Come funzionano le cose che usiamo tutti i giorni

Ogni giorno della nostra vita è accompagnato da piccoli gesti che facciamo di continuo, soprattutto in casa dove passiamo una parte importante del nostro tempo: da accendere la luce a impostare la temperatura del forno, passando per l’apertura di un rubinetto e lo sciacquone del WC. Diamo per scontato che a una certa azione corrisponda un effetto, ma a ben pensarci non sempre sappiamo che cosa rende veramente possibile l’accensione di una lampadina o il pop-corn al microonde. Tecnologie vecchie e nuove riempiono il nostro quotidiano e forse si meritano che sappiamo qualcosa di più su come funzionano, almeno un’infarinata in non più di due paragrafi ciascuno.

Rubinetto
Il funzionamento di un rubinetto è all’apparenza abbastanza semplice – fai ruotare un elemento o alzi una leva e l’acqua scorre – eppure non sono in molti a sapere che cosa accade al suo interno. Il “rubinetto a vitone” è quello che hanno più o meno tutti in mente, e che si svita per far fluire l’acqua. Facendolo si fa infatti sollevare una vite che ha alla sua base una rondella cui è applicata una guarnizione. Quando il rubinetto è chiuso la guarnizione preme contro un foro e impedisce all’acqua di passare resistendo alla sua pressione. Svitando, la guarnizione si stacca dal foro e l’acqua inizia a fluire: più si svita, più la guarnizione si allontana e permette il passaggio di una maggiore quantità d’acqua.

In casa il tipo di rubinetto più diffuso è ormai il “miscelatore monocomando” che si aziona con una leva collegata a una sfera cava che ha tre fori: due servono per far passare l’acqua calda e quella fredda, in modo che si mescolino all’interno della sfera, mentre il terzo per far passare l’acqua verso l’esterno. Quando il rubinetto è chiuso i fori non sono allineati con le aperture, mentre lo diventano quando si sposta la leva: più la si sposta verso l’alto più il foro centrale è allineato verso la bocca di erogazione (la parte dove esce l’acqua), mentre girando la leva a sinistra o a destra si regola l’allineamento dei fori rispetto ai due tubi che portano acqua calda e fredda, determinando la temperatura di uscita dal rubinetto.

WC
Una meraviglia della tecnica segna quasi sempre la fine delle cose più tangibili che produce il nostro organismo. Il water, o vaso sanitario, è l’elemento più evidente in un WC, solitamente realizzato in ceramica e dalla caratteristica forma che ricorda quella di una tazza. Salvo non si attivi lo sciacquone, l’acqua che ricopre il suo fondo non fluisce nello scarico grazie alla presenza di un sifone, una cavità a gomito che impedisce al vaso di vuotarsi completamente. Il bordo superiore del water è cavo e permette all’acqua che proviene dalla vaschetta di fluire al suo interno e di uscire da tanti fori orientati verso il basso, in modo da rimuovere quanto si è depositato nel vaso. La maggiore quantità d’acqua fa superare la parte terminale del sifone e fa sì che l’acqua venga risucchiata nello scarico insieme al frutto della propria fatica.

La potenza del getto è ottenuta per gravità, grazie a una vaschetta di scarico posta più in alto rispetto al vaso e piena d’acqua. Quando si tira lo sciacquone, si apre il diaframma che in condizioni normali impedisce all’acqua di scorrere verso il basso e di incanalarsi nel vaso. Lo svuotamento della vaschetta fa cadere verso il basso un galleggiante (un oggetto con una densità minore rispetto a quella dell’acqua) di solito collegato a una staffa, a sua volta collegata a una valvola che regola l’ingresso di nuova acqua. In pratica è come aprire un rubinetto per riempire un recipiente. Man mano che il livello dell’acqua aumenta, il galleggiante sale fino a quando è a un’altezza tale da far chiudere la valvola, impedendo che entri più acqua della capacità della vaschetta (c’è un ulteriore meccanismo di “troppo pieno” che nel caso di un malfunzionamento del galleggiante fa fluire l’acqua in eccesso nel vaso). A vaschetta piena si può nuovamente azionare lo sciacquone e tutto ricomincia da capo.

Interruttore della luce
In un’abitazione possono mancare molte cose, ma difficilmente mancano gli interruttori della luce nelle stanze. Ne esistono di vari tipi a seconda delle necessità e della tensione elettrica, ma di solito quelli per accendere le lampadine nelle case sono tra i più semplici e sono di tipo “unipolare”, aprono cioè il circuito ma una delle due parti è sempre sotto tensione.

