la corrente elettrica e relativi esperimenti - Citta del Sole
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INDICE<br />
DISTINTA DEI PEZZI Pag. 4<br />
ISTRUZIONI DI MONTAGGIO Pag. 5<br />
L’ELETTRICITÀ NELLA VITA QUOTIDIANA Pag. 6<br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 9<br />
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 18<br />
L’ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO Pag. 22<br />
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 24<br />
ESEMPI DI MODELLI Mo<strong>del</strong>lo 1 – Semaforo Pag. 26<br />
Mo<strong>del</strong>lo 2 – Coccodrillo Pag. 28<br />
Mo<strong>del</strong>lo 3 – Decodificatore Morse Pag. 30<br />
Mo<strong>del</strong>lo 4 – Trenino elettrico Pag. 32<br />
Mo<strong>del</strong>lo 5 – Gru elettromagnetica Pag. 34<br />
Mo<strong>del</strong>lo 6 – Parco marino con gabbiani Pag. 36<br />
Raccomandazioni<br />
L’utilizzo di questo kit consente ai bambini di familiarizzare con i concetti fisici <strong>del</strong>l’elettricità e <strong>del</strong> magnetismo.<br />
Il kit aiuta ad apprendere le nozioni fondamentali re<strong>la</strong>tive all’elettricità e a sviluppare il pensiero logico attraverso<br />
<strong>la</strong> costruzione dei vari mo<strong>del</strong>li.<br />
1. Si prega di leggere attentamente le istruzioni, di attenersi alle norme di sicurezza e di conservare questo manuale<br />
a portata di mano per consultazione. Si raccomanda di realizzare i diversi mo<strong>del</strong>li nell’ordine in cui sono presentati,<br />
in modo da facilitare <strong>la</strong> comprensione <strong>del</strong> montaggio dei diversi pezzi e da poter così arrivare a costruire altri tipi<br />
di mo<strong>del</strong>li seguendo <strong>la</strong> propria fantasia.<br />
2. Questo è un giocattolo adatto per bambini di età superiore a 8 anni ed è stato concepito per aiutarli a scoprire<br />
che cos’è un circuito elettrico e che cos’è il magnetismo, creando diversi mo<strong>del</strong>li per mettere in pratica le nozioni<br />
acquisite.<br />
3. Si raccomanda di illustrare ai bambini le norme di sicurezza e i possibili rischi prima di procedere al<strong>la</strong> costruzione<br />
dei vari mo<strong>del</strong>li.<br />
4. Non cercare di collegare i fili o gli accessori a una pressa <strong>elettrica</strong>. Questa operazione potrebbe risultare<br />
estremamente pericolosa. Il prodotto funziona esclusivamente a batteria.<br />
5. PULIZIA:<br />
• Prima di procedere al<strong>la</strong> pulizia, togliere le batterie.<br />
• Utilizzare esclusivamente un panno leggermente inumidito di acqua.<br />
• Non utilizzare mai prodotti detergenti.<br />
Norme di sicurezza<br />
1. Non ricaricare le batterie.<br />
2. Le batterie ricaricabili possono essere ricaricate solo in presenza di un adulto.<br />
3. Non utilizzare insieme batterie caricabili e non ricaricabili.<br />
4. Utilizzare solo le batterie raccomandate dal costruttore.<br />
5. Control<strong>la</strong>re sempre <strong>la</strong> po<strong>la</strong>rità <strong>del</strong>le batterie.<br />
6. Non mettere in cortocircuito i morsetti <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria.<br />
7. Le batterie esauste devono essere smaltite insieme ai rifiuti tossici.<br />
8. Attenersi alle istruzioni per il ricic<strong>la</strong>ggio stampate sulle batterie.<br />
Attenzione<br />
1. Togliere le batterie quando si prevede di non utilizzare il prodotto per un lungo periodo di tempo.<br />
2. L’utilizzo improprio <strong>del</strong>le batterie può causare fuoriuscite <strong>del</strong> liquido interno, che possono danneggiare e corrodere<br />
le zone circostanti, con conseguente rischio di incendio, esplosione e lesioni personali.<br />
Avvertenze per i genitori<br />
Questo giocattolo non è adatto per bambini di età inferiore a 3 anni, in quanto contiene pezzi di piccole<br />
dimensioni che potrebbero essere accidentalmente ingeriti.<br />
