Classi Terze

Segnali e segnali elettrici

Luca Sguanci

Segnali

In natura i segnali possono essere delle azioni compiute da un organismo per avvisare o mettere in allerta altri organismi, per esempio possiamo avere il rilascio di sostanze chimiche da parte di piante per segnalare la presenza di un predatore, oppure possiamo pensare ai suoni emessi dagli animali per richiamare altri animali per segnalare la presenza di cibo o di un pericolo.
Anche all’interno degli organismi è presente un sistema di segnalazione a livello delle cellule.

Reti di telecomunicazioni

Luca Sguanci

Una rete di telecomunicazoni permette lo scambio di informazioni (dati) tra un insieme di dispositivi hardware, per esempio telefoni fissi, computer, cellulari, dispositivi IoT (Internet of Things).
I dispositivi vengono connessi attraverso reti telefoniche, rete Internet cablata e comunicazioni wireless (senza fili).

Il passaggio da una rete a un’altra avviene attraverso un dispositivo di commutazione, per es. una telefonata fatta da un cellulare e destinata a un telefono fisso raggiunge prima la stazione radio più vicina al cellulare per poi essere inoltrata sulla rete fissa. Se invece un telefono cellulare viene utilizzato per visualizzare una pagina web, allora la comunicazione dalla stazione radio base viene inoltrata via rete telefonica all’ISP (Internet Service Provider) per poi essere instradata su Internet.

Internet e reti

Luca Sguanci

Internet

Che cosa è Internet?

Per capire che cosa è Internet facciamo un salto indietro nel tempo, negli anni sessanta – in piena Guerra Fredda – e pensiamo a due computer che svolgono ciascuno il compito che gli è stato assegnato.
Adesso immaginiamo di voler scambiare dei dati tra i due computer: possiamo avere un dispotivo per lo scambio dati, per esempio un grosso e poco capiente floppy disk, che deve essere trasportato da un computer all’altro: se i computer sono vicini nessun problema, ma se questi computer si trovano a un migliaio di chilometri l’uno dall’altro? L’idea a cui lavorava un dipartimento della difesa americana, l’agenzia militare degli Stati Uniti per i progetti di ricerca avanzati (DARPA), era quella di connettere direttamente i due computer in modo che questi potessero dialogare tra di loro. Che cosa era necessario? Un cavo che connettesse fisicamente tra di loro i due computer e un protocollo (un insieme di regole) per lo scambio dei dati (messaggi).

Microfono

Luca Sguanci

Invenzione del microfono

I primi microfoni, che vennero sviluppati per la telefonia, sono stati i microfoni a carbone.
Furono sviluppati alla fine dell'800 e la loro scoperta viene attribuita a David Edward Hughes (Inghilterra, metà del 1877), anche se il primo brevetto fu depositato da Thomas Edison negli Stati Uniti.

Funzionamento di un microfono a carbone

Il microfono a carbone è un trasduttore di pressione, ovvero sia un dispositivo in grado di trasformare il suono in un segnale elettrico.

Rosalind Franklin

Luca Sguanci

Vita e contributo scientifico

Rosalind Franklin nacque a Londra nel 1920 da un’eminente famiglia di origini ebraiche.
Fin da piccola mostrò una spiccata propensione e attitudine verso le materie scientifiche e le scienze naturali. Studiò al Newnham College di Cambridge dove si laureò.
In seguito lavorò alla Cambridge University prima di spostarsi al King’s College di Londra.
Rosalind Franklin è conosciuta in particolare per il suo lavoro sulle figure di diffrazione ai raggi-X del DNA, che portarono alla scoperta della struttura a doppia elica del DNA per cui nel 1962 James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins furono insigniti del Premio Nobel per la medicina.
In seguito Franklin condusse uno dei primi studi sulla struttura molecolare dei virus. Il suo lavoro fu proseguito da alcuni ricercatori del suo gruppo, in particolare da Aaron Klug che ricevette il Premio Nobel per la Chimica nel 1962.
Morì nel 1958 di un tumore alle ovaie all’età di 37 anni, forse in seguito all’esposizione prolungata ai raggi-X.

