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Tecnologia e Informatica
Approccio sistemico e sperimentale
Sostenibilità e cittadinanza digitale
Orientamento scolastico e professionale IA
Competenze operative e trasversali
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VELIA
Leo Brandi Albino Zanin
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VELIA
Metalli 08
Pensa un po’...
Come mai il ferro arrugginisce?
VIDEO INTRODUTTIVO
Perché il rame è usato nei cavi elettrici?
Perché le pentole non si deformano con il calore?
Perché alcuni metalli come l’alluminio sono leggeri
mentre altri come il piombo sono pesantissimi?
Lucente
FORZA
Ogni giorno utilizziamo decine di oggetti metallici: posate, chiavi, biciclette, automobili ecc. I metalli rappresentano la spina dorsale della nostra civiltà tecnologica: senza di essi non esisterebbero automobili, aerei, computer, ponti o grattacieli. I metalli sono tra i materiali più antichi e importanti dell’umanità: resistenti, lucenti, conduttori e riciclabili.
Oggi, nell’epoca dell’Industria 5.0 e della sostenibilità ambientale, i metalli continuano a evolversi: nuove leghe intelligenti, processi produttivi a basso impatto e tecnologie di riciclaggio avanzate stanno ridefinendo il futuro della metallurgia.
INVESTIGATORI dei metalli
Raccogli tre oggetti metallici diversi (es. cucchiaio, filo di rame, lattina di alluminio). Osserva e annota:
• colore e lucentezza;
• se attirano o no una calamita;
• se si piegano facilmente;
• se si graffiano o si rompono.
Confronta le tue osservazioni in classe: quale materiale è più resistente?
Qual è il più leggero?
Flipped Classroom
Mappa
concettuale
La tua mappa MENTALE
Partendo dalla mappa concettuale, disegna la mappa mentale di questo capitolo…
che cosa
IMPARERAI
Obiettivi di apprendimento
• Riconoscere e classificare i principali metalli, distinguendo tra metalli ferrosi e non ferrosi
• Comprendere i processi di estrazione, produzione e trasformazione dei metalli, dal minerale al prodotto finito
Competenze
• Saper valutare le conseguenze ambientali e sociali dei processi metallurgici, proponendo soluzioni sostenibili per il futuro
• Utilizzare il linguaggio tecnico specifico della metallurgia per descrivere processi produttivi e caratteristiche dei materiali
I metalli
ORIGINE
• Minerali estratti dalle rocce
CLASSIFICAZIONE
• Ferrosi (Ferro, Ghisa, Acciaio)
LEZIONE IN POWERPOINT
• Non ferrosi (Rame, Alluminio, Zinco, Piombo)
• Preziosi (Argento, Oro, Platino)
CARATTERISTICHE E PROPRIETÀ
• Chimico-Fisiche (densità, conducibilità termoelettrica, punto di fusione, ossidazione)
• Meccaniche (durezza, resistenza, elasticità)
• Tecnologiche (fusibilità, malleabilità, duttilità, saldabilità)
METALLURGIA
• Estrazione del minerale
• Siderurgia (Altoforno, acciaieria, laminatoio)
• Elettrolisi (per alluminio, rame)
• Trattamenti termici e superficiali
PRODOTTI E LAVORAZIONI
• Prodotti metallurgici: lingotti, bramme, billette, blumi, lamiere
Lavorazioni: a caldo, a freddo, fusione, forgiatura, trafilatura
• Applicazioni: edilizia, meccanica, trasporti, energia
SOSTENIBILITÀ
• Riciclo, riduzione di energia e di emissioni, recupero scori, innovazioni tecnologiche
1| Minerali e metalli
I metalli sono materiali solidi presenti in natura sotto forma di minerali, cioè composti chimici che contengono metallo e altri elementi.
Ogni oggetto metallico nasce da un lungo percorso che parte dalle rocce metallifere, attraversa processi di estrazione, fusione e raffinazione, e termina nelle industrie metallurgiche, dove il metallo grezzo si trasforma in materiali resistenti, lucenti e versatili.
I metalli hanno struttura cristallina, formata da atomi disposti in modo ordinato e compatto. Gli elettroni liberi che si muovono tra gli atomi consentono ai metalli di condurre calore ed elettricità e di riflettere la luce, rendendoli lucenti e splendenti.
Oggi i metalli sono ovunque: nelle auto, negli aerei, nei cavi elettrici, nei computer, nelle case e nei ponti, ma la loro produzione ha anche un impatto sull’ambiente. La sfida è quella di produrre e riciclare i metalli in modo sostenibile, riducendo l’uso di energia e l’inquinamento, per continuare a costruire il futuro senza distruggere le risorse della Terra.
nel TEMPO
La storia dell’umanità può essere raccontata attraverso i metalli. Fin dalle origini, ogni epoca ha avuto il suo metallo simbolo, che ha segnato il livello di sviluppo tecnico e sociale delle civiltà.
Intorno all’8000 a.C., l’uomo imparò a lavorare il rame nativo, uno dei pochi metalli che si trovano in natura allo stato puro. Con il rame realizzò i primi utensili metallici, più duraturi e resistenti.
Verso il 3500 a.C. scoprì che, unendo il rame con lo stagno, otteneva una lega più dura: nacque così il bronzo, con cui costruire armi, statue, attrezzi agricoli e oggetti d’uso quotidiano, migliorando la vita e il lavoro dell’uomo.
Intorno al 1500 a.C., con la scoperta della fusione del ferro, iniziò una vera rivoluzione. Il ferro era più abbondante del rame, ma servivano temperature molto alte per lavorarlo. Una volta imparata la tecnica, gli uomini ottennero strumenti e armi molto più solidi.
Dopo molti secoli, nel 1709, l’inglese Abraham Darby trovò il modo di fondere il ferro usando il coke, un combustibile derivato dal carbone. Questo rese possibile una produzione continua e abbondante, aprendo la strada alla Rivoluzione Industriale.
Nel 1856, il processo Bessemer permise di trasformare la ghisa in acciaio, un materiale resistente ed elastico, ideale per ponti, ferrovie, navi e macchinari.
Pochi decenni dopo, nel 1886, il processo Hall-Héroult rese possibile produrre alluminio in grandi quantità: un metallo leggero, lucente e resistente, che rivoluzionò l’industria moderna.
Nel corso del Novecento nuovi metalli come rame, zinco, nichel e piombo trovarono impiego in elettricità, trasporti e costruzioni.
Oggi viviamo nell’era dei metalli tecnologici: elementi come litio, cobalto e terre rare sono indispensabili per batterie, computer, automobili elettriche e dispositivi elettronici.
Glossario
Terre rare: gruppo di 17 metalli usati in tecnologie moderne (batterie, magneti, computer). Non sono proprio rari, ma difficili da estrarre. Tra i più importanti ci sono il neodimio, il cerio, il lantanio e l’ittrio.
Pepita d’oro. L’oro è un metallo nativo perché si trova in natura allo stato puro, senza essere combinato con altri elementi.
Il mercurio è l’unico metallo liquido a temperatura ambiente. Nell’antichità era usato negli esperimenti di alchimia.
Post-it
La ghisa è stata scoperta in Cina più di 2.000 anni fa: i cinesi la usavano per fare statue, utensili e campane. È pesante e fragile, ma resiste bene alla compressione.
2| Classificazione e proprietà
I metalli si distinguono dagli altri materiali per alcune caratteristiche comuni, ma non tutti i metalli sono uguali. La classificazione più importante divide i metalli in due grandi famiglie: ferrosi e non ferrosi.
Caratteristica o proprietà
Densità
Conducibilità elettrica
Caratteristiche
Proprietà meccaniche
Proprietà tecnologiche
Conducibilità termica
Dilatazione termica
Resistenza alla corrosione
Resistenza a trazione
Durezza
Resilienza
Tenacità
Fusibilità
Malleabilità
Duttilità
Saldabilità
Lavorabilità
ƽ I metalli ferrosi, come ferro, ghisa e acciaio, contengono ferro e sono i più usati nell’industria per la loro resistenza e lavorabilità.
metalli non ferrosi, come alluminio, rame, zinco, piombo e stagno, non contengono ferro: sono resistenti alla corrosione e ottimi conduttori di calore ed elettricità.