Di solito all’interno di un comune interruttore unipolare per la luce c’è una molla che rende possibile il passaggio da una posizione all’altra: se provate a lasciare l’interruttore a metà non ci riuscite proprio per questo. L’interruttore è collegato a due cavi (rispettivamente fase e neutro) e ha al suo interno due contatti: quando la lampadina è spenta il circuito è aperto e non c’è un collegamento tra i due contatti; quando si vuole accendere la luce, lo spostamento dell’interruttore fa scattare una lamella di metallo che chiude il circuito e rende possibile il passaggio della corrente elettrica tra i due contatti e verso la lampadina.

Microonde
Molte persone diffidano del microonde per la sua capacità di scaldare e cuocere gli alimenti molto più velocemente di un forno tradizionale, cosa percepita come poco “naturale”. In realtà un microonde sfrutta la naturalissima capacità delle radiazioni elettromagnetiche a una certa lunghezza d’onda di intervenire sull’orientamento di alcune molecole, principalmente quelle dell’acqua, facendole oscillare. Il gran subbuglio porta le molecole a urtarsi, sfregando tra loro e producendo calore per attrito. Visto che gli alimenti hanno una certa componente d’acqua, si può sfruttare questo principio per scaldarli o per cuocerli.

Le microonde necessarie sono prodotte da un magnetron, una sorta di generatore che tramite un forte magnete spinge gli elettroni a muoversi verso l’esterno. Una guida d’onda incanala le microonde verso un dispositivo che le sparpaglia all’interno della camera di cottura in modo che possano raggiungere il cibo. La distribuzione non è ordinata e il piatto rotante serve per fare in modo che il riscaldamento o la cottura risulti più omogenea. Un microonde agisce meccanicamente sulle molecole ma non le altera in alcun modo chimicamente: un piatto di zuppa scaldato con un microonde è indistinguibile a livello molecolare da uno scaldato utilizzando un forno o un fornello.

Specchio
Con le giuste condizioni di luce, i primi esseri umani osservarono la loro immagine riflessa in una pozzanghera, uno stagno o un lago centinaia di migliaia di anni prima che fossero inventati gli specchi. In generale, pensiamo che solo uno specchio “rifletta” la luce, ma in realtà praticamente tutto ciò che abbiamo intorno riflette la luce, altrimenti non potremmo osservarlo. Quando siamo davanti a uno specchio la luce riflessa dal nostro corpo (e da tutto quello che abbiamo intorno) raggiunge la superficie riflettente, quasi sempre realizzata in argento o alluminio, protetta da uno strato di vetro o di plastica trasparente.

I fotoni, i piccoli pacchetti di energia che costituiscono i raggi luminosi, colpiscono la superficie riflettente e vengono rimbalzati in modo più ordinato (riflessione speculare) rispetto a quanto facciano le superfici irregolari come quella del nostro corpo (riflessione diffusa). È grazie a questa riflessione in un’unica (o quasi) direzione che vediamo l’immagine riflessa. La luce in realtà non rimbalza sullo specchio come farebbe una pallina su un tavolo da ping pong: i fotoni sono assorbiti dagli atomi di argento rendendoli temporaneamente instabili, stato che li porta a emettere energia sotto forma di fotoni per tornare stabili. L’argento è tra i materiali più efficienti in questo processo di riflessione, mentre altri materiali si perdono qualche pezzo per strada e anche per questo sono meno riflettenti.

Frigorifero
Un frigorifero sottrae calore dall’ambiente in cui conserviamo gli alimenti, che come sempre succede viene ceduto da una parte più calda a una più fredda. Per farlo utilizza un compressore collocato all’esterno nella parte bassa del frigorifero, che ha il compito di far aumentare la pressione e quindi la temperatura al fluido refrigerante. Il fluido viene poi incanalato nel condensatore, una sorta di lunga serpentina che favorisce il cedimento del calore all’ambiente circostante, facendo comunque sì che il fluido continui a essere ad alta pressione. Al termine del condensatore, il fluido passa attraverso la valvola di espansione (con una certa approssimazione potete pensarla come l’erogatore di una bomboletta spray): il rapido cambiamento di pressione riduce repentinamente la temperatura del fluido, che di solito passa dai 30 °C circa a -25 °C.

Il fluido passa nell’evaporatore, un’altra serpentina che è però collocata in un’intercapedine del frigorifero, in modo da “prelevare” il calore all’interno del frigo e degli alimenti. Nel farlo la sua temperatura aumenta, torna per evaporazione allo stato di vapore e raggiunge nuovamente il compressore dove sarà portato ad alta pressione per tornare nel condensatore e il ciclo ricomincerà. Il rumore che sentite provenire ogni tanto dal frigorifero è il compressore, che si attiva quando un termostato segnala che la temperatura all’interno del frigorifero si è alzata.