Movimento e Forze

Luca Sguanci

Movimento e posizione

Per determinare la posizione di un corpo dobbiamo introdurre un sistema di riferimento. consideriamo per esempio il vagone di un treno che si muove lungo un binario dritto, come possiamo descrivere la sua posizione?
Per prima cosa dobbiamo fissare un punto rispetto a cui misurarla, l’origine del sistema di riferimento, quindi misurare la distanza del vagone da questo punto.
In generale per determianre la posizione di un corpo dobbiamo tracciare la retta che congiunge l’origine del sistema di riferimento con il corpo e poi misurare la distanza del corpo dall’origine.

Energia e trasformazioni energetiche

Luca Sguanci

Dal Sole alla Terra

Il Sole, fonte primaria di energia del nostro pianeta, irradia la sua energia nello spazio.
La radiazione elettromagnetica porta con sé luce e calore e costituisce circa il 95% dell’energia che abbiamo disponibile.
Infatti l’energia immagazzinata nei combustibili fossili era un tempo glucosio sintetizzato a partire dalla radiazione solare; l’energia dell’acqua in un bacino di montagna dipende dal ciclo dell’acqua che ha bisogno del calore del Sole per evaporare; le masse d’aria che si muovono generando il vento sono il situltato di strati dell’atmosfera che hanno immagazzinato diverse quantità di calore e così via.
Nel 5% di energia che non dipende dal Sole abbiamo l’energia geotermica che dipende dal calore presente nella crosta terrestre, l’energia dei nuclei di alcune sostanze (energia nucleare), l’energia delle maree che dipendono dalla Luna.

Microcontrollori (MCU)

Luca Sguanci

Microcontrollori – MCU MicroController Unit

Un micro-controllore (MCU MicroController Unit) è un piccolo computer che risiede in un singolo circuito integrato.


Un microcontrollore può essere inserito all’interno di un dispositivo oppure essere integrato in una scheda di prototipazione insieme a altri componenti e a delle periferiche di input/output programmabili: questo è il caso della piattaforma Arduino.

Analogie e differenze tra microcontrollori e computer

Che vuol dire che un microcontrollore è un piccolo computer?
E’ piccolo perché ha dimensioni ridotte e perché, rispetto a un computer, ha una minore capacità di calcolo.
Un computer è un dispositivo che permette di utilizzare contemporaneamente diverse applicazioni e può essere programmato per svolgere funzioni diverse; un microcontrollore di solito viene utilizzato per realizzare un dispositivo hardware programmato per svolgere un compito specifico, per esempio:

Magnetismo e elettromagnetismo

Luca Sguanci

Magnetismo

In fisica il magnetismo è quel fenomeno per cui alcuni materiali sono in grado di attrarre ferro e altri elementi metallici.

Le prime manifestazioni del magnetismo

Nel 600 a.C. Talete di Mileto descrive la particolare proprietà di alcune rocce che erano in grado di attrarre pezzi di ferro. Queste rocce si trovavano nella regione dell’antica città di Magnesia, sulle coste dell’attuale Turchia, da cui il nome della roccia, magnetite (Fe3O4 è un ossido di ferro), e quello del fenomeno: magnetismo.

Cella galvanica

Luca Sguanci

Cella galvanica

Una cella galvanica è un dispositivo che converte energia chimica in energia elettrica.
Una batteria è un insieme di celle galvaniche collegate tra di loro.

La cella, o meglio le due semi-celle


Una cella galvanica in generale è composta da due semicelle.
In ciascuna semicella è presente un elemento metallico immerso in una soluzione acquosa conduttiva, l’elettrolita.
Prendiamo per esempio una barretta di zinco Zn(s) immersa in una soluzione salina, composta ad esempio da ioni solfato SO42-: la barretta di zinco tenderà a cedere elettroni alla soluzione, e dunque a sciogliersi, secondo la reazione