Questo giocattolo deve essere tenuto fuori <strong>del</strong><strong>la</strong> portata di bambini in tenerissima età.<br />
3
4<br />
DISTINTA PEZZI<br />
N. NOME PEZZO PZ N. NOME PEZZO PZ N. NOME PEZZO PZ<br />
TELAIO LUNGO – GIALLO PULEGGIA PICCOLA – GRIGIA MANO ROBOT<br />
TELAIO GRIGIO GIUNTO DI COLLEGAMENTO DELLE BARRETTE PIEDE ROBOT<br />
TELAIO – BLU CAMMA OVOIDALE SNODO<br />
TELAIO QUADRATO – GRIGIO BIELLA CON FLANGIA BOTTONE DI FISSAGGIO<br />
BARRETTA LUNGA – GIALLA ASSE ADATTATORE “2 IN 1”<br />
BATTETTA – GRIGIA GIUNTO A CAMMA ADATTATORE A “L” 90°<br />
BARRETTA – GIALLA MODULO DI COLLEGAMENTO ALLA BASE RULLO DI RINVIO<br />
BARRETTA A 3 FORI – GIALLA PERNO GANCIO<br />
BARRETTA A 5 FORI – GRIGIA FISSAGGIO DEGLI INGRANAGGI CINGHIA<br />
BARRETTA DOPPIA – GRIGIA DISPOSITIVO DI RIMOZIONE DEI PERNI/DEGLI ASSI FILO – 50 CM<br />
BARRETTA CURVA – GRIGIA CAVETTO DI COLLEGAMENTO CON FERMACAVO – ROSSO VITE SENZA FINE<br />
ASSE DI TRASMISSIONE EXTRALUNGO CAVETTO DI COLLEGAMENTO – ROSSO CONDUTTORE A PERNO<br />
ASSE DI TRASMISSIONE – LUNGO CAVETTO DI COLLEGAMENTO CON FERMACAVO – NERO BARRA DI FERRO<br />
ASSE DI TRASMISSIONE – MEDIO CAVETTO DI COLLEGAMENTO – NERO BOBINA<br />
ASSE DI TRASMISSIONE – GRIGIO INTERRUTTORE FILO CON GUAINA IN PLASTICA – 400 CM<br />
BARRA CONNETTORE A CUBO MAGNETE ROTONDO<br />
BASE RETICOLATA A DOPPIA FACCIA PORTABATTERIE MAGNETE RETTANGOLARE<br />
INGRANAGGIO GRANDE – GIALLO PORTALAMPADA – VERDE BUSSOLA<br />
INGRANAGGIO MEDIO – GIALLO PORTALAMPADA – ROSSO SACCHETTO DI LIMATURA DI FERRO<br />
INGRANAGGIO PICCOLO – ROSSO PORTALAMPADA – GIALLO FOGLI DI CARTA FUSTELLATI<br />
RUOTA PER TRASMISSIONE A CATENA CON 20 DENTI – GIALLA ALIMENTATORE CON ALBERINO<br />
PULEGGIA GRANDE – GRIGIA TESTA ROBOT<br />
PULEGGIA MEDIA – GRIGIA CORPO ROBOT TOTALE
Fase 1<br />
Montaggio <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria<br />
Durante il montaggio <strong>del</strong>le batterie<br />
“AA”, control<strong>la</strong>re che i poli positivo (+)<br />
e negativo (-) <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria coincidano<br />
con quelli <strong>del</strong> portabatterie.<br />
ISTRUZIONI DI MONTAGGIO<br />
Collegamento dei portabatterie<br />
1. Quando i portabatterie sono collegati insieme come nelle Fig. A o B,<br />
si dice che le “BATTERIE SONO COLLEGATE IN SERIE”.<br />
2. Quando i portabatterie sono collegati insieme come nel<strong>la</strong> Fig. C,<br />
si dice che le “BATTERIE SONO COLLEGATE IN PARALLELO”.<br />
ATTENZIONE!<br />
Non effettuare mai il collegamento come nelle figure seguenti<br />
Collegamento tra portabatterie, fili elettrici,<br />
connettore a cubo e interruttore<br />
Le prese sul connettore a cubo possono condurre l’elettricità, ad<br />
eccezione <strong>del</strong><strong>la</strong> presa con il logo GIGO, in modo tale che il connettore<br />
a cubo possa essere collegato al portabatterie (come in Fig. D)<br />
o all’interruttore (come in Fig. E) ed essere utilizzato come alimentatore.<br />
NESSUNA CONDUZIONE<br />
DI CORRENTE ELETTRICA<br />
Collegamento tra fili elettrici e interruttore, porta<strong>la</strong>mpada o motore elettrico<br />
SPENTO<br />
ACCESO<br />
Sostituzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina<br />
1. Afferrare il coperchio <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina ed estrarlo<br />
dal porta<strong>la</strong>mpada (Fig. J).<br />
2. Svitare <strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina da sostituire e avvitare sul<br />
porta<strong>la</strong>mpada una <strong>la</strong>mpadina nuova (Fig. K).<br />
3. Riposizionare il coperchio sul<strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina<br />
nel porta<strong>la</strong>mpada.<br />
N.B.: Avvitare a fondo <strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina<br />
in modo da assicurare un’efficacie<br />
conduzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>.<br />
Fase 1<br />
Collegamento tra base retico<strong>la</strong>ta,<br />
te<strong>la</strong>io e barretta<br />