TV OLED
Da ormai diversi anni una quantità crescente di televisori, ma anche di altri dispositivi come smartphone e laptop, utilizza la tecnologia OLED che può essere considerata un’evoluzione degli LCD che hanno reso popolari ed economici gli schermi piatti. Potete immaginare uno schermo LCD come una lasagna: lo strato più basso è costituto da un pannello luminoso che proietta la luce sullo strato successivo, formato invece da una miriade di minuscoli quadratini (i pixel) a cristalli liquidi. A seconda di come viene fatta passare la corrente elettrica, i cristalli liquidi si orientano in modo da far passare o bloccare la luce proveniente dal pannello luminoso. La luce che passa attraverso ogni quadratino viene colorata di rosso, verde o blu ed è dalla combinazione di questi colori che si produce un’immagine, un po’ come in un mosaico. Gli strati finali della lasagna sono poi uno schermo protettivo e un rivestimento antiriflesso, per rendere visibile più facilmente l’immagine in varie condizioni di luce.

A differenza degli LCD, gli OLED non hanno bisogno dello strato col pannello luminoso perché ogni pixel è in grado di illuminarsi da solo, grazie all’impiego di particolari composti organici che si illuminano quando viene applicata loro una corrente. Gli OLED possono essere quindi molto più sottili di un LCD e soprattutto offrono maggiori capacità di contrasto, perché possono spegnere le parti in cui deve essere mostrato il nero, a differenza degli LCD dove il pannello luminoso viene solo schermato e di conseguenza il nero appare meno intenso (ci sono comunque sistemi per ridurre il problema).

Ascensore
Esistono due tipi di ascensori: elettrici, che tirano la cabina dall’alto attraverso una fune; oleodinamici, che spingono la cabina dal basso tramite un pistone. Il primo tipo è il più diffuso e quello a cui pensano praticamente tutti quando si parla di un ascensore. Ai lati del vano in cui si muove la cabina ci sono delle guide per evitare che l’ascensore oscilli mentre si sposta in verticale tra i vari piani. Il motore elettrico sulla sommità del vano non avvolge le funi di trazione collegate alla cabina, ma come in una carrucola le fa muovere oltre la puleggia (un disco che gira intorno al suo asse) dove si trova invece il contrappeso. Questo ha una massa di solito pari a quella dell’ascensore a metà carico, in modo da bilanciare il sistema e ridurre lo sforzo che deve fare il motore per far salire o scendere la cabina.

Se una fune di trazione si spezza, ce ne sono altre per evitare che la cabina precipiti nel vano. Nella remota eventualità in cui si spezzino tutte le funi, un sistema frenante rileva meccanicamente l’improvviso aumento della velocità della cabina e fa scattare i freni, che premono contro le guide nel vano fermando in pochi istanti la cabina. Altri sistemi di sicurezza sono applicati alle porte ai piani, che si possono aprire solo in presenza della cabina: nei modelli con porta automatica sia interna sia esterna è il movimento della porta della cabina ad azionare anche la porta esterna al piano.

Forno
Il forno statico è presente nella maggior parte delle cucine e rappresenta la versione più semplice e tradizionale di questo elettrodomestico. Esposte o in un’intercapedine della camera di cottura ci sono delle resistenze (resistori) che, come suggerisce il nome, oppongono una certa resistenza al passaggio della corrente elettrica. Ciò determina il loro surriscaldamento e la produzione di calore può essere impiegata per scaldare un ambiente, nel caso di una stufetta, o la camera di cottura di un forno.

Di solito quando si imposta la temperatura per la cottura non si interviene direttamente sulla temperatura delle resistenze, che a regime è sempre la stessa, ma su un termostato. Il compito di questo strumento è di rilevare la temperatura interna e di far disattivare le resistenze al raggiungimento di quella desiderata, facendole poi riattivare quando la temperatura scende. Un tempo la gestione della temperatura nella camera di cottura era alquanto approssimativa, mentre oggi ci sono sistemi più raffinati. Questo è uno dei motivi per cui ogni forno si comporta un po’ diversamente dagli altri e richiede qualche tempo per capire come modificare tempi e temperature di cottura rispetto alle ricette. Oltre al forno statico ci sono quelli ventilati (a convezione) che forzano con alcune ventole la circolazione dell’aria calda nel forno e quelli a vapore, che utilizzano anche il vapore acqueo per la cottura.