Un discorso a parte meritano i metalli preziosi (oro, argento, platino), lucenti e inalterabili, impiegati in gioielleria ed elettronica.
Le principali caratteristiche e proprietà dei metalli sono descritte nella seguente tabella.
Descrizione
Rapporto tra massa e volume; determina il peso specifico del metallo.
Capacità di far passare la corrente elettrica.
Esempi e applicazioni
Alluminio (2,7 g/cm³) leggero per aerei; acciaio (7,8 g/cm³); piombo (11,3 g/cm³) pesante.
Rame e argento ottimi conduttori; alluminio per cavi; acciaio con bassa conducibilità.
Capacità di trasmettere il calore. Utilizzata in pentole, radiatori e dissipatori.
Aumento di volume con l’aumento della temperatura.
Capacità di resistere all’ossidazione e agli agenti chimici.
Capacità di sopportare sforzi di trazione senza rompersi.
Resistenza alla penetrazione e all’abrasione.
Capacità di assorbire energia durante la deformazione elastica.
Capacità di deformarsi prima di rompersi, assorbendo energia.
Capacità di fondere facilmente a una certa temperatura.
Capacità di essere ridotto in lamine senza rompersi.
Capacità di essere allungato in fili.
Attitudine a essere uniti per fusione o pressione.
Facilità con cui il materiale può essere modellato o tagliato.
Importante per ponti e binari esposti a variazioni termiche.
Alluminio e acciaio inox formano una pellicola protettiva; il ferro arrugginisce.
Acciaio ad alta resistenza (oltre 1000 MPa) per cavi, ponti e travi.
Acciai e carburi duri per utensili; rame e piombo teneri.
Molle, ammortizzatori e parti soggette a urti.
Acciaio e bronzo molto tenaci; ghisa fragile e poco deformabile.
Metalli fusibili come lo stagno per saldature; acciaio per fusioni industriali.
Oro, rame e alluminio per fogli, lastre e rivestimenti.
Rame e alluminio per cavi elettrici; acciaio per fili da costruzione.
Acciai e alluminio saldati per strutture e tubazioni.
Acciai dolci e leghe leggere per componenti meccanici e industriali.
3| La metallurgia
La metallurgia si occupa dell’estrazione dei metalli dai minerali e della loro trasformazione in materiali utilizzabili
Questo processo complesso inizia nelle miniere e termina con la produzione di semilavorati metallici pronti per l’industria manifatturiera.
Estrazione dei minerali dalla roccia
L’estrazione mineraria può avvenire in miniere a cielo aperto, quando il minerale si trova vicino alla superficie, oppure in miniere sotterranee, con gallerie e pozzi scavati in profondità.
Il minerale grezzo viene poi frantumato e macinato per separare la parte utile dalla roccia. Nei casi in cui il minerale contenga ferro, si può usare la separazione magnetica; per altri minerali, come il rame, si utilizza la flottazione, un processo che separa i materiali sfruttando bolle d’aria e reagenti chimici.
Miniera di rame a cielo aperto.
Dai minerali ai metalli
Una volta concentrato, il minerale passa agli impianti metallurgici, dove può essere trattato in diversi modi.
ƽ Pirometallurgia, che usa alte temperature per estrarre il metallo: prima si effettua la tostazione, che elimina zolfo e impurità, poi la fusione, dove il metallo si separa dalle scorie, e infine l’affinazione, che lo rende puro.
ƽ Idrometallurgia, in cui si usano soluzioni acquose e reagenti chimici per sciogliere selettivamente il metallo, che poi viene purificato e recuperato tramite elettrolisi o precipitazione.
ƽ Elettrometallurgia, che sfrutta direttamente la corrente elettrica per produrre metalli molto puri, come l’alluminio, il rame e il magnesio.
Metallurgia secondaria
La metallurgia secondaria si occupa del riciclo dei metalli, cioè della produzione di nuovi materiali partendo da rottami metallici invece che da minerali. Vecchie auto, elettrodomestici e scarti di ferro o alluminio vengono raccolti, selezionati, puliti e fusi per ottenere nuovi lingotti, barre o lamiere. Questi semilavorati vengono poi utilizzati per creare nuovi oggetti, con la stessa qualità del metallo originario.
Glossario
Elettrolisi: è un processo chimico che utilizza la corrente elettrica per separare e ottenere un metallo puro dai minerali di partenza.
CICLO TECNOLOGICO DELLA METALLURGIA
Estrazione mineraria
• Miniera a cielo aperto o sotterranea
Concentrazione del minerale
• Frantumazione e macinazione
• Separazione magnetica o flottazione
Trattamento metallurgico
• Pirometallurgia (tostazione, fusione, affinazione)
• Idrometallurgia (lisciviazione, purificazione, recupero)
• Elettrometallurgia (elettrolisi)
Produzione del metallo puro
Lavorazioni industriali
Metallurgia secondaria
• Riciclaggio e riutilizzo
4| La siderurgia
La siderurgia è il settore della metallurgia che si occupa della produzione di ferro e acciaio.
Rappresenta una delle industrie più importanti al mondo, con una produzione annuale di oltre 1,8 miliardi di tonnellate di acciaio.
La produzione è concentrata soprattutto in Cina, India, Giappone, Stati Uniti e Unione Europea, che insieme realizzano più del 70% dell’acciaio mondiale.
Altoforno.
Coke metallurgico: è un combustibile solido, ricco di carbonio, ottenuto riscaldando il carbone senza aria. Glossario
Il ciclo integrale siderurgico
Il ciclo integrale siderurgico trasforma il minerale di ferro in acciaio attraverso una serie di processi concatenati. Questo ciclo rappresenta la via tradizionale per la produzione dell’acciaio e coinvolge tre fasi principali: preparazione delle materie prime, produzione della ghisa e trasformazione della ghisa in acciaio.
1. Preparazione delle materie prime
Prima di essere introdotto nell’altoforno, il minerale di ferro deve essere preparato adeguatamente. I minerali di ferro più comuni sono:
ƽ Ematite (Fe2O3): contiene circa il 70% di ferro
ƽ Magnetite (Fe3O4): contiene circa il 72% di ferro
ƽ Limonite (Fe2O3•H2O): contiene circa il 60% di ferro
ƽ Siderite (FeCO3) :contiene circa il 48% di ferro
Il minerale viene sottoposto a processi di arricchimento per aumentare la concentrazione di ferro e ridurre le impurità.
Il coke è il combustibile principale dell’altoforno, cioè il materiale che serve per produrre il calore necessario alla fusione del ferro.
Si ottiene dal carbone, che viene riscaldato in forni speciali chiamati cokerie a temperature molto alte (circa 1.000°C) senza aria.
Il carbone si trasforma in un materiale duro, poroso e ricco di carbonio, capace di bruciare facilmente e di raggiungere temperature altissime. Il coke serve quindi sia come combustibile sia come agente chimico, perché aiuta a separare il ferro dalle altre sostanze presenti nel minerale.
