Scienza e tecnologia

Come funziona… L’accendino ad arco?

Accendino

Scocca mezzogiorno, è ora di pranzo, ci si lancia in cucina per preparare un buon piatto di pasta, il fornello è un po’ vecchio e la scintilla non funziona, c’è bisogno di un aiuto esterno!

Nel corso dei secoli sono stati inventati diversi strumenti per accendere una fiamma: l’accendino a benzina, il fiammifero, l’acciarino… L’avanzamento della tecnologia ha portato all’utilizzo anche dell’energia elettrica.

Gli accendini elettrici si dividono in due categorie principali:

  1. L’accendino a resistenza (come l’accendisigari), che sfrutta l’effetto Joule;
  2. L’accendino ad arco.

La struttura dell’accendino

L’accendino ad arco si può presentare in diverse forme, da quelle che ricordano i tradizionali Zippo, a design più futuristici, ma in comune hanno tre principali componenti:

A. Gli elettrodi (anodo e catodo);

B. Un interruttore;

C. Una batteria (generalmente al litio).

Vengono realizzati anche accendini con una doppia coppia di elettrodi, in modo da renderli più efficienti, il funzionamento è analogo.

Come funziona?

Il fenomeno dell’arco elettrico qui sfruttato è una scarica elettrica continuamente alimentata, e questo perché i due elettrodi sono collegati ad un generatore (la batteria).

Inizialmente, ponendo i due elettrodi in un gas a temperatura ambiente (ad esempio aria alla pressione atmosferica) e applicando una tensione V, l’arco non si accende finché questa tensione non raggiunge un valore Vi tensione di innesco. Questa tensione dipende dalle caratteristiche intrinseche dei materiali e gas impiegati. Di conseguenza la batteria utilizzata dovrà fornire una differenza di potenziale almeno pari a Vi.

La distanza tra i due elettrodi viene divisa in tre, la colonna d’arco e le regioni anodica e catodica. L’ampiezza delle due regioni è molto inferiore rispetto alla colonna.

Nelle due regioni si viene a creare una forte caduta di tensione, e conseguentemente un notevole campo elettrico (è presente anche un campo meno intenso nella colonna).

Nello spazio fra gli elettrodi si trovano sia elettroni che particelle prive di carica del gas. Il campo elettrico accelera gli elettroni, che scontrandosi con le particelle neutre, le ionizzano per urto. Gli ioni positivi si dirigono verso il catodo, cedendogli l’energia cinetica accumulata, di conseguenza il catodo (generalmente realizzato in rame, come l’anodo) si scalda abbastanza da determinare insieme al forte campo elettrico l’emissione di elettroni per effetto di campo. Gli elettroni emessi dal catodo vengono attratti dall’anodo, rendendo disponibili nuovi elettroni nella colonna d’arco.

Il gas costituente la colonna si scalda molto, raggiungendo temperature elevate, tali per cui il gas presenta una buona conducibilità elettrica, permettendo il passaggio di corrente e l’innesco dell’arco.

Gianluca Gentile


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