Rimozione <strong>del</strong> perno<br />
Per rimuovere il perno, utilizzare<br />
il <strong>la</strong>to “A” <strong>del</strong>l’apposito dispositivo<br />
di rimozione (Fig. O).<br />
5
6<br />
L’ELETTRICITA’ NELLA VITA QUOTIDIANA<br />
Con lo sviluppo <strong>del</strong><strong>la</strong> tecnologia, l’elettricità è divenuta indispensabile nel<strong>la</strong> vita quotidiana.<br />
Sapete come si genera l’elettricità? Che caratteristiche ha? Che utilizzo possiamo farne?<br />
1) Lo sviluppo <strong>del</strong>l’elettricità<br />
L’elettricità è sempre esistita sul<strong>la</strong> Terra. Circa 2000 anni fa, i Greci scoprirono che l’ambra,<br />
una volta strofinata, attirava verso di sé foglie secche, piume, stracci. Il nome greco<br />
<strong>del</strong>l’ambra era “elektron” (da cui <strong>la</strong> paro<strong>la</strong> “elettricità”) e questa sua misteriosa capacità<br />
di attrarre oggetti fu quindi definita “<strong>elettrica</strong>”. Nel ‘700, fu Benjamin Franklin a scoprire<br />
l’esistenza <strong>del</strong>l’elettricità in natura e a dare impulso al suo continuo sviluppo da parte<br />
<strong>del</strong>l’Uomo. Nel 1785, Charles Augustin Coulomb scoprì l’interazione tra due cariche<br />
elettriche e introdusse nuove conoscenze sull’elettricità così come noi oggi <strong>la</strong> conosciamo.<br />
Fino al 1802 si pensava che l’elettricità e il magnetismo non avessero nul<strong>la</strong> a che fare con<br />
le leggi <strong>del</strong><strong>la</strong> fisica. In quell’anno, Hans Christian Oersted scoprì gli effetti <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong><br />
<strong>elettrica</strong> sul magnetismo. In altri termini, intorno a un filo conduttore di <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> si<br />
genera un campo magnetico, analogo a quello formato da un semplice magnete. Entrambi<br />
questi campi magnetici sono in grado di far spostare l’ago di una busso<strong>la</strong>. Questo dimostra<br />
che l’elettricità e il magnetismo sono reciprocamente collegati e possono coesistere.<br />
Da quel momento in poi e per molti decenni, furono molti gli scienziati che eseguirono<br />
ricerche nel campo <strong>del</strong>l’elettricità e <strong>del</strong> magnetismo.<br />
André-Marie Ampère (1775-1836), fu il primo che si dedicò a misurare l’elettricità e diede il<br />
proprio nome all’unità di misura internazionale <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>: l’ampère (simbolo “A”).<br />
Carl Friedriech Gauss (1777-1855) misurò <strong>la</strong> forza dei campi elettrici. Georg Simon Ohm<br />
(1784-1854) scoprì <strong>la</strong> tensione <strong>elettrica</strong> e <strong>la</strong> resistenza <strong>elettrica</strong>. Michael Faraday (1791-1867)<br />
usò <strong>la</strong> limatura di ferro per evidenziare le linee di forza che si generano nei campi magnetici<br />
intorno ai magneti. Tutte queste scoperte portarono a un’autentica rivoluzione nelle<br />
conoscenze tradizionali <strong>del</strong>l’epoca.<br />
Negli anni successivi le ricerche sull’elettricità proseguirono grazie agli sforzi di numerosi<br />
scienziati, fino all’avvento di James Clerk Maxwell (1831-1879), che rie<strong>la</strong>borò le teorie<br />
di Gauss, Ampère e Faraday unificandole nel<strong>la</strong> teoria dei campi magnetici.<br />
L’elettricità è una forma di energia che genera una potenza. Come abbiamo visto, l’elettricità<br />
e il magnetismo esistono in natura sul<strong>la</strong> Terra: basta pensare ai fulmini, al polo Nord e al polo<br />
Sud magnetici o all’attrazione generata da un oggetto sfregato con forza tra le nostre mani.<br />
Tutti questi fenomeni sono manifestazioni <strong>del</strong><strong>la</strong> cosiddetta “elettricità statica”.<br />
Fig. 1 – I fulmini nel cielo e il polo Nord e il polo Sud magnetici<br />
sono espressione <strong>del</strong>l’elettricità e <strong>del</strong> magnetismo in natura.