2. L’altoforno
L’altoforno è un grande forno metallurgico a funzionamento continuo, alimentato dall’alto con minerale di ferro, coke e calcare. La forma “a ventre” favorisce la discesa dei solidi e la risalita dei gas caldi in controcorrente. Dal basso, attraverso gli ugelli, entra aria preriscaldata: il coke brucia sviluppando temperature molto elevate (fino a 2000°C). La combustione produce soprattutto CO2 e calore; poi la CO2 reagisce con altro carbonio formando CO (ossido di carbonio), il principale gas riducente. Il CO risale nel forno e riduce gli ossidi di ferro, trasformandoli in ferro metallico. Scendendo nelle zone più calde, il ferro fonde e assorbe carbonio, diventando ghisa liquida. La ghisa si raccoglie nel crogiolo alla base. Il calcare agisce da fondente: lega le impurità e forma la loppa, più leggera, che galleggia sopra la ghisa. Si effettuano spillaggi separati di loppa e ghisa. Il gas d’altoforno viene recuperato e usato per preriscaldare l’aria nelle torri calde, che poi viene immessa attraverso gli ugelli
L’altoforno
carica di minerale di ferro, calcare e coke
nastro trasportatore
serpentine di raffreddamento gas
torre calda recupera calore
aria calda
3. La ghisa
La ghisa è una lega ferro-carbonio con contenuto di carbonio compreso tra 2,5% e 4,5%. Contiene anche piccole quantità di altri elementi come silicio, manganese e zolfo. La ghisa liquida viene spillata dall’altoforno ogni 4-6 ore a una temperatura di circa 1.500°C. e po trasportata in acciaieria per essere trasformata in acciaio. Esistono diversi tipi di ghisa:
ƽ La ghisa grigia, facile da lavorare ma poco resistente, usata per radiatori e basamenti di macchine;
ƽ La ghisa bianca, molto dura ma fragile, difficile da lavorare;
ƽ La ghisa sferoidale, più resistente e tenace, adatta a pezzi meccanici.
Post-it
Un altoforno moderno consuma ogni giorno circa 8.000 tonnellate di minerale di ferro, 3.000 tonnellate di coke e 1.000 tonnellate di calcare per produrre 5.000 tonnellate di ghisa!
Colata di ghisa.
5| L’acciaieria
Dalla ghisa all’acciaio
La ghisa, prodotta nell’altoforno, rappresenta il punto di partenza per la fabbricazione dell’acciaio.
Ghisa e acciaio sono leghe di ferro e carbonio, ma l’acciaio contiene meno carbonio (fino all’1,7%).
Eliminando parte del carbonio e le impurità dalla ghisa, si ottiene un materiale più resistente, flessibile e adatto a molte lavorazioni: l’acciaio.
La produzione dell’acciaio
La ghisa liquida arriva in acciaieria trasportata da speciali vagoni chiamati carri siluro. Qui avviene il processo di affinazione, cioè la purificazione del metallo.
Convertitore all’ossigeno
Nel convertitore un getto di ossigeno puro brucia le impurità e il carbonio, trasformandolo in monossido di carbonio e anidride carbonica, rendendo il metallo più pulito e resistente. Il processo è rapido (circa 20 minuti) e non richiede combustibili esterni.
Dal carro siluro alla colata continua in acciaieria
convertitore
carro siluro
acciaio speciale raffinazione in siviera siviera lingottiera semilavorati
decarburazione
mini TEST
Quale materiale contiene più carbonio?
a Ferro puro
b. Acciaio
c Ghisa
d. Alluminio
acciaio normale
Colata continua
Con la colata continua, l’acciaio liquido viene versato in una lingottiera raffreddata ad acqua, dove si solidifica gradualmente.
Il metallo viene poi raffreddato e tagliato in semilavorati: blumi, bramme o billette, pronti per la laminazione. Questo sistema è veloce, economico e produce acciaio di alta qualità.
Forno elettrico ad arco
Il forno elettrico ad arco, invece, fonde rottami di acciaio usando energia elettrica. Tre elettrodi di grafite creano un arco che raggiunge oltre 3.000°C, sciogliendo il metallo. Durante la fusione si eliminano le impurità e poi l’acciaio liquido viene versato in siviera.
È il metodo più usato per riciclare l’acciaio in modo ecologico
Laminazione
La laminazione è un processo con cui il metallo fuso, solidificato in lingotti o semilavorati, viene deformato tra due rulli che girano in direzioni opposte. In questo modo il metallo si assottiglia e si allunga, diventando più compatto e resistente.
ƽ Nella laminazione primaria, i lingotti ancora caldi vengono passati più volte tra grossi rulli d’acciaio. Il loro spessore diminuisce e si ottengono grandi semilavorati detti bramme, blumi o billette, che saranno poi ulteriormente lavorati.
ƽ La laminazione secondaria serve a dare al metallo la forma definitiva. Dopo essere stati scaldati, i semilavorati vengono modellati per ottenere barre, fili, lamiere, profilati e rotaie. In questa fase si usano anche altre tecniche, come la fucinatura (colpi di pressa o martello) o l’estrusione (spinta del metallo caldo attraverso uno stampo).
I principali semilavorati
ƽ Billetta: sbarra a sezione quadrata, tonda o rettangolare, di piccole dimensioni, usata per produrre barre e fili metallici.
ƽ Blumo: sbarra di sezione più grande, con spigoli leggermente arrotondati, destinata a rotaie, travi e profilati.
ƽ Bramma: piastra larga e piatta, spessa circa 5 cm, da cui si ricavano lamiere e nastri metallici.
Controllo qualità nell’acciaieria
L’acciaieria moderna ha elevati livelli di automazione e controlli computerizzati che gestiscono tutti gli aspetti del processo produttivo:
ƽ Controllo di processo: algoritmi avanzati ottimizzano i parametri di fusione, affinazione e colata;
ƽ Manutenzione predittiva: sensori monitorano lo stato delle apparecchiature prevedendo i guasti;
ƽ Intelligenza artificiale: sistemi di machine learning ottimizzano la qualità e riducono i consumi energetici.
L’integrazione di queste tecnologie sta trasformando l’acciaieria tradizionale in una smart factory, capace di produrre acciaio di qualità superiore con minori consumi energetici e ridotto impatto ambientale.
Sicurezza
Lavorare i metalli può essere interessante ma anche pericoloso, perché comporta il contatto con forni caldi, attrezzi taglienti e macchinari rumorosi. Per questo è fondamentale rispettare le regole di sicurezza: indossare casco, guanti, scarpe rinforzate, occhiali protettivi e, se serve, cuffie antirumore. La sicurezza, però, non dipende solo dalle protezioni, ma anche dal comportamento! Anche a scuola, nei laboratori, è importante imparare a lavorare con attenzione e responsabilità, perché la sicurezza di oggi prepara al lavoro di domani.
Laminazione primaria e relativi prodotti
Laminazione
A sezione quadrata, tonda o rettangolare. Dalla billetta si ricavano barre e la più sottile vergella.
A sezione quadrata o rettangolare grande, per ricavare profilati o rotaie.
Semilavorato largo e spesso da cui si ricavano lamiere/nastri.
Blumo
Bramma
Billetta
La difficoltà di estrazione dell’alluminio lo rese inizialmente più prezioso dell’oro, tanto che Napoleone III utilizzava posate di alluminio per gli ospiti più importanti, riservando quelle d’oro agli invitati comuni!
Per produrre 1 kg di alluminio servono circa 15 kWh di energia elettrica, equivalente al consumo di una famiglia media per due giorni! Per questo motivo, le fonderie di alluminio si costruiscono vicino a centrali elettriche a basso costo.
La miniera di rame di Chuquicamata, in Cile, è la più grande miniera a cielo aperto del mondo: è lunga 4,3 km, larga 3 km e profonda oltre 850 metri. Ogni giorno vengono estratte 650.000 tonnellate di materiale!
6| Metalli non ferrosi
I metalli non ferrosi, pur rappresentando una frazione minore del consumo totale di metalli, sono essenziali per molte applicazioni tecnologiche moderne. Le loro proprietà specifiche ( leggerezza, conducibilità, resistenza alla corrosione) li rendono insostituibili in settori strategici come l’aeronautica, l’elettronica, l’edilizia e i trasporti.
L’ alluminio (Al)
L’alluminio è il metallo più abbondante nella crosta terrestre (8,1%) ma è stato isolato dalla bauxite per la prima volta solo nel 1825 da Hans Christian Ørsted.
