. Alla morte del padre seguì, quella della madre, della sorella maggiore, Margherita, e dei fratelli Luigi e Giacomo. Questi elementi lasciarono in lui quell impressione del nido familiare distrutto, quindi da ricostruire faticosamente. Infatti, uno dei testi di punta del Pascoli è il X Agosto, che è un poema dedicato alla morte del padre Ruggero, ucciso mentre tornava a casa da una fiera; nella mente del poeta, allora dodicenne, è rimasta per sempre impressa la crudeltà, anche a trent anni di distanza. L altro elemento che influenzo il pensiero di Pascoli, fu la crisi del positivismo, che si verificò verso la fine dell Ottocento e travolse i suoi miti più celebrati: la scienza liberatrice e il progresso. Il Pascoli, nonostante fosse inizialmente un seguace delle dottrine positivistiche, non solo riconosce l impotenza della scienza di fronte ai problemi umani e sociali, ma l accusa anche di aver reso più infelice l uomo, distruggendo in lui la fede di Dio e l immortalità dell anima, che era stata per secoli il suo conforto. Da questa constatazione fu tratto a formulare una teoria etico sociale, di origine sentimentale, improntata ad un umanitarismo generico, contenuta nella prefazione della raccolta Myricae, che fu così chiamata non solo per indicare l argomento prevalentemente campestre, ma anche per indicare la sua inferiorità nei confronti del maestro Carducci, infatti, le myricae erano delle piante non pregiate. Quindi il Pascoli vuole dire che il male e il dolore sono un prodotto degli uomini e non della natura, il Pascoli esorta a bandire, nei loro rapporti, l egoismo, la violenza, la guerra, ad unirsi e ad amarsi come fratelli nell ambito della famiglia, della nazione, dell umanità. Questa condizione è rappresentata dalla poesia dei due fanciullini, che dopo essersi picchiati vengono messi a letto, nel buio e per paura si abbracciano. La poetica di Pascoli è legata alla sua concezione del mistero come realtà che ci avvolge, ad esplorare questo mistero si sono rivelate impotenti sia la filosofia che la scienza; ma dove hanno fallito il filosofo e lo scienziato, può riuscire il poeta, infatti, Pascoli fa appello al fanciullino che è dentro di se e dentro di tutti noi, egli solo può 11/14

12 esplorare questo mistero, grazie a uno spirito ingenuo e spontaneo, che possono possedere solo i fanciulli, riesce a cogliere gli aspetti nascosti delle cose. Questa poetica viene esplicata nello scritto intitolato Il fanciullino,pubblicato nella rivista fiorentina Il Marzocco. Egli per questa poetica prende spunto da un passo del Fedone di Platone, in cui i discepoli del filosofo, pur convinti dell immortalità dell anima, in loro è sempre presente un fanciullino che era il simbolo delle superstizioni, dei terrori della morte e dell oltretomba, da cui siamo turbati da fanciulli ad adulti. Questo fanciullino è in tutti gli uomini, i quali perciò sono tutti più o meno poeti, ma nella maggior parte di essi, distratti e presi dalle loro attività pratiche, il fanciullino tace; in altri, invece, più sensibili e sognanti, cioè veri e propri poeti, il fanciullino fa sentire continuamente la sua voce di stupore davanti alla bellezza della natura e al fascino del mistero. Con questo concetto del fanciullo poeta la tendenza a pargoleggiare guasta tante poesie di Pascoli, e ha portato la condanna della cosiddetta poesia applicata. In realtà il fanciullino che si racchiude in lui tende insistentemente e inesorabilmente a ricreare situazioni ed evocazioni di un mondo intimo ormai perduto per sempre. Altre opere molto importanti di Pascoli furono: Canti di Castelvecchio, che fu dedicato alla madre e Gelsomino Notturno, che rappresenta uno dei risultati più complessi della poesia di Pascoli; esso ricostruisce la magica notte di due sposi attraverso la descrizione di una serie di sensazioni e di emozioni legate fra loro da una trama di corrispondenze. 12/14