Induzione elettrostatica Collegamento a terra<br />
Scollegamento da terra Rimozione <strong>del</strong>l’oggetto carico<br />
Fig. 1 – Il metodo di carica dei conduttori utilizzando il principio<br />
<strong>del</strong>l’induzione elettrostatica è chiamato “interazione <strong>elettrica</strong>”.<br />
2) L’elettricità nel<strong>la</strong> vita quotidiana<br />
Nel<strong>la</strong> vita di ogni giorno utilizziamo una grande quantità di apparecchi elettrici, che,<br />
naturalmente, hanno bisogno di elettricità per funzionare. Da dove proviene l’elettricità?<br />
Vediamo di capirlo nei paragrafi che seguono.<br />
Innanzi tutto, dobbiamo capire che re<strong>la</strong>zione esiste tra elettricità e magnetismo.<br />
1) Faraday scoprì che, avvicinando una bobina a un magnete, <strong>la</strong> bobina si caricava di<br />
elettricità seguito <strong>del</strong>l’interazione <strong>elettrica</strong> causata dal<strong>la</strong> variazione <strong>del</strong> campo magnetico.<br />
2) Il fenomeno che porta al<strong>la</strong> generazione di elettricità in seguito al<strong>la</strong> variazione <strong>del</strong> campo<br />
magnetico causata dal movimento <strong>del</strong> magnete prende il nome di interazione elettromagnetica.<br />
3) L’elettricità così prodotta è il risultato <strong>del</strong>l’interazione tra il campo elettrico e il campo<br />
magnetico.<br />
4) Quanto più rapidamente il magnete si avvicina al<strong>la</strong> bobina o si allontana da essa, tanto<br />
più rapidamente il campo magnetico varia all’interno <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina e tanto maggiore è <strong>la</strong><br />
<strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> prodotta dall’interazione tra il campo elettrico e il campo magnetico.<br />
5) Viceversa, è possibile produrre elettricità anche avvicinando o allontanando <strong>la</strong> bobina<br />
invece <strong>del</strong> magnete.<br />
6) Applicando una forza esterna, possiamo quindi muovere continuamente un dispositivo<br />
meccanico per variare <strong>la</strong> posizione <strong>del</strong> campo magnetico <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina, in modo tale da<br />
generare una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> continua. È questo il principio su cui si basa il funzionamento<br />
<strong>del</strong> generatore.<br />
Inserire il magnete Lasciare il magnete fisso in posizione Togliere il magnete<br />
(a) Inserendo il magnete<br />
nel<strong>la</strong> bobina, <strong>la</strong> bobina<br />
si carica <strong>elettrica</strong>mente.<br />
L’ELETTRICITA’ NELLA VITA QUOTIDIANA<br />
(b) Tenendo fermo il magnete,<br />
nel<strong>la</strong> bobina non si produce<br />
alcuna <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong><br />
Fig. 2 – Re<strong>la</strong>zione tra magnetismo ed elettricità<br />
(c) Togliendo il magnete,<br />
l’elettricità <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina<br />
fluisce in senso inverso.<br />
7
8<br />
L’ELETTRICITA’ NELLA VITA QUOTIDIANA<br />
In generale, i generatori producono elettricità ad alta tensione, in modo tale da poter<strong>la</strong><br />
trasportare lontano e far<strong>la</strong> arrivare nelle nostre case. Ma questo tipo di elettricità non può<br />
essere utilizzata. Normalmente, <strong>la</strong> società di gestione <strong>del</strong><strong>la</strong> rete <strong>elettrica</strong> provvederà a<br />
costruire una stazione di trasformazione nei pressi <strong>del</strong> quartiere residenziale a cui l’elettricità<br />
è destinata, per adeguare <strong>la</strong> tensione <strong>elettrica</strong> a un livello che ne permetta <strong>la</strong> distribuzione<br />
alle abitazioni.<br />
Centrale nucleare Centrale idro<strong>elettrica</strong><br />
Cabina di<br />
trasformazione primaria<br />
Pilone elettrico <strong>del</strong>l’alta<br />
tensione<br />
Sistema di<br />
erogazione/trasformazione<br />
Centrale termica Centrale eolica<br />
Cabina di trasformazione<br />
secondaria<br />
Trasformatore<br />
su palo elettrico<br />
Sistema di<br />
distribuzione<br />
Fig. 3 – Distribuzione <strong>del</strong>l’energia <strong>elettrica</strong> nelle nostre case<br />
Abitazioni<br />