È tre volte più leggero dell’acciaio (densità 2,7 g/cm3), conduce bene calore ed elettricità e non arrugginisce perché sulla superficie si forma naturalmente uno strato di ossido che lo protegge dalla corrosione. È molto malleabile, tanto da poter essere ridotto in fogli sottilissimi, e può essere riciclato all’infinito senza perdere qualità.
Per la sua leggerezza viene usato in aerei, auto, infissi, lattine e imballaggi. In lega con altri metalli diventa più resistente: per esempio, il duraluminio (alluminio e rame) è usato in aeronautica.
È riciclabile al 100% senza perdita di proprietà o qualità.
Il rame (Cu)
Il rame è stato il primo metallo lavorato dall’uomo.
Ha densità elevata (8,93 g/cm3). Si trova allo stato nativo in molti giacimenti, oppure in minerali quali la calcopirite (composto di rame, zolfo e ferro), la cuprite (ossido di rame dal colore rossastro), la malachite (carbonato dal colore verdastro).
Le sue eccezionali proprietà di conducibilità elettrica e termica (seconda solo all’argento) lo rendono ancora oggi insostituibile nell’industria elettrica ed elettronica.
Tra le altre proprietà del rame ricordiamo:
ƽ Conducibilità termica: eccellente, si usa in scambiatori di calore;
ƽ Resistenza alla corrosione: forma patina protettiva (verderame);
ƽ Proprietà antibatteriche: è naturalmente antimicrobico;
ƽ Duttilità: può essere ridotto in fili di 0,025 mm di diametro. Il rame forma anche numerose leghe che ne migliorano le proprietà.
ƽ Il bronzo (rame + stagno) è la prima lega prodotta dall’uomo: resistente e durevole, si usa ancora oggi per opere d’arte, eliche navali e cuscinetti.
ƽ L’ottone (rame + zinco) è duttile e resistente alla corrosione, ideale per rubinetti, strumenti musicali e oggetti decorativi.
ƽ Il cupronichel (rame + nichel) resiste bene all’acqua di mare, perciò è impiegato in monete, tubazioni e condensatori navali.
ƽ Il bronzo al berillio (rame + berillio) è molto resistente e conduttivo, usato per molle, contatti elettrici e strumenti di precisione.
Anche il rame è riciclabile al 100% senza perdita di proprietà.
Zinco (Zn)
Lo zinco (densità 7,1 g/cm3) è un metallo di colore grigio-azzurro, relativamente facile da fondere e molto resistente alla ruggine. A contatto con l’aria, forma naturalmente una pellicola protettiva che impedisce la corrosione: per questo è usato per proteggere altri metalli, soprattutto il ferro. Il suo impiego più importante è proprio nella zincatura, cioè il rivestimento dell’acciaio con uno strato di zinco.
Lo zinco serve anche per produrre leghe leggere come l’ottone (rame + zinco) ed è impiegato in batterie e in alcuni componenti elettronici.
Piombo (Pb)
Il piombo è un metallo molto pesante (densità 11,34 g/ cm3), tenero e facile da lavorare. Ha un colore grigio opaco e fonde a temperatura abbastanza bassa.
È resistente alla corrosione e può essere modellato facilmente, per questo viene usato in molte applicazioni industriali.
Il suo impiego principale è nella produzione di batterie per automobili, ma viene usato anche per proteggere dalle radiazioni, ad esempio negli ospedali o negli impianti a raggi X. In passato era utilizzato in tubi, vernici e benzine, ma oggi è limitato perché il piombo è tossico e può danneggiare la salute e l’ambiente
Altri metalli non ferrosi
L’industria moderna richiede materiali con proprietà sempre più specifiche, portando allo sviluppo di leghe speciali e metalli ad alte prestazioni.
ƽ Titanio: Densità intermedia tra alluminio e acciaio, eccellente resistenza alla corrosione, biocompatibile. Utilizzato nell’industria aerospaziale, chimica e biomedicale.
ƽ Magnesio: è il metallo strutturale più leggero (1,74 g/ cm3), utilizzato nell’industria automobilistica e aeronautica per ridurre il peso.
ƽ Nichel: resistente alla corrosione e alle alte temperature, è utilizzato negli acciai inossidabili e nelle superleghe per turbine a gas.
ƽ Leghe a memoria di forma: leghe (principalmente Nichel+Titanio) che ritornano alla forma originale quando riscaldate. Utilizzate in medicina (stent, apparecchi ortodontici) e aeronautica.
ƽ Superleghe: Leghe ad alte prestazioni basate su nichel, cobalto o ferro, resistenti a temperature elevate e ambienti corrosivi. Sono essenziali per turbine a gas, motori a reazione e impianti chimici.
X.
Il titanio è il materiale ideale per le protesi biomedicali.
La parte argentata delle monete è una lega di rame e nichel, mentre la parte dorata aggiunge anche l’ottone, creando una lega chiamata Cupronichel.
Protezione in piombo per paziente da sottoporre ai raggi
Molti strumenti a fiato sono fatti di ottone (Rame+Zinco).
7| Metalli preziosi
I metalli preziosi sono materiali rari, lucenti e molto resistenti alla corrosione. Fin dall’antichità sono stati apprezzati per la loro bellezza, durata e valore, e ancora oggi rappresentano un importante simbolo di ricchezza e tecnologia. Oltre all’uso in gioielleria e oggetti d’arte, que-
Maschera d’oro di Tutankhamon.
Oggetti di argenteria.
Marmitta catalitica per autoveicoli.
Il platino serve per trasformare gas di scarico nocivi in sostanze meno inquinanti.
Oro (Au)
sti metalli hanno un ruolo fondamentale, nell’industria elettronica e nella medicina, grazie alle loro eccezionali proprietà fisiche e chimiche: ottima conducibilità elettrica e termica, resistenza all’usura e facilità di lavorazione. I principali metalli preziosi sono oro, argento e platino.
L’oro è il metallo prezioso per eccellenza. Ha un colore giallo brillante, è morbido, facile da modellare e non si ossida né arrugginisce nel tempo. È molto denso (19,4 g/cm3), cioè pesa molto anche in piccoli volumi.
Grazie alla sua malleabilità, può essere ridotto in fogli sottilissimi (la foglia d’oro è spessa solo pochi millesimi di millimetro) o tirato in fili molto fini senza rompersi.
Oltre che in gioielli e monete, l’oro è utilizzato in elettronica di precisione per rivestire contatti e circuiti: la sua conducibilità e la resistenza all’ossidazione lo rendono ideale per garantire connessioni stabili e durature. È anche un ottimo riflettore di calore e luce, motivo per cui viene impiegato nei satelliti, nei veicoli spaziali e nelle visiere degli astronauti, a protezione dalle radiazioni solari.
Argento (Ag)
L’argento è meno pesante dell’oro (densità 10,5 g/cm3), ma è il miglior conduttore di elettricità e calore tra tutti i metalli.
Ha un colore bianco lucente, è malleabile e duttile, cioè si può ridurre facilmente in lamiere sottili o fili molto fini.
Tende però a ossidarsi a contatto con l’aria, formando una sottile patina scura (solfuro d’argento) che ne altera la lucentezza ma lo protegge dalla corrosione.
L’argento è usato non solo per gioielli, posate e strumenti musicali, ma anche in elettronica, batterie, pannelli solari e saldature.
In passato era impiegato nella fotografia analogica, grazie ai sali d’argento sensibili alla luce, e per coniare monete e medaglie.
Platino (Pt)
Il platino è un metallo bianco-grigio, molto raro e altamente resistente alla corrosione e alle alte temperature. È persino più pesante dell’oro (densità 21,4 g/cm3) e non reagisce neppure con la maggior parte degli acidi.
Oltre all’uso in gioielleria di lusso, il platino è impiegato in industria chimica e automobilistica per la costruzione dei catalizzatori, dispositivi che riducono i gas inquinanti prodotti dai motori.
