Elettromagnetismo

Autopsia di un elettrodomestico: l'asciugacapelli

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Smontare elettrodomestici vecchi può diventare un’attività dall’altissimo valore educativo: aprendo un dispositivo tecnologico e frugando al suo interno è possibile riscontrare, nella realtà di tutti i giorni, di come le leggi fisiche imparate studiando vengano sfruttate per migliorare la vita di tutti i giorni.

Servendoci di un cacciavite, in questa lezione smontiamo un asciugacapelli e cerchiamo di capirne il funzionamento. Riconosciamo al suo interno un circuito elettrico, composto da un interruttore, un motore elettrico e da alcune resistenze. Schematizziamo il tutto nel seguente diagramma:

La sorgente di tensione elettrica (cioè il dispositivo che genera una differenza di potenziale ai capi del circuito) è la presa: questa genera nel circuito della corrente alternata; nello schema tuttavia abbiamo inserito una sorgente di corrente continua, come potrebbe essere una batteria, dal momento che non abbiamo trattato in questo corso sorgenti di corrente alternata. Nella pratica, riscontriamo lo stesso effetto.

Notiamo innanzitutto la presenza dell’interruttore: esso permette di chiudere il circuito in due diverse modalità, evidenziate dai numeri $1$ e $2$ nel diagramma. Al circuito sono collegate due resistenze, $R$ ed $R’$, ed un motore elettrico, $M$. Come risulta dal diagramma, comunque venga chiuso il circuito $M$ e le resistenze sono collegate in parallelo; se l’interruttore viene messo nella posizione $1$, la corrente attraverserà solo la resistenza $R$, mentre se viene messo nella posizione $2$, le resistenze $R$ ed $R’$ saranno collegate in serie, e la corrente le attraverserà entrambe.

Attraversato da corrente elettrica, un componente resistivo si scalda per effetto joule: come ricordiamo in questa lezione, la resistenza $R$ attraversata da corrente $I$ sviluppa una potenza $P$ pari a $$ P = I^2 \ R $$Questa potenza, non potendo essere spesa per altri effetti, è responsabile di un innalzamento di temperatura nel resistore: dopo un intervallo di tempo di durata $\Delta t$, il calore $\mathcal{Q}$ che la resistenza cede all’ambiente è di $ \mathcal{Q} = I^2 \ R \Delta t $. Sappiamo che resistenze collegate in serie sono equivalenti ad una resistenza di valore pari alla somma delle resistenze in gioco: se impostiamo l’interruttore sulla posizione $2$, quindi, il calore ceduto sarà invece $ \mathcal{Q} = I^2 \ ( R + R’ ) \Delta t $, che è maggiore.

Il motore invece spende questa potenza per produrre lavoro meccanico, con una ventola che sposta dell’aria, la quale verrà convogliata nel tubo del phon, ove sono presenti le resistenze elettriche $R$ e $R’$: per convezione, il calore $\mathcal{Q}$ ceduto dalle resitenze sarà responsabile di un innalzamento della temperatura dell’aria che fluisce attraverso il phon; maggiore è il calore ceduto, maggiore sarà la temperatura dell’aria uscente dal phon: selezionando la posizione $2$ sull’interruttore avremo quindi aria più calda!

Una piccola ma importante raccomandazione: se volete ripetere l’esperienza a casa vostra, fate queste autopsie con il filo staccato dalla presa!

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