Pentola a pressione
Nonostante sia in circolazione da secoli, nei confronti della pentola a pressione c’è ancora diffidenza da parte di alcune persone. È una pentola solitamente di acciaio inossidabile con un coperchio che, a differenza delle altre casseruole, si chiude ermeticamente grazie a una guarnizione sul bordo del coperchio e a una leva che lo fa agganciare saldamente al resto della pentola. Gli alimenti vengono cotti aggiungendo sul fondo della pentola un po’ d’acqua, che a 100 °C si trasforma in vapore acqueo. A causa della chiusura ermetica, il vapore non può uscire dalla pentola e continua ad accumularsi portando a un aumento della pressione che fa aumentare la temperatura di ebollizione portandola a circa 120 °C, una condizione che non si può raggiungere con una pentola normale. La maggiore temperatura dell’acqua consente di cuocere gli alimenti più velocemente di quanto avverrebbe con una comune casseruola.

La pressione raggiunta all’interno della pentola è solitamente il doppio di quella che si ha normalmente nell’atmosfera (in condizioni standard di temperatura e altitudine). Una valvola di controllo evita che si superi quel valore di pressione: è quel cilindro che di solito si sente sibilare quando la pentola è in pressione. C’è poi una valvola di sicurezza che interviene nel caso in cui non funzioni correttamente la valvola di controllo: è studiata per staccarsi dal coperchio in modo da ridurre rapidamente la pressione interna ed evitare cedimenti della pentola (che è comunque progettata per resistere ben al di sopra dei valori di pressione raggiunti durante la cottura).

Rompigetto
Il rompigetto aeratore è quel piccolo cilindro applicato al termine dell’erogatore del rubinetto che rende il getto d’acqua bianco e opaco, invece che trasparente come dovrebbe essere di solito. L’effetto ottico è dovuto all’aggiunta di aria che contribuisce a ridurre la portata di acqua consumata, pur mantenendo una buona pressione del getto. Esistono aeratori formati da tante lamelle di plastica disposte a raggiera attraverso cui passa l’acqua incorporando dell’aria, ma ci sono anche modelli formati da reti con maglie minuscole sovrapposte tra loro, che favoriscono l’incorporazione dell’aria nel getto. L’aria passa attraverso la struttura centrale del rompigetto grazie ad alcune fessure.

Oltre a rendere più omogeneo il getto dell’acqua che esce dal rubinetto, questi dispositivi permettono di ridurre del 30-60 per cento il consumo d’acqua a seconda dei modelli, senza avere una riduzione significativa della pressione. Soprattutto i modelli con le reti tendono ad accumulare calcare e altre impurità e devono essere di conseguenza puliti periodicamente, per evitare una riduzione della portata del rubinetto.

Bomboletta spray
Una bomboletta spray, come quella del deodorante, contiene al proprio interno un gas (spesso propano e butano miscelati insieme) ad alta pressione in modo che sia allo stato liquido. Quando si preme la valvola di erogazione, la differenza di pressione tra l’interno e l’esterno della bomboletta fa sì che il contenuto tenda a fuoriuscire molto velocemente tornando allo stato gassoso. Il passaggio è rapido e repentino, al punto che il gas trascina con sé anche le altre sostanze presenti nella bomboletta come quelle che costituiscono il deodorante.

L’erogatore e la valvola sono di solito collegati a una cannuccia che raggiunge il fondo della bomboletta, in modo da pescare più facilmente le sostanze più dense presenti nel contenitore, che tendono a depositarsi sul fondo. Per questo quando la bomboletta è ormai quasi scarica può essere utile inclinarla, facendo anche ruotare l’erogatore, in modo da raccogliere gli ultimi residui di deodorante.

Aspirapolvere
Anche nel caso dell’aspirapolvere c’entra la pressione, ma a differenza della bomboletta all’interno di parte dell’elettrodomestico serve un ambiente a pressione inferiore rispetto a quella esterna. Per ottenere temporaneamente questa depressione si utilizza un motore elettrico collegato a una ventola che estrae l’aria da un recipiente disperdendola verso l’esterno. Il recipiente è collegato alla bocchetta di aspirazione ed è quello in cui si depositerà la polvere raccolta. Tra il recipiente, la ventola e la griglia che permette all’aria di uscire dall’aspirapolvere ci sono dei filtri che impediscono alla polvere di uscire con l’aria espulsa.