È anche un materiale biocompatibile, cioè non viene rigettato dal corpo umano, perciò viene utilizzato per strumenti chirurgici, pacemaker e impianti biomedici. Grazie alla sua stabilità e rarità, il platino è considerato uno dei metalli più preziosi e costosi del mondo, e viene spesso utilizzato come riferimento nei mercati internazionali.
8| Lavorazioni industriali
Una volta prodotti sotto forma di semilavorati, i metalli devono essere trasformati negli oggetti che utilizziamo quotidianamente. Le lavorazioni industriali dei metalli comprendono una vasta gamma di processi tecnologici
Laminazione
Come abbiamo visto nell’acciaieria, il metallo caldo viene fatto passare tra rulli che lo assottigliano e lo allungano, rendendolo più resistente.
che permettono di ottenere forme complesse, superfici precise e proprietà meccaniche specifiche. Vediamo quali sono le lavorazioni principali.
2.
Forgiatura/Fucinatura
Il metallo viene scaldato e battuto o pressato con martelli o presse per cambiarne la forma. Questo processo rende il materiale più compatto e resistente, ed è usato per pezzi meccanici come alberi e ingranaggi.
3.
Saldatura e trattamenti termici
La saldatura serve a unire due pezzi di metallo in modo permanente, fondendoli insieme.
I trattamenti termici, come ricottura, tempra e rinvenimento, servono invece a modificare la durezza o la resistenza attraverso riscaldamenti e raffreddamenti controllati.
4.
Imbutitura
Lavorazione che trasforma una lamiera piana in un contenitore o in una forma cava, spingendola dentro una matrice con un punzone. È impiegata per produrre pentole, serbatoi e parti di carrozzeria.
5.
Estrusione
Consiste nello spingere il metallo caldo attraverso uno stampo (detto matrice) che ne determina la sezione. Si usa soprattutto per ottenere profilati, barre e tubi in alluminio o rame, con forme anche complesse.
6.
Lavorazioni per asportazione
Tecniche per togliere piccole quantità di materiale per dare al pezzo la forma desiderata: tornitura, la fresatura (nell’immagine), la foratura e la rettifica, che rende la superficie più levigata.
1| Metallurgia e ambiente
Green Corner
EDUCAZIONE CIVICA
METAL POWER
1. Simulazione della separazione magnetica
Mescola limatura di ferro con sabbia. Utilizza una calamita per separare il ferro dalla sabbia. Osserva come il principio della separazione magnetica permetta di concentrare i minerali ferrosi.
2. Modello di altoforno
Costruisci un modello semplificato di altoforno utilizzando una bottiglia di plastica trasparente.
Stratifica materiali diversi (sabbia colorata per il minerale, carbone per il coke, gesso per il calcare) per visualizzare la disposizione delle cariche.
L’industria metallurgica sta attraversando una trasformazione profonda verso modelli di produzione sostenibili. L’economia circolare dei metalli rappresenta una delle sfide più importanti per ridurre l’impatto ambientale e garantire la disponibilità di risorse per le generazioni future. All’interno dell’economia circolare ci sono però molti aspetti da migliorare.
Il problema dell’estrazione mineraria
L’ estrazione mineraria tradizionale comporta impatti ambientali significativi. Per ottenere una tonnellata di rame sono necessarie 200300 tonnellate di minerale, generando enormi quantità di scarti. Le miniere a cielo aperto modificano irreversibilmente il paesaggio, mentre quelle sotterranee possono causare subsidenza del terreno.
L’industria metallurgica, nel suo complesso, è responsabile del 7% delle emissioni globali di CO2.
Riciclaggio: la chiave della sostenibilità
Il riciclaggio dei metalli offre notevoli vantaggi nel risparmio energetico e nella riduzione di emissioni di anidride carbonica, responsabile del riscaldamento globale
Risparmio energetico:
ƽ Alluminio: rispetto alla produzione primaria, si risparmia fino al 95% di energia;
ƽ Acciaio: 75% di energia in meno;
ƽ Rame: 85% di energia in meno.
Riduzione delle emissioni:
ƽ Acciaio da rottame: il riciclo genera 1,3 tonnellate di CO2 (rispetto a 1,8 tonnellate da minerale);
ƽ Alluminio da rottame: 0,6 tonnellate CO2 (rispetto a 11,5 tonnellate da bauxite).
Intelligenza
2| Tecnologie innovative
La transizione verso un’economia circolare dei metalli richiede la collaborazione di tutti gli attori della filiera: produttori, utilizzatori, riciclatori e consumatori. Solo attraverso un approccio sistemico sarà possibile garantire un futuro sostenibile per l’industria metallurgica e per il nostro pianeta. Tra i protagonisti, l’intelligenza artificiale sta rivoluzionando il settore del riciclaggio metallico.
Sistemi di visione computerizzata riconoscono automaticamente i diversi tipi di metalli, mentre algoritmi di machine learning ottimizzano i processi di separazione.
Robot dotati di AI possono selezionare e smistare rottami metallici con precisione superiore agli operatori umani, aumentando l’efficienza e riducendo i costi.
Sensori intelligenti monitorano in tempo reale la qualità dei materiali riciclati, garantendo standard elevati per i nuovi prodotti.
3| Comportamenti responsabili
Un futuro sostenibile comincia dai nostri gesti: ognuno di noi può contribuire alla transizione ecologica con azioni semplici ma importanti. I metalli che usiamo ogni giorno
Decalogo del riciclo dei metalli
sono materiali preziosi, riciclabili all’infinito. Riconoscerli, riutilizzarli e smaltirli nel modo corretto significa ridurre sprechi, risparmiare energia e proteggere l’ambiente. Ecco dieci buone abitudini per iniziare.
1. Riconosci i materiali: impara a distinguere i diversi tipi di metalli.
2. Ricicla correttamente: getta lattine e oggetti nel contenitore giusto.
3. Riutilizza con fantasia: trasforma gli oggetti in qualcosa di nuovo.
4. Ripara invece di buttare: dai una seconda vita agli utensili.
5. Compra meno, ma meglio: scegli prodotti durevoli e di qualità.
6. Informati: conoscere i materiali aiuta a fare scelte sostenibili.
7. Sostieni il riciclo: preferisci oggetti realizzati con materiali riciclati.
8. Risparmia energia: ogni metallo riciclato riduce l’inquinamento.
9. Partecipa alle iniziative: laboratori e raccolte insegnano a riciclare.
10. Dai l’esempio: la sostenibilità nasce da piccoli gesti quotidiani.
• www.recupero.it • www.cial.it • www.conai.org
www.matech.it
1| Il cruciverba dei metalli
Completa il cruciverba proposto. Se non trovi le parole esatte torna alle pagine del capitolo! 1 2 3 5
Orizzontali
3. Lega di ferro e carbonio
4. Attività di recupero dei metalli
5. Materiali da cui si estraggono i metalli
6. Rapporto tra massa e volume
7. Lega di rame e zinco
Verticali
1. Protegge il ferro dalla ruggine
2. Lavorazione che crea lamiere
2| Anagrammi tecnici
Riordina le lettere per formare termini tecnici legati ai metalli:
a. MINIO LULA (Metallo leggero)
b. MARE (Metallo rosso)
ALLUMINIO RAME
c. RONFO ALTO (Impianto siderurgico)
ALTOFORNO
d. AZALIMOANIE (Processo di lavorazione)
LAMINAZIONE
SALDATURA
e. DURA SALTO (Processo di unione)
3| Memory della classificazione dei metalli
1. Alluminio
2. Rame
3. Ferro
4. Oro
5. Titanio a Ottimo conduttore elettrico
b. Magnetico
c. Inalterabile nel tempo d Leggero e resistente
e. Molto leggero
Orientare e orientarsi
08 | Metalli
Lab
Fasi di lavoro
1. Discussione sulle proprietà dei metalli
Riflettiamo insieme sulle caratteristiche dei metalli, sulla raccolta differenziata e sul ciclo di vita di un oggetto metallico. Sperimentiamo come riconoscere i metalli magnetici e non magnetici attraverso esempi concreti.