Le centrali trasformano vari tipi di energia in elettricità per far fronte al fabbisogno domestico.<br />
La <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> che arriva nelle nostre case è chiamata <strong>corrente</strong> alternata (AC), in quanto<br />
<strong>la</strong> direzione e <strong>la</strong> quantità <strong>del</strong>l’energia <strong>elettrica</strong> erogata variano nel tempo a intervalli rego<strong>la</strong>ri,<br />
mentre <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> <strong>del</strong>le batterie a secco o ricaricabili è chiamata <strong>corrente</strong> continua<br />
(DC) in quanto non varia nel tempo.
Corrente <strong>elettrica</strong><br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Tempo<br />
La quantità e <strong>la</strong> direzione<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong><br />
sono costanti<br />
Tempo<br />
Corrente continua (DC) La quantità e <strong>la</strong> direzione<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong><br />
sono variabili<br />
Fig. 1 – Confronto tra <strong>corrente</strong> continua e <strong>corrente</strong> alternata<br />
Corrente <strong>elettrica</strong><br />
Corrente alternata (AC)<br />
3) La <strong>la</strong>mpadina si accende!<br />
Che tipo di giocattoli avete a casa vostra? Si illuminano al buio, emettono dei suoni,<br />
si muovono? Di che cosa sono fatti? Che cosa li fa accendere o muovere? Utilizzano tutti<br />
<strong>del</strong>le batterie?<br />
1) Batterie a secco<br />
(a) sono costituite da 2 poli: un polo positivo (simbolo “+”) e un polo negativo (simbolo “-“)<br />
(b) erogano una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> continua dopo aver<strong>la</strong> trasformata dall’energia chimica<br />
(c) il polo positivo ha un potenziale elettrico maggiore rispetto al polo negativo<br />
(d) l’estremità sporgente <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria corrisponde al polo positivo, mentre l’altra estremità<br />
corrisponde al polo negativo.<br />
Barretta di carbone (positivo)<br />
Cloruro di ammonio<br />
Biossido di manganese<br />
Soluzione ge<strong>la</strong>tinosa<br />
Rivestimento di zinco (negativo)<br />
Fig. 2 – Struttura <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria<br />
Polo positivo (simbolo “+”)<br />
Polo negativo (simbolo “-“)<br />
Tensione <strong>elettrica</strong>:<br />
(a) La differenza di potenziale elettrico tra il polo positivo e il polo negativo è chiamata<br />
tensione <strong>elettrica</strong>.<br />
(b) L’unità di misura <strong>del</strong><strong>la</strong> tensione <strong>elettrica</strong> è il volt (V).<br />
(c) Generalmente, <strong>la</strong> tensione di una batteria è pari a 1,5 V, vale a dire il potenziale elettrico<br />
<strong>del</strong> polo positivo è superiore di 1,5 V rispetto al potenziale elettrico <strong>del</strong> polo negativo.<br />
9
10<br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Corrente <strong>elettrica</strong>:<br />
(a) La <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> è costituita da un flusso di elettroni all’interno di un conduttore.<br />
(b) Una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> si genera in seguito a una differenza di potenziale tra un polo<br />
positivo e un polo negativo all’interno di un filo conduttore.<br />
(c) Per generare una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>, l’energia deve fluire da un potenziale più alto a un<br />
potenziale più basso.<br />
(d) L’intensità <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> dipende dal<strong>la</strong> sua quantità e si misura in ampère (A).<br />
8<br />
La velocità <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> è identica a quel<strong>la</strong> <strong>del</strong><strong>la</strong> luce: circa 3 x 10 metri<br />
al secondo.<br />
Acqua in<br />
posizione<br />
più bassa<br />
Acqua in<br />
posizione<br />
più alta<br />
Fig. 1 – La differenza di potenziale elettrico produce <strong>la</strong> tensione e <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong><br />
2) Portabatterie<br />
Quando utilizziamo <strong>del</strong>le batterie a casa, per farle funzionare dobbiamo collegare il polo<br />
positivo al polo negativo. Per fare questo, solitamente le inseriamo in un portabatterie dove<br />