13 INFORMATICA E SISTEMI TRASDUTTORI DI TEMPERATURA Prima di parlare dei trasduttori di temperatura, è giusto fare una panoramica generale sui trasduttori, essi possono essere divisi, inizialmente, in due grandi gruppi: - Trasduttori attivi: sono quelli che trasformano una grandezza fisica direttamente in un segnale elettrico, come le termocoppie; - Trasduttori passivi: sono quelli che trasformano una variazione di una grandezza fisica in un parametro elettrico, questi necessitano di un sistema di alimentazione. Un altra seconda classificazione tra i trasduttori è fatta in base al tipo di segnale di uscita che emettono, quindi: - Trasduttori con segnale di uscita analogico; - Trasduttori con segnale di uscita digitale. TRASDUTTORI DI TAMPERATURA Tra i trasduttori i dispositivi più conosciuti sono quelli di temperatura, essi a loro volta possono essere divisi in più tipologie: - A variazione di resistenza; - Termocoppie. TRASDUTTORI DI TEMPERATURA A VARIAZIONE DI RESISTENZA Questi tipi di trasduttori per il loro funzionamento sfruttano la proprietà fisica per la quale la resistenza elettrica varia con il variare della temperatura, secondo la relazione: Nel caso questi trasduttori siano costituiti da metalli, prendono il nome di RTD e appaiono abbastanza simili a un filo, il metallo più utilizzato e che garantisce più precisione è il platino, ma con un costo elevato. Gli RTD sono caratterizzati da un coefficiente di temperatura positivo, quindi un aumento resistenza all aumentare della temperatura, limitata sensibilità e discreta linearità. Per realizzare trasduttori di temperatura a variazione di resistenza, non occorrono forzatamente dei conduttori, ma è possibile farlo anche con dei semiconduttori, che prendono il nome di termistori, che possono presentare coefficienti di temperatura sia positivi (PTC) che negativi (NTC). Il loro vantaggio è che presentano una sensibilità molto più elevata degli RTD, a scapito, però, della linearità, molto inferiore rispetto degli RTD. I PTC che presentano coefficiente di temperatura positivo sono realizzati in titanato di bario sinterizzato. 13/14

14 Gli NTC che presentano coefficiente di temperatura negativo sono realizzati in cobalto, manganese rame e ferro. Per garantire un giusto funzionamento, gli NTC e i PTC o vengono usti per piccoli intervalli di temperatura, oppure vengono affiancati con dei sistemi di linearizzazione. TERMOCOPPIE Le termocoppie rappresentano un tipico esempio di trasduttore attivo, producono, infatti, una grandezza elettrica in base alla temperatura da misurare. La generazione del segnale dalle termocoppie dipende dall effetto termoelettrico, che ha la seguente definizione: In un circuito chiuso realizzato da due conduttori di diversa natura, connessi tra loro in modo da formare due giunzioni che vengono sottoposte a differenti temperature, si genera che cresce di intensità all aumentare dello scarto termico fra le due giunzioni Se noi scaldiamo un giunto, l altro rimarrà a temperatura iniziale, in base alla differenza di temperatura fra i due giunti, sarà la f.e.m. generata. I due punti di contatto vengono denominati giunto caldo e giunto freddo, ed il primo è sottoposto alla temperatura da misurare. Quindi se il circuito viene aperto tra i due terminali è possibile rilevare una f.e.m., strettamente legata alla differenza di temperatura fra i due giunti. La f.e.m. che si andrà a generare dipende esclusivamente dai materiali che vanno a costituire la termocoppia, infatti, variandoli si può abbassare la f.e.m. ed incrementare la temperatura e viceversa. Per rendere la differenza di temperatura sempre efficiente, nei circuiti integrati delle termocoppie vi è un dispositivo che rileva la temperatura ambiente, che assume il giunto freddo. Inoltre, le forze elettromotrici che si genereranno si aggirano sull ordine del millesimo di volt, quindi occorrono degli amplificatori. Mario Priori 14/14