2. Raccolta e classificazione dei materiali
Amleto, forse il testo più famoso del teatro mondiale. Amleto, che si era studi, ritorna alla corte di Danimarca, afflitta da un clima di ipocrisie, dal fratello Claudio, zio di Amleto, e il suo spettro appare al figlio vendetta; la madre, dimenticato presto il primo marito, ha sposato per sua natura malinconico e irresoluto, esita, incerto su come richiederebbe una tempra più salda della sua, e nel monologo dà irresolutezza.
1| Riciclo creativo: metalli, riuso e riciclo
Attraverso attività di classificazione, indagine e creazione di un prodotto finale semplice ma creativo, impareremo come dare nuova vita ai metalli di scarto. Il prodotto finale sarà un modellino creativo o un piccolo oggetto decorativo realizzato con metalli di riuso, provenienti dal materiale scolastico o domestico.
essere1, è questo che mi chiedo: l’animo che sopporta dardi della fortuna insensata, arma contro un mare di guai annienta2. Morire… dormire, quel sonno mettere fine cuore e ai mille traumi
Materiali e attrezzi
• Scarti metallici di diverso tipo (lattine, tappi, piccole parti metalliche).
• Colla vinilica.
• Forbici, pinzette, coltelli da carta (per sicurezza e uso supervisione).
• Carta, cartoncino, nastri adesivi colorati, colori a tempera o pennarelli.
• Calamite per testare i metalli magnetici.
eredita3: è un consummatum4 giunte. Morire, dormire, –forse – ah, qui è l’incaglio: della morte quali sogni quando ci siamo districati funesto5, è la domanda questo il dubbio così lunga alla nostra sciagura.
Discipline COINVOLTE
• Arte e immagine
• Tecnologia
• Scienze
• Educazione civica
Ogni studente/ssa porta a scuola o raccoglie piccoli oggetti metallici. I materiali vengono poi testati con le calamite per distinguere i metalli ferrosi da quelli non ferrosi. Si annotano le osservazioni e si discute sulle modalità corrette di raccolta differenziata.
tema
3. Progettazione dell’oggetto
In piccoli gruppi (o singolarmente), progettiamo un oggetto o un modellino da realizzare utilizzando metalli riciclati e altri materiali (non metallici) di riuso.
Prepariamo uno schema del progetto e valutiamo la quantità di materiali necessari.
4. Realizzazione del progetto
Costruiamo l’oggetto secondo il progetto, con attenzione alla sicurezza e sotto la supervisione dell’insegnante.
5. Presentazione dei lavori
Ogni gruppo presenta il proprio progetto, illustrando i materiali utilizzati e spiegando le scelte compiute in termini di riuso e riciclo.
6. Riflessione finale
Condividiamo ciò che abbiamo imparato sull’importanza della raccolta differenziata e del riciclo dei metalli per la tutela dell’ambiente.
La domanda che Amleto si pone riguarda in modo profondo il senso dell’esistenza: un radicale senso di negatività induce il protagonista della tragedia ad avvertire una sensazione di totale impotenza e un dubbio inestricabile su come agire.
stile
Autovalutazione
1. Che cosa ho imparato sulle proprietà dei metalli?
2. Come ho collaborato durante il lavoro di gruppo?
3. Che cosa ho imparato sull’importanza del riciclo per l’ambiente?
4. Che cosa migliorerei se dovessi ripetere questa attività?
Il timore della morte è espresso attraverso la metafora del sonno e dei sogni che potrebbero venire a visitarci.
L’essenziale
I metalli
Un metallo è un materiale che si ottiene dai minerali estratti nelle miniere
I metalli sono materiali fondamentali per la nostra vita quotidiana: li troviamo negli edifici, nei mezzi di trasporto, negli elettrodomestici e nei computer.
Sono solidi, lucenti, resistenti e ottimi conduttori di calore ed elettricità.
Classificazione dei metalli
I metalli si dividono in ferrosi (ferro, ghisa, acciaio) e non ferrosi (rame, alluminio, zinco, piombo).
AUDIOLETTURA ORIENTAMENTO
Academy
Per lavorare nel settore dei metalli è possibile frequentare gli Istituti Tecnici Industriali, gli Istituti Professionali, l’ITS Mech o proseguire con laurea in Ingegneria dei Materiali o Metallurgica. Tra le principali professioni del settore troviamo:
• Ingegnere metallurgico, che progetta e ottimizza i processi di produzione e sviluppa nuove leghe.
• Tecnico metallurgico, che controlla la qualità e l’efficienza dei processi industriali.
• Saldatore specializzato, esperto nelle lavorazioni di precisione per industrie avanzate.
• Progettista meccanico, che utilizza software CAD per creare componenti e scegliere i materiali più adatti.
Il settore è in grande evoluzione: ricerca, tecnologia e sostenibilità si incontrano per costruire l’industria del futuro.
I primi contengono ferro e sono molto resistenti; i secondi non arrugginiscono facilmente e conducono bene l’elettricità.
Esistono anche i metalli preziosi, come oro, argento e platino, usati non solo in gioielleria ma anche in elettronica.
Dai minerali ai metalli
Per ottenere i metalli si parte dai minerali estratti nelle miniere. Nelle industrie metallurgiche i minerali vengono separati dalle impurità e trasformati in materiali puri attraverso processi di fusione, affinazione ed elettrolisi.
La siderurgia si occupa in particolare della produzione di ferro e acciaio: nell’altoforno il minerale di ferro diventa ghisa, poi acciaio, che viene laminato e lavorato in barre, fili e lamiere.
Lavorazioni industriali e sicurezza
Le lavorazioni industriali (come laminazione, forgiatura, saldatura o imbutitura) permettono di trasformare i metalli in oggetti finiti.
In queste fasi è essenziale rispettare le regole di sicurezza, per evitare incidenti e proteggere chi lavora.
Metalli e sostenibilità ambientale
Oggi la sfida principale è rendere la produzione dei metalli più sostenibile. L’estrazione mineraria consuma molta energia e produce inquinamento, ma il riciclaggio dei metalli permette di risparmiare fino al 95% dell’energia rispetto alla produzione da materie prime.
Economia circolare dei metalli
L’economia circolare dei metalli si basa su riuso, riparazione e riciclo. Riciclare correttamente lattine e oggetti metallici, riutilizzare materiali, riparare anziché buttare e scegliere prodotti durevoli sono piccoli gesti che, insieme, fanno una grande differenza per il pianeta.
Proiezioni ortogonali 07
Pensa un po’...
Perché, per capire la forma di un oggetto, non basta una sola immagine?
Se guardi un cubo di fronte, vedi solo un quadrato: come facciamo a mostrare anche profondità e altezze reali sul foglio da disegno?
DAL SOLIDO al piano
Quando rappresentiamo un oggetto sul foglio (che è piatto), dobbiamo scegliere regole chiare per tradurre lo spazio a tre dimensioni (larghezza, altezza, profondità) in un disegno a due dimensioni.
Un modo preciso e molto usato nel disegno tecnico è quello delle proiezioni ortogonali: otteniamo più viste dello stesso oggetto, proiettandolo su piani perpendicolari tra loro (a 90°), così da leggerne tutte le parti in modo chiaro.
INVESTIGATORI
delle P.O.
Prendi un oggetto di uso scolastico, per esempio una gomma, il vasetto della colla o un dispe nser per il nastro adesivo, e osservalo con attenzione:
• quale sarebbe la vista di fronte più chiara?
• dall’alto quali parti riconosci?
• di lato cosa cambia nella forma?
Disegna tre piccoli riquadri sul quaderno e annota, con uno schizzo rapido, ciò che ti aspetti di vedere nelle tre viste principali.
Questo semplice esercizio ti aiuterà a capire che ogni vista mostra solo due dimensioni, ma insieme rivelano la forma completa dell’oggetto.