il collegamento è assicurato da un contatto elettrico. Control<strong>la</strong>re sempre di avere inserito<br />
le batterie nel senso giusto.<br />
Fig. 2 – Le batterie devono essere inserite nel senso giusto
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
3) Cavetto di collegamento<br />
Il cavetto di collegamento è costituito da un filo che conduce l’elettricità. Il filo è realizzato<br />
in rame rivestito da una guaina di p<strong>la</strong>stica per impedire un contatto accidentale tra le parti<br />
ripiegate <strong>del</strong> filo ed evitare cortocircuiti e scosse elettriche.<br />
Fig. 1 – Il cavetto di collegamento (sia rosso che nero)<br />
è in grado di condurre l’elettricità da un polo all’altro<br />
4) Porta<strong>la</strong>mpada<br />
Le <strong>la</strong>mpadine generano luce per vedere al buio. La luce è generata dal riscaldamento <strong>del</strong><br />
fi<strong>la</strong>mento contenuto all’interno <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina. Ma come funziona una <strong>la</strong>mpadina?<br />
Quando <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> fluisce attraverso il fi<strong>la</strong>mento, genera energia e quindi calore.<br />
Il calore così generato riscaldata il fi<strong>la</strong>mento. Nel 1879, Thomas Edison utilizzò il carbone<br />
come materiale per realizzare il fi<strong>la</strong>mento <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina. Benché il carbone abbia un<br />
elevatissimo punto di fusione (3.550 °C), è facilmente consumabile, dura solo per un periodo<br />
di tempo breve e deve essere iso<strong>la</strong>to dall’aria (in caso contrario, brucia a contatto <strong>del</strong>l’aria).<br />
Oggi si utilizza un fi<strong>la</strong>mento di tungsteno con punto di fusione a 3.410 °C.<br />
Questo tipo di fi<strong>la</strong>mento ha una durata maggiore ma anch’esso brucia a contatto con l’aria.<br />
Perciò, è necessario che il bulbo <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina al suo interno sia privo di aria e riempito<br />
con un gas inerte. Se vedete che una <strong>la</strong>mpadina non funziona, control<strong>la</strong>te innanzi tutto<br />
che il fi<strong>la</strong>mento non sia rotto. All’occorrenza <strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina vecchia può essere facilmente<br />
sostituita con una <strong>la</strong>mpadina nuova.<br />
Fi<strong>la</strong>mento<br />
Fili elettrici<br />
Doppio fi<strong>la</strong>mento<br />
di tungsteno avvolto<br />
a spirale<br />
Fig. 2 – Il fi<strong>la</strong>mento di tungsteno è in grado di trasformare<br />
l’energia generata dal<strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> in luce e calore.<br />
Nel nostro porta<strong>la</strong>mpada, il collegamento è assicurato da due piastrine di rame che<br />
collegano i due poli <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina ai due fori nei quali si inserisce direttamente il cavetto<br />
di collegamento. Questo tipo di attacco è estremamente comodo per realizzare un circuito.<br />
11
12<br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
1) Accendiamo <strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina<br />
a) La <strong>la</strong>mpadina è accesa.<br />
Costruiamo un circuito di base con portabatterie, porta<strong>la</strong>mpada e cavetti di collegamento.<br />
Fig. 1 La <strong>la</strong>mpadina è accesa<br />
batteria batteria<br />
1) La batteria a secco fornisce <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong> e <strong>la</strong> tensione necessaria al circuito.<br />
Costituisce, cioè, quello che noi chiamiamo alimentatore.<br />
2) La <strong>la</strong>mpadina rappresenta il dispositivo elettrico <strong>del</strong> circuito.<br />
3) L’alimentatore e il dispositivo elettrico sono collegati da cavetti di collegamento.<br />
4) Ora collegate il portabatterie e il porta<strong>la</strong>mpada con i cavetti di collegamento rosso e nero.<br />
5) La <strong>la</strong>mpadina si accende?<br />
6) Toccate con <strong>la</strong> mano il bulbo <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina per sentire se <strong>la</strong> temperatura è aumentata.<br />
Attenzione: Per evitare ustioni, non toccate mai le <strong>la</strong>mpadine di casa vostra.<br />