A questo principio di base si sono aggiunti nel tempo sistemi per migliorare l’efficienza di aspirazione, evitando per esempio che questa si riduca in modo significativo man mano che il recipiente si riempie di polvere, rendendo più difficile il passaggio dell’aria. I modelli con tecnologia ciclonica fanno passare l’aria sporca in un contenitore conico in modo che questa percorra una stretta elica. Le particelle di polvere finiscono contro la parete del cono e cadono verso il basso, dove vengono raccolte nel recipiente per la polvere. Di solito si usano più cicloni per migliorare la resa di aspirazione anche quando il recipiente è quasi pieno.

Lavatrice
La lavatrice è stato uno dei primi elettrodomestici a diffondersi nelle abitazioni e ha rivoluzionato il modo di lavare i vestiti. Il cestello in cui si inseriscono i panni è messo in rotazione da un motore elettrico, collegato tramite una cinghia o applicato direttamente al cestello. Un sensore rileva quando l’oblò è chiuso e rende possibile l’accensione della lavatrice, dopo avere impostato il programma di lavaggio e la temperatura dell’acqua. Questa entra nel cestello attraverso un tubo collegato all’impianto di casa e a una valvola, che si chiude quando è stata caricata la quantità di acqua necessaria. Il detersivo proveniente dal cassetto viene miscelato all’acqua nelle prime fasi di caricamento, ma è sempre più frequente che sia inserito direttamente con i vestiti.

Il cestello è traforato e si trova all’interno di un cilindro più grande, che non ha invece fori e contiene quindi l’acqua caricata per il lavaggio. Quando viene messo in rotazione dal motore, il cestello si muove all’interno del cilindro e fa sfregare tra loro i vestiti che si immergono un po’ per volta nell’acqua (è un sistema per utilizzare meno acqua e ridurre lo sforzo del motore). Una resistenza, collocata tra il cestello e il cilindro, scalda l’acqua per portarla alla temperatura desiderata. Durante un lavaggio ci sono più cicli di carico e scarico dell’acqua: quella sporca viene prelevata ed espulsa da una pompa. La “centrifuga” è il momento in cui il cestello gira molto velocemente: i vestiti vengono spinti verso le pareti e non possono andare oltre, mentre l’acqua può spingersi ancora più in là e lascia i tessuti infilandosi nei fori del cestello, viene raccolta nel cilindro ed espulsa tramite la pompa di scarico.

Telecomando
Puntare il telecomando verso il televisore è un po’ come puntare una torcia, ma la luce emessa dal LED che si trova sulla parte anteriore del telecomando non è visibile: è nell’infrarosso (la parte della radiazione elettromagnetica che non riusciamo a vedere perché ha una frequenza inferiore a quella della luce visibile). Il televisore ha un sensore per captare i segnali nell’infrarosso inviati dal LED e tradurli in comandi per alzare o abbassare il volume, cambiare canale o accendere e spegnere il televisore stesso. Il segnale è inviato in codice binario, quindi a ogni comando è associata una combinazione di 1 e 0.

Quando premiamo un tasto, il LED si accende (1) e spegne (0) velocemente un certo numero di volte, riproducendo il codice binario, il sensore sul televisore rileva la sequenza e attiva un comando di conseguenza. Prima dell’introduzione dei LED a infrarossi i telecomandi facevano lampeggiare una lampadina, quindi percepibile anche dalla nostra vista. I telecomandi dei televisori più recenti usano talvolta metodi di trasmissione alternativi, basati per esempio sulle onde radio del Bluetooth.

Termosifone
Il classico termosifone contiene al suo interno dell’acqua calda proveniente da una caldaia che può essere presente nello stesso appartamento (riscaldamento autonomo) oppure condivisa tra più appartamenti (riscaldamento centralizzato) e di solito collocata nel piano più basso dell’edificio. L’acqua calda che esce dalla caldaia fluisce nei tubi e raggiunge attraverso una serie di diramazioni i termosifoni, che possono essere considerati a loro volta dei tubi, per quanto particolari. Sono progettati per accogliere diversi litri d’acqua e hanno una forma per esporre quanta più superficie possibile all’ambiente esterno.

La questione della superficie è importante perché con i termosifoni la propagazione del calore avviene per convezione. L’aria sopra al calorifero si riscalda e, diventando meno densa, sale verso l’alto mentre quella fredda tende a scendere verso il basso dove viene scaldata dal termosifone in un ciclo continuo che contribuisce a far muovere l’aria nella stanza e a scaldarla. Con una forma diversa, il termosifone sarebbe meno efficiente nel cedere calore all’ambiente circostante. Una termovalvola (o testina termostatica) consente di regolare il flusso d’acqua nel termosifone in base a quanto si desidera scaldare un ambiente: raggiunta la temperatura, la valvola interrompe il flusso d’acqua in modo da ridurre i consumi.

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