Il Mare, a cura di Perazzelli Stefano

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Historia Naturalis

I più antichi tentativi di sfruttare l' energia delle maree risalgono al XII secolo, quando in Francia fecero la loro apparizione alcuni mulini a marea sulla foce dell' Ardour, sul Golfo della Biscaglia. Pur avendo una certa fortuna sul finire del XVIII secolo la diffusione di tali mulini rimase comunque limitata., Essi, infatti, avevano il limite di essere alimentati dal periodico riempimento e svuotamento di un bacino d'acqua non offrendo in questo modo un funzionamento prolungato nel tempo. Effettivamente nei movimenti del mare la quantità di energia in gioco è enorme.
Nella seconda parte del XX secolo ci si è orientati verso l' utilizzazione delle maree in siti dove ove si verifichino grandi differenze di livello durante le maree: oltre i 4 metri di escursione. I luoghi più interessanti per un vantaggioso sfruttamento energetico delle maree sono situati in America Settentrionale, Francia e Inghilterra.
Dal 1966 è in funzione alla foce del fiume Rance sulla Manica una centrale mareomotrice che ha una potenza di circa 240 MW ed è formata da una diga di pietrame, 6 chiuse per permettere il passaggio dell' acqua e 24 turbine a bulbo. Come sappiamo prima di diventare energia elettrica l'energia cinetica dell' acqua deve essere convertita in energia di rotazione; il dispositivo che svolge questa funzione è la turbina; nel nostro caso ne abbiamo 24 e sono di tipo a bulbo. Questo tipo di turbine è stato sviluppato appositamente per la centrale e presentano un asse orizzontale che permette un rendimento elevato dal momento che il flusso non viene deviato.

 

 

 

Schema del funzionamento di una centrale mareomotrice

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La catena di trasformazioni subita dall' energia ha termine con l' alternatore, che converte l' energia cinetica dovuta al moto rotatorio della turbina in energia elettrica; questo dispositivo è usato anche su automobili e biciclette e sfrutta le leggi dell'induzione elettromagnetica. L'alternatore consiste di una spira di forma rettangolare immersa in un campo magnetico uniforme e vincolata a ruotare intorno ad un asse perpendicolare alle linee di campo. Ruotando la spira cambia in continuazione la sua orientazione rispetto alle linee di campo, ciò fa in modo che il flusso del campo magnetico attraverso la spira cambi continuamente generando una forza elettromotrice indotta.
Facendo ruotare la spira in modo uniforme l' angolo a tra il campo magnetico B e il vettore superficie della spira S varia secondo la legge:

a = wt + a0

dove w? è la velocità angolare costante con cui la spira ruota attorno al suo asse e a 0 l' angolo tra B ed S nell' istante t = 0
Supponendo che il campo magnetico sia uniforme il flusso del campo attraverso alla spira è pari a

F(B) = BS cos a = BS cos(wt + a0)

Per la legge di Faraday-Neumann la differenza di potenziale indotta nel circuito è data da

DV =     d F(B)    d[BS cos(wt + a0)] = BSwsen(wt + a0)
                dt                            dt

Se con R indichiamo la resistenza del circuito per la I legge di Ohm si ricava che l' intensità della corrente è

i = BSwsen(wt + a0) = i0 sen(wt + a0)
                   R
dove i0= BSw/R è il valore massimo raggiunto dalla corrente nel circuito. Infatti rappresentando la funzione così ottenuta in un riferimento cartesiano (T,i), otteniamo una sinusoide che come sappiamo è una funzione periodica compresa tra i valori -i0 e i0. Quindi l' intensità della corrente cambia di segno a intervalli regolari di tempo, per questo motivo la corrente generata da un alternatore è detta corrente alternata.

L' elevato dislivello raggiunto dalle maree (13 metri circa) permette di sfruttare l'energia cinetica accumulata dalla massa d'acqua imprigionata dalla diga, per far ruotare le turbine.
Nonostante la lunga durata di vita che si accredita a questo tipo di impianti (superiore ai 100 anni) il principale ostacolo allo sviluppo di questa fonte energetica sono gli elevati investimenti iniziali e le ricadute ambientali delle centrali, tra le quali l'alterazione delle correnti marine della zona e l' inevitabile moria di pesci intrappolati nelle canalizzazioni della diga.

Nel grafico è rappresentato l' andamento dell'intensità di corrente indotta rispetto al tempo. La fase corrisponde all' angolo a0compreso inizialmente tra il piano contenente la spira e la direzione del campo magnetico. L' ampiezza è il valore massimo raggiunto dall' intensità indotta e corrisponde a BSw/R. Il periodo è il tempo necessario per compiere un'oscillazione completa cioè il tempo che intercorre tra due massimi consecutivi dell'intensità di potenziale indotta.

    Stefano Perazzelli - Esame di maturità 2003 - pergiu@email.it