A causa <strong>del</strong><strong>la</strong> tensione alta di queste <strong>la</strong>mpadine, <strong>la</strong> loro temperatura<br />
può essere elevatissima!<br />
2) La <strong>la</strong>mpadina si accende e si spegne azionando l’interruttore<br />
Ora collegate il portabatterie, l’interruttore e il porta<strong>la</strong>mpada con i cavetti di collegamento.<br />
1) Quando è acceso, l’interruttore permette il passaggio <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>.<br />
In questo caso, si dice che l’interruttore è in posizione chiusa.<br />
2) Quando è spento, l’interruttore impedisce il passaggio <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>.<br />
In questo caso si dice che è in posizione aperta.<br />
3) Il circuito è mostrato nel<strong>la</strong> figura sotto:<br />
Interruttore<br />
batteria <strong>la</strong>mpadina<br />
Fig. 2 – Circuito<br />
Fig. a – Quando l’interruttore è spento, il circuito è scollegato.<br />
Fig. b – Quando l’interruttore è acceso, il circuito è collegato.
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Capitolo 1: Esperimenti sui conduttori<br />
Cercate di capire se gli oggetti seguenti<br />
conducono l’elettricità quando vengono<br />
posizionati al posto <strong>del</strong> “punto interrogativo”<br />
nel<strong>la</strong> Fig. 1.<br />
Sotto ogni oggetto raffigurato, spuntate<br />
<strong>la</strong> casel<strong>la</strong> con <strong>la</strong> risposta esatta.<br />
Cucchiaio Moneta Matita<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Chiave Connettore a cubo Cinghia<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Conduce<br />
Non conduce<br />
Che cosa sono i connettori e gli iso<strong>la</strong>tori:<br />
Gli oggetti che permettono il passaggio <strong>del</strong>l’elettricità sono detti conduttori, mentre gli<br />
oggetti che impediscono il passaggio <strong>del</strong>l’elettricità sono detti iso<strong>la</strong>tori. I conduttori<br />
conducono l’elettricità perché contengono elettroni che sono liberi di muoversi sotto l’effetto<br />
degli impulsi generati dal<strong>la</strong> batteria e quindi generano a loro volta una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>.<br />
Viceversa, gli iso<strong>la</strong>tori non contengono elettroni liberi e quindi non permettono il passaggio<br />
<strong>del</strong>l’elettricità.<br />
13
14<br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Capitolo 2: Batterie in serie e batterie in parallelo<br />
Su tutti i <strong>la</strong>ti <strong>del</strong> portabatterie, ad eccezione <strong>del</strong><strong>la</strong> parte inferiore, sono presenti dei morsetti<br />
in rame. Quando si collegano insieme due portabatterie, anche le batterie sono collegate tra<br />
loro attraverso questi morsetti in rame.<br />
1. Collegamento <strong>del</strong>le batterie in serie<br />
batteria<br />
batteria<br />
Collegare due batterie in serie significa posizionarle l’una dopo l’altra collegando il polo<br />
positivo <strong>del</strong>l’una al polo negativo <strong>del</strong>l’altra. Quanto maggiore è il numero <strong>del</strong>le batterie<br />
collegate, tanto maggiore sarà <strong>la</strong> tensione nel circuito. Per esempio, se <strong>la</strong> tensione di una<br />
batteria è 1,5 V, 2 batterie in serie avranno una tensione di 3 V, 3 batterie di 4,5 V, e così via.<br />
Tuttavia, <strong>la</strong> quantità di <strong>corrente</strong> rimane sempre <strong>la</strong> stessa, indipendentemente dal numero di<br />
batterie collegate in serie nel circuito.<br />
2. Collegamento <strong>del</strong>le batterie in parallelo<br />
batteria batteria<br />
Collegare due batterie in parallelo significa posizionarle l’una accanto all’altra collegando<br />
i due poli <strong>del</strong>lo stesso segno. In questo caso, <strong>la</strong> tensione rimane <strong>la</strong> stessa, mentre aumenta<br />
<strong>la</strong> quantità totale di <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>. Le batterie in parallelo durano quindi più a lungo<br />
di quelle in serie.<br />
Attenzione: Nei periodi di non utilizzo, è necessario togliere dal portabatterie le<br />
batterie collegate in serie o in parallelo per evitare un inutile consumo<br />
di energia.
