I motori elettrici alla base della civiltà umana

Probabilmente tendiamo a sottovalutare quanto l’attuale livello della nostra civiltà dipenda dai motori elettrici e conseguentemente dall’energia elettrica che sono in grado di produrre e sfruttare.

I primi rozzi motori elettrici a corrente continua risalgono agli anni Trenta del diciannovesimo secolo. L’americano Thomas Davenport, nel Vermont, brevettò il primo motore elettrico e lo utilizzò per fornire energia ad un torchio tipografico. Nella lontana Russia, più o meno nello stesso tempo, Moritz von Jacobi a San Pietroburgo utilizzò i suoi motori per muovere le ruote a pale di un piccolo battello sulla Neva.

La prima commercializzazione

Si trattava di prototipi rudimentali che non potevano competere con il motore a vapore. Ci vorranno più di 25 anni prima che Thomas Edison commercializzasse una penna elettrica per la fabbricazione di stencil utilizzabili per duplicare documenti di lavoro. Tutte queste prime realizzazioni di motori elettrici funzionavano a corrente continua. In un motore a corrente continua gli elettroni fluiscono sempre nello stesso senso all’interno del circuito rispettandone la polarità.

Nonostante questo limite nel 1887 negli Stati Uniti si arrivarono a vendere quasi 10.000 motori elettrici in un anno, alcuni dei quali utilizzati per muovere i primi ascensori. Per migliorare e rendere più appetibili questi motori occorreva però rispondere ad esigenze di efficienza, durabilità, facilità e sicurezza d’uso.

La rivoluzione di Tesla

Sarà un ex dipendente di Edison, il serbo Nikola Tesla a sviluppare un motore che potesse funzionare a corrente alternata. Questi motori utilizzavano le caratteristiche della corrente alternata nella quale il flusso di elettroni inverte la propria direzione continuativamente nel tempo. A differenza della corrente continua  in cui il flusso degli elettroni è unidirezionale, in corrente alternata il flusso di elettroni inverte la propria direzione, con un’alternanza che avviene con frequenza fissa (tipicamente 50 Hz o 60 Hz).

L’inversione di polarità però non avviene in modo repentino ma con una variazione progressiva secondo un andamento chiamato sinusoidale, nel quale il valore di corrente (e quindi di tensione) parte da zero e gradualmente aumenta in un determinato verso, raggiunge il suo valore massimo per poi diminuire fino a zero e riprendere nel verso opposto col medesimo andamento, quindi il ciclo si ripete.

In realtà era stato un italiano a precedere l’invenzione tecnologica di Tesla. Nel marzo 1888, l’ingegnere Galileo Ferraris tenne una lezione sui motori a corrente alternata alla Reale accademia delle scienze di Torino e un mese dopo pubblicò le proprie ricerche, anticipando di un mese la lezione di Tesla all’American Institute of Electrical Engineers. La differenza ancora una volta fu marcata dalle disponibilità finanziarie. Tesla che aveva alle spalle generosi finanziatori riuscì a progettare anche il trasformatore e il sistema di distribuzione a corrente alternata necessari. I due brevetti di base del suo motore polifase gli furono concessi nel 1888 e nei successivi tre anni depositò altre tre dozzine di domande di brevetto.

Michał Doliwo-Dobrowolski, un ingegnere russo che lavorava come capo elettricista per la tedesca Aeg, nel 1889 realizzò i primi motori trifase a induzione. Da allora con una crescita esponenziale i motori elettrici grandi e piccoli hanno conquistato la vita economica e sociale del pianeta.

Un mondo di motori elettrici

Oggi, tutti i giorni sono venduti quasi dodici miliardi di piccoli motori per uso non industriale, inclusi due miliardi di minuscoli (di quattro millimetri di diametro) dispositivi a corrente continua impiegati per generare la vibrazione delle notifiche dei cellulari, utilizzando solamente una piccola frazione di un watt. Ma come scrivevamo notevole importanza rivestono anche i “grandi” motori elettrici che muovono, ad esempio, i treni ad alta velocità francesi (Tgv), con una potenza compresa tra i 6,5 e i 12,2 megawatt, mentre i piú grandi motori stazionari utilizzati per azionare compressori, ventilatori industriali e nastri trasportatori, hanno una capacità che supera i 60 megawatt.

E se improvvisamente mancasse l’energia elettrica?

L’intera civiltà umana è fondata sui motori elettrici che forniscono energia alla stragrande maggioranza di manufatti industriali e di dispositivi elettronici ormai indispensabili per la nostra vita. Senza i motori elettrici (e quindi senza la possibilità di sfruttare massivamente l’energia elettrica) il mondo arretrerebbe di oltre due secoli. Se improvvisamente non potessimo più contare su questa fonte di energia e sui motori che ci permettono di utilizzarla il primo shock sarebbe avvertito a livello individuale: ascensori in tilt, frigoriferi non funzionanti, sistemi di comunicazione assenti (telefoni, internet, TV, ecc), pompe idrauliche per l’approvvigionamento di acqua bloccate, le abitazioni sarebbero troppo calde o troppo fredde. Il caos si farebbe sentire già dopo poche ore.

Il sistema finanziario ormai pressocchè tutto digitalizzato crollerebbe, le città di notte sarebbero immerse in un’oscurità totale che per molta parte dell’umanità ci è aliena, negli ospedali cesserebbero di funzionare tutte quelle attrezzature che servono a tenere in vita le persone in terapia intensiva, ma anche i dispositivi diagnostici più avanzati. Si tornerebbe ad operare come si faceva 200 anni fa.  Il sistema dei trasporti si bloccherebbe è in pochi giorni verrebbero a mancare sia il carburante che i rifornimenti alimentari.

Nell’arco di pochi giorni saccheggi e violenze sarebbero all’ordine del giorno mettendo a dura prova le forze di polizia private di gran parte degli strumenti elettronici che coadiuvano la loro azione (dalle comunicazioni alle telecamere). Insomma sarebbe una vera catastrofe politica, economica e sociale che riproietterebbe l’umanità almeno duecento anni indietro nel tempo.

Fonti:

alcune voci di Wikipedia

I numeri non mentono di Vaclav S.