Elettromagnetismo

La lampadina elettrica: come funziona e come costruirla in casa

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La lampadina elettrica a filamento è una delle più importanti invenzioni della storia: grazie ad essa l’uomo si è affrancato dal buio della notte e oggi può svolgere le sue attività lungo tutte le 24 ore della giornata. In questo video costruiremo una rudimentale lampadina servendoci di una mina di grafite e di una batteria di pile.

Questo dispositivo è nato piuttosto recentemente: fu brevettato da Thomas A. Edison solo nel 1879, e solo ora, per questioni di efficienza energetica, si necessita di un sostituto.

Una lampadina, per funzionare, deve essere collegata ad un generatore di differenza di potenziale elettrico, ed è costituita da un tratto di materiale conduttore che sia anche combustibile: dal punto di vista dei circuiti, una lampadina non è altro che un resistore. Il suo scopo però è differente: il principio chiave che la lampadina sfrutta per funzionare è l’effetto Joule, che prende il nome dallo scienziato inglese James Prescott Joule, il quale lo descrisse nel 1848. Un componente resistivo, di resistenza $R$, attraversato da una corrente di intensità $i$, o ai cui capi sia applica una differenza di potenziale $V$, sviluppa una potenza$P$ data dalla formula$$ P = i^2 R = \frac{V^2}{R}$$Questa potenza può essere usata per convertire l’energia elettrica che la sviluppa in altri tipi di energia: in particolare, nel caso della lampadina, se svilluppata in un intervallo di tempo di durata $\Delta t$, è responsabile di uno scambio di calore $\mathcal{Q} = P \Delta t = i^2 R \Delta t$, il quale innalzerà la temperatura del conduttore che costituisce la resistenza. Il materiale del filamento della lampadina, essendo un combustibile, diventerà incandescente, illuminando l’ambiente circostante.

A questo punto è necessario sottolineare che, se il materiale incandescente fosse in contatto con l’aria, reagirebbe con l’ossigeno presente in essa, iniziando a bruciare, e, in ultima analisi, distruggerebbe il circuito che costituisce la lampadina. È di fondamentale importanza, quindi, che il filamento combustibile sia posto nel vuoto, o in un gas inerte (ossia non in grado di reagire con il combustibile e produrre una fiamma): difatti, le lampadine sono circondate da dei bulbi di vetro all’interno dei quali è stato fatto il vuoto spinto. Con questo accorgimento, una lampadina può durare anche per centinaia di ore, senza che il suo filamento si spezzi.

 

 

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