Flipped Classroom
VIDEO INTRODUTTIVO
Mappa
concettuale
La tua mappa MENTALE
Partendo dalla mappa concettuale, disegna la tua mappa mentale di questo capitolo…
che cosa
IMPARERAI
Obiettivi di apprendimento
• Conoscere i principi delle proiezioni ortogonali e saper distinguere le tre viste principali.
• Rappresentare figure e solidi semplici nelle tre proiezioni ortogonali, usando strumenti di disegno (o software CAD.
• Leggere e comprendere un semplice disegno tecnico, collegando le viste all’oggetto reale.
Competenze
• Rappresentare oggetti e forme in modo corretto e chiaro, utilizzando le regole del disegno tecnico.
• Comprendere e interpretare le proiezioni ortogonali, riconoscendo le diverse viste e il loro significato spaziale.
Proiezioni ortogonali
DEFINIZIONE
LEZIONE IN POWERPOINT
• Metodo per rappresentare oggetti tridimensionali su un piano
• Si ottengono proiettando ogni punto dell’oggetto con raggi perpendicolari al piano di proiezione
• Servono per descrivere con precisione la forma e le dimensioni reali
PRINCIPI GEOMETRICI
• Le proiezioni si disegnano su tre piani perpendicolari tra loro:
– P.V. (piano verticale con vista di fronte)
– P.O. (piano orizzontale con vista dall’alto)
– P.L. (piano laterale con vista di fianco)
MODALITÀ DI RAPPRESENTAZIONE
• Si rappresentano tre viste principali: – di fronte (prospetto) – dall’alto (pianta) – laterale (profilo)
• Le viste sono collegate mediante linee di costruzione
• Si distinguono linee visibili (continue) e nascoste (tratteggiate)
UTILITÀ DELLE P.O.
• Permettono di leggere e tracciare disegni tecnici precisi
• Disegnare in modo pulito e preciso riduce gli sprechi di carta e tempo
1|Le proiezioni ortogonali
Quando vogliamo rappresentare un oggetto tridimensionale (con larghezza, altezza e profondità) su un foglio piano, dobbiamo “tradurlo” in due dimensioni.
Per farlo, in disegno tecnico si usano le proiezioni ortogonali, un metodo preciso e universale per mostrare la forma e le dimensioni reali di un oggetto visto da più direzioni.
Il concetto di proiezione
Immagina di accendere una lampada che proietta l’ombra di un oggetto su una parete. Quell’ombra è una proiezione dell’oggetto.
Se i raggi di luce arrivano perpendicolarmente (cioè “ortogonalmente”) al piano della parete, l’immagine proiettata non è deformata.
Questo è proprio il principio della proiezione ortogonale: mostrare ogni parte dell’oggetto senza scorcio, come se fosse vista frontalmente e con precisione geometrica.
nel TEMPO…
Dalla prospettiva a Monge: il viaggio del disegno tecnico
Fin dall’antichità, l’uomo ha cercato un modo per rappresentare il mondo reale su un foglio. Ma come far entrare la profondità e la tridimensionalità su una superficie piatta? Da questa domanda è iniziata una grande avventura, fatta di arte, geometria e invenzioni.
I pittori e la prospettiva
Nel Rinascimento, artisti come Brunelleschi e Alberti scoprirono le regole della prospettiva. Capirono che, se le linee parallele sembrano incontrarsi in un punto lontano (il punto di fuga) i disegni diventano realistici. Grazie alla prospettiva, le opere d’arte acquisirono profondità e vita. Tuttavia, per chi doveva costruire edifici o oggetti, quel metodo non bastava: serviva un modo più preciso per misurare e progettare.
L’assonometria: un passo verso la precisione
Gli architetti e gli ingegneri iniziarono allora a usare l’assonometria, un tipo di rappresentazione che mostra gli oggetti “di scorcio”, ma con misure reali e proporzioni corrette.
Con l’assonometria si potevano disegnare solidi come cubi o prismi mantenendo leggibili le tre dimensioni: altezza, larghezza e profondità. Era un grande passo avanti per il disegno tecnico, ma mancava ancora un metodo davvero scientifico.
L’idea geniale di Gaspard Monge
Nel Settecento, il matematico francese Gaspard Monge, con la Geometria descrittiva, inventò un sistema che cambiò tutto: il metodo delle proiezioni ortogonali. Invece di una sola immagine, Monge propose di rappresentare ogni oggetto da tre punti di vista perpendicolari:
• di fronte (prospetto),
• dall’alto (pianta),
• di lato (profilo).
Immaginò tre piani tra loro perpendicolari, come le pareti e il pavimento di una stanza, e vi proiettò l’oggetto. Poi “ribaltò” i piani su un foglio per leggerli insieme.
Nacque così il disegno tecnico moderno, preciso e universale.
La geometria descrittiva insegna a vedere con gli occhi della mente ciò che non possiamo vedere con gli occhi del corpo.
Gaspard Monge (1746-1818)
La prospettiva ci mostra come vediamo il mondo, l’assonometria ci aiuta a immaginarlo nello spazio, e le proiezioni ortogonali ci permettono di costruirlo davvero.
2| Regole delle proiezioni ortogonali
Glossario
Triedro: insieme formato
da tre piani perpendicolari tra loro, che si incontrano in un unico punto come gli spigoli di un angolo di stanza.
Immagina un angolo dell’aula: pavimento e due pareti tra loro perpendicolari. Questi tre piani sono:
• P.O. = piano orizzontale (pianta)
• P.V. = piano verticale (prospetto, vista di fronte)
• P.L. = piano laterale (fianco, vista da sinistra)
I tre piani, divisi dalla linea di terra (L.T.) formano il triedro; si intersecano generando gli assi x, y, z con origine in O.
Dopo aver proiettato le facce dell’oggetto sui tre piani, si ribaltano i piani fino a stenderli sul foglio per leggere insieme le tre viste.
Verticale
Verticale
Le proiezioni sul P.V. sono dette: Viste di fronte Prospetto
Le proiezioni sul P.V. sono dette: Viste di fronte Prospetto
Linea di terra frontale
O
Lineaditerralaterale
Esempio guidato
Consideriamo un solido semplice, da collocare idealmente al centro del triedro, leggermente sollevato dal pavimento (P.O.) Per rappresentare un oggetto in proiezioni ortogonali, immaginiamo di osservarlo da molto lontano, come se fossimo all’infinito.
Da così lontano, i raggi proiettanti della vista risultano paralleli e perpendicolari ai piani del triedro.
I diversi colori delle facce del solido, durante le proiezioni, aiutano a capire meglio che cosa va proiettato sui piani del triedro.
Linea di terra frontale
Le proiezioni sul P.O. sono dette: Viste dall’alto Pianta
Laterale
Linea di terra laterale y x z y P.L.
Orizzontale
Orizzontale
O
Le proiezioni sul P.L. sono dette: Viste da sinistra Fianco
Le proiezioni sul P.L. sono dette: Viste da sinistra Fianco
Linea di terra laterale
Le proiezioni sul P.O. sono dette: Viste dall’alto Pianta y x
P.V.
P.O.
Piano
Piano
Piano
P.V.
P.O.
Piano
Piano
1.
Proiezioni sui tre piani
L’oggetto viene “illuminato” da tre fasci di raggi paralleli: ciascun fascio proietta l’immagine dell’oggetto su uno dei tre piani del triedro (di fronte, dall’alto e di lato).
3.
Apertura del triedro
Immagina ora di “aprire” il triedro: stacchiamo il piano laterale e ruotiamo i piani fino a renderli tutti sullo stesso livello.
2.
Le tre immagini proiettate
Le tre proiezioni così ottenute mostrano lo stesso oggetto da punti di vista diversi e sono collegate tra loro da linee parallele agli assi, dette linee di riferimento.
4.
Disposizione sul foglio
I tre piani ora diventano complanari, cioè si trovano su un unico foglio. Le tre immagini (prospetto, pianta e profilo) restano legate dalle linee di riferimento, per essere lette insieme come un unico disegno tecnico.
