Rubrica: Fisicamente
Titolo o argomento: Quanti elettroni ci vogliono per accelerare un prototipo elettrico Ralph DTE?
Oggi sono in vena di dare i numeri… ovviamente con rigore fisico e matematico ma pur sempre numeri “assurdi”. Affascinanti, sorprendenti, inaspettati numeri dell’infinitamente piccolo. Oggi infatti ci muoviamo nell’ambito della seducente Elettrodinamica quantistica. Se questi termini vi fanno impressione non preoccupatevi perchè cercherò di semplificare teorie e concetti ai limiti del possibile affinché possiate avere un’idea (spaventosa) di che cosa si “muove”, in un solo minuscolo (e apparentemente trascurabile) secondo di tempo, all’interno della sezione di cavo* che porta la potenza elettrica ad uno dei nostri prototipi di bicicletta elettrica ad elevatissime prestazioni: Ralph DTE EBK Performance (di cui prossimamente mostreremo, su questo stesso Blog, scheda tecnica, galleria fotografica, video e svariati contenuti extra…).
Con un’accelerazione intensa (che quantificheremo al momento della presentazione del prototipo) può venir voglia di fantasticare e chiedersi cosa avvenga nei cavi che devono sopportare potenze elettriche sostenute, quindi altrettanto elevate correnti e tutto quello che ne consegue, in piena fase di accelerazione. Per semplificare i conti, far cifra tonda e lasciare un alone di mistero**, prendiamo in esame un valore tutto tondo di 100 Ampére.
*Di una data misura e di un dato materiale, info che al momento sono riservate.
**Al fine di non svelare troppo su Ralph DTE EBK Performance.
Pura follia?
100 Ampére, trattasi di un valore ritenuto altissimo se operate con le correnti domestiche (CA) minori di 10 Ampére e di un valore modesto se siete progettisti di vetture di “Formula E” dove conteggi da 250-300 Ampére (CC) sono all’ordine del giorno. Per un prototipo elettrico nostro, una corrente di 100 Ampére è considerata “ordinaria” specie in fase di accelerazione (in fase di moto rettilineo uniforme infatti l’elettronica provvede automaticamente a ridurre e contenere i valori di corrente al minimo indispensabile utile per mantenere la quantità di moto dell’assieme bicicletta + pilota e quindi compensare le “naturali” perdite per attrito con l’aria, con il suolo, ecc.).
Nell’ordine dell’infinitamente grande
Ebbene in un solo secondo attraversano la sezione del cavo ben 1 x 10^21 elettroni. Volete una traduzione? Quanto appena scritto si legge “uno per dieci elevato alla ventuno”. Ulteriore traduzione semplificata? Quanto scritto significa che dovete prendere un foglietto di carta, scrivere il numero 1 e farlo seguire da ben 21 zeri. In altre parole ancora, significa che nel momento in cui chiediamo una corrente di 100 Ampére, attraversano la sezione di cavo ben “mille miliardi di miliardi di elettroni ogni secondo”. Impressionante. Ecco perchè, come vedremo poco avanti, la sola sfiammata di una frazione di secondo può accecarvi qualche istante… semplicemente avete letteralmente un fulmine in miniatura davanti agli occhi.
Lessico matematico in numeri: 1 x 10^21
Lessico matematico in parole: uno per dieci elevato alla ventuno
Lessico matematico in numeri esplicitati: 1.000.000.000.000.000.000.000
Lessico matematico in parole esplicitate: mille miliardi di miliardi
Nell’ordine dell’infinitamente piccolo
Perchè mai così tanti elettroni? Per il semplice motivo che ogni elettrone porta con sé una carica (negativa solo per convenzione) di -1,6021 x 10^-19 coulomb e per chiedere prestazioni di rilievo al vostro powertrain elettrico dovrete attingere ad un gran bacino di cariche elettriche affinché lo spettacolo abbia luogo. Attenzione però, ora l’esponente ha segno negativo, questo significa che il valore della carica dell’elettrone è estremamente piccolo, ragione per cui ci vogliono moltissimi elettroni per raggiungere la sola carica di 1 coulomb (1 Ampère equivale ad 1 coulomb al secondo, 1A = 1C/1s). In sostanza se prima “l’uno” era seguito da 21 zeri, ora il “meno uno virgola sei” è “preceduto” da 19 zeri e diventa:
Lessico matematico in numeri: -1,6021 x 10^-19
Lessico matematico in parole: meno uno virgola sei… per dieci elevato alla “meno” 19
Lessico matematico in numeri esplicitati: 0,00000000000000000016021
Lessico matematico in parole esplicitate: zero virgola (18 volte zero) sedici (arrotondato)
Accecante…
Se ancora non riuscite ad immaginare quale cataclisma avvenga nel momento che, tramite il drive by wire, chiedete potenza ad EBK Performance, pensate ad una saldatrice (poi vi spiego perchè). Riuscite a guardare l’esecuzione di una saldatura senza l’apposita maschera protettiva? Direi decisamente di no. Ebbene durante uno dei nostri primi test, a seguito di una sconnessione sull’asfalto, uno dei cavi di potenza si sfilò dalla sua sede generando per un brevissimo istante un’arco voltaico accecante analogo a quello di una saldatrice TIG***. Non ci fu pericolo alcuno per il pilota (io…) perchè l’elettronica intervenne a mio favore in pochi millesimi di secondo e l’alimentazione al cavo fu “tempestivamente” interrotta evitando qualunque problema di sorta in caso di contatto accidentale con il cavo (con la corrente continua non si scherza, spendete cifre importanti prima di tutto per la sicurezza e solo in seguito per le prestazioni che, spesso e volentieri nemmeno servono se non si ha uno scopo ben preciso).
***Il cablaggio dei cavi fu evoluto con componentistica impiegata nella Formula1 (per farvi capire… un solo e semplice jack può costare circa 300 Euro) ed in 2 anni di test, ben più severi, non si è verificata più alcuna anomalia di questo tipo.
Altro tipo di connessione: una aneddoto per i giovani intraprendenti
Per questa e per altre ragioni quando un incubatore incosciente ed opportunista mi chiese di immettere sul mercato il mio prototipo (già ai primi stadi) rifiutai: a fronte di un (presunto****) rapido e accattivante guadagno iniziale, avrei dovuto poi rimborsare non si sa quante persone per eventuali danni andando così a spendere molto ma molto di più dell’utile potenzialmente ottenuto. Ma io questo lo sapevo bene, era l’inetto uomo che pensava solo al denaro senza sapere minimamente di cosa si stesse occupando. Se voi ed i vostri figli state realizzando un gran bel progetto, cercate sempre di guardare oltre il denaro e non pensate che la differenza la facciano sempre e solo i numeri (sebbene conservino comunque la loro importanza). A scuola i professori in gamba mi dicevano “Controlla bene il compito che hai fatto e poi consegnalo, perchè dopo… non puoi più correggerlo”.
****Quindi da verificare.
Link correlati
eBike: scheda tecnica prototipo Ralph DTE EBK Performance – Prossimamente disponibile
eBike: galleria fotografica Ralph DTE EBK Performance – Prossimamente disponibile
eBike: video di presentazione e contenuti extra Ralph DTE EBK Performance – Prossimamente disponibile