Play test
1| Il gioco dei colori
Osserva l’esempio e poi riporta sulle proiezioni ortogonali (a destra), le lettere che contrassegnano le varie facce degli oggetti rappresentati (a sinistra in 3D). Completa poi con i colori che corrispondono alle varie viste.
2| La giusta proiezione
Osserva i solidi rappresentati in 3D e individua le proiezioni ortogonali corrette tra quelle proposte a destra. Attenzione: le 3 figure corrette non sono nella stessa colonna!
Play test
3| Proiezioni ortogonali da completare
Osserva i pezzi meccanici rappresentati in 3D con le relative misure, espresse in millimetri. Completa le proiezioni ortogonali di ciascuno partendo dalle indicazioni date.
1.
2.
3.
4.
4| Oggetti in proiezioni ortogonali
Osserva gli oggetti di uso comune qui rappresentati in 3D e disegna le proiezioni ortogonali di tre di essi, a tua scelta, e con le misure che preferisci.
1.
4. 7 2. 5. 8. 3. 6. 9.
Informatica e computer
Pensa un po’...
Ti sei mai chiesto che cosa succede dentro uno smartphone o un tablet quando tocchi lo schermo?
Cosa faresti senza smartphone, tablet o computer? Come possono essere utili a casa, a scuola e nel lavoro?
Alla scoperta dell’INFORMATICA
Ogni giorno interagisci con la tecnologia senza neanche rendertene conto. Al mattino controlli lo smartphone, a scuola usi il computer per fare ricerche, a casa guardi video in streaming e chatti con gli amici. Telefoni, tablet, computer, smartwatch, smart TV: tutti questi dispositivi hanno qualcosa in comune. Sono sistemi informatici, macchine intelligenti che elaborano informazioni seguendo istruzioni precise e velocissime. Ma ti sei mai chiesto come funziona davvero un computer? Cosa succede quando clicchi su un’app o scarichi un file? Come fa il tuo smartphone a eseguire contemporaneamente musica, messaggi e navigazione? La risposta è affascinante: dentro ogni schermo si nasconde un universo di componenti hardware e software che lavorano insieme in perfetta armonia.
INVESTIGATORI del sistema informatico
A casa
Scegli un dispositivo che usi ogni giorno, come smartphone, tablet o computer di casa. Osservalo per qualche minuto e annota sul quaderno tre cose:
• quali parti fisiche vedi (schermo, tasti, porte)?
• quali luci o suoni produce?
• a quali altri dispositivi è collegato (WiFi, cuffie, caricatore)?
In classe
Confronta le tue osservazioni con i compagni e scoprirai che questi dispositivi, per quanto diversi, funzionano secondo gli stessi principi: quelli dell’informatica.
Flipped Classroom
3| Il sistema operativo
Il sistema operativo è il software fondamentale che trasforma un insieme di componenti hardware in un computer utilizzabile.
COME FUNZIONA IL SISTEMA OPERATIVO
Avvio e caricamento
• Il computer si accende e il sistema operativo parte
Hardware + driver
• Il SO riconosce i dispositivi e li rende utilizzabili
Comandi/programmi
• L’utente avvia le app e il SO le mette in esecuzione
CPU + memoria
• Decide chi usa la CPU e quanta RAM serve a ogni programma
Periferiche + file
• Gestisce tastiera/mouse/schermo e lettura-scrittura dei dati
Spegnimento
• Chiude tutto e salva in modo sicuro
Senza sistema operativo, il computer sarebbe solo un ammasso di circuiti elettronici incapaci di comunicare tra loro.
Le funzioni del sistema operativo
Il sistema operativo è il “direttore d’orchestra” del computer: coordina tutte le sue parti affinché funzionino in modo armonioso.
Senza di esso, l’hardware non saprebbe cosa fare e i programmi non potrebbero essere eseguiti.
Per questo svolge diverse funzioni fondamentali che permettono al computer di lavorare in modo efficiente e sicuro.
ƽ Gestione dei processi: il sistema operativo controlla tutti i programmi in esecuzione e decide quale può utilizzare la CPU e per quanto tempo. Anche se sembra che funzionino contemporaneamente, in realtà la CPU li esegue uno dopo l’altro molto velocemente, assegnando piccolissime frazioni di secondo a ciascuno. Questo meccanismo si chiama multitasking e permette di ascoltare musica, navigare e scrivere un testo senza che nulla si blocchi.
ƽ Gestione della memoria: ogni programma ha bisogno di una parte di RAM per funzionare. Il sistema operativo assegna la memoria necessaria a ciascun processo e impedisce che i programmi si disturbino a vicenda. Quando la RAM non è più sufficiente, il sistema operativo può spostare temporaneamente alcuni dati nello spazio di memoria virtuale sullo storage (memoria di massa): questa tecnica serve a liberare spazio per continuare a lavorare, anche se può rallentare il computer.
ƽ Gestione dei file: il sistema operativo organizza tutti i dati presenti nel computer utilizzando file e cartelle. Grazie a questa struttura ordinata possiamo salvare, aprire, spostare, copiare ed eliminare documenti in modo semplice e sicuro.
ƽ Sicurezza: il sistema operativo controlla anche che i file non vengano danneggiati e gestisce i permessi di accesso, proteggendo i dati degli utenti, stabilendo chi può leggere, modificare o cancellare un file.
Il file system: come sono organizzati i dati
Il file system è il metodo che il sistema operativo usa per organizzare, salvare e gestire i file sullo storage.
È come il sistema di catalogazione di una biblioteca: ogni file ha un nome e una posizione precisa e può essere trovato rapidamente. La struttura è gerarchica, come un albero rovesciato:
ƽ Root (radice): il livello più alto, da cui partono tutte le altre cartelle
ƽ Cartelle (directory): contenitori che possono contenere file e altre cartelle
ƽ File: i documenti veri e propri (testi, immagini, video, programmi).
Detto... fatto!
Vediamo in pratica come il sistema operativo gestisce le risorse.
Apri il Task Manager (Gestione attività) su Windows premendo Ctrl+Shift+Esc S
Osserva la scheda Processi: ogni riga rappresenta un programma in esecuzione o altri processi. Noterai che anche quando pensi di non aver aperto nulla, ci sono decine di processi attivi. Questi sono i servizi di sistema che lavorano in background per far funzionare il computer.
Guarda le colonne CPU, Memoria e Disco: mostrano quanto ogni processo sta utilizzando le risorse del computer.
Se un processo usa troppa CPU, il computer rallenta. Se la memoria è quasi piena, il sistema diventa instabile.
Percorsi e indirizzi dei file
Glossario
Ogni file ha un indirizzo univoco chiamato percorso (path) che indica esattamente dove si trova nella struttura gerarchica. È come l’indirizzo di casa: specifica il paese, la città, la via e il numero civico.
Esempio di percorso Windows
C:\Users\Marco\Documents\Scuola\Tecnologia\Appunti.docx
Detto... fatto!
Esploriamo la struttura del file system.
1. Apri Esplora file (Windows).
2. Vai alla radice del disco principale:
Windows: Questo PC > Disco locale (C:)
3. Osserva le cartelle principali: - Programmi - Utenti
Windows (cartella di sistema: non modificare)
4. Entra nella tua cartella utente e osserva le sottocartelle più comuni: Documenti, Immagini, Video, Download
Questa organizzazione standard aiuta a mantenere ordine e trovare rapidamente i file.
5. Crea una nuova cartella chiamata “Test_Informatica” e al suo interno crea tre sottocartelle: “Hardware”, “Software”, “Reti”.
Servizi di sistema: programmi in background gestiti da Windows che svolgono funzioni essenziali (rete, stampa, aggiornamenti, sicurezza ecc.) anche quando non sono aperte finestre; si avviano spesso automaticamente e garantiscono il corretto funzionamento del sistema.