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Quale <strong>la</strong>mpadina è più luminosa nei circuiti seguenti?<br />
Spuntate <strong>la</strong> casel<strong>la</strong> accanto al<strong>la</strong> risposta corretta.<br />
Batterie in serie Batterie in parallelo<br />
Quanto maggiore è <strong>la</strong> tensione generata dalle batterie, tanto maggiore sarà <strong>la</strong> luminosità<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina.<br />
Capitolo 3: Lampadine in serie e <strong>la</strong>mpadine in parallelo<br />
La <strong>la</strong>mpadina è costituita da un fi<strong>la</strong>mento di tungsteno inserito in un bulbo di vetro privo<br />
di aria e riempito con un gas inerte. L’elettricità all’interno <strong>del</strong> bulbo rende incandescente<br />
il fi<strong>la</strong>mento di tungsteno generando luce e calore. Non c’è differenza tra i due conduttori<br />
all’interno <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina. La <strong>la</strong>mpadina si accende solo se <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> passa attraverso<br />
entrambi i conduttori. Anche le <strong>la</strong>mpadine, come le batterie, possono essere collegate<br />
in serie o in parallelo.<br />
1) Lampadine in serie (Fig. 1)<br />
Il collegamento in serie <strong>del</strong>le <strong>la</strong>mpadine à molto<br />
simile a quello <strong>del</strong>le batterie. Nel circuito le<br />
<strong>la</strong>mpadine sono collegate l’una dopo l’altra.<br />
2) Lampadine in parallelo (Fig. 2)<br />
Il collegamento in parallelo <strong>del</strong>le <strong>la</strong>mpadine è molto<br />
simile a quello <strong>del</strong>le batterie. Nel circuito, le<br />
<strong>la</strong>mpadine sono collegate l’una accanto all’altra.<br />
Quando le <strong>la</strong>mpadine sono collegate in serie, <strong>la</strong> tensione<br />
di ingresso viene ripartita tra le singole <strong>la</strong>mpadine.<br />
Se, per esempio, <strong>la</strong> tensione di ingresso è 3 V per 2<br />
<strong>la</strong>mpadine in serie, questo significa che ogni <strong>la</strong>mpadina<br />
ha una tensione di 1,5 V. Se invece <strong>la</strong> tensione di<br />
ingresso è 3 V per 3 <strong>la</strong>mpadine in serie, questo significa<br />
che ogni <strong>la</strong>mpadina ha una tensione di 1 solo V.<br />
Perciò, se le <strong>la</strong>mpadine sono collegate in serie, <strong>la</strong> loro<br />
luminosità diminuisce proporzionalmente all’aumento<br />
<strong>del</strong> numero di <strong>la</strong>mpadine presenti nel circuito.<br />
Se invece le <strong>la</strong>mpadine sono collegate in parallelo, non<br />
vi è alcuna ripartizione <strong>del</strong><strong>la</strong> tensione di ingresso tra le<br />
varie <strong>la</strong>mpadine. Quindi, <strong>la</strong> loro luminosità rimane<br />
invariata anche se si aumenta il numero di <strong>la</strong>mpadine<br />
nel circuito.<br />
15
16<br />
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
3) Esperimenti su <strong>la</strong>mpadine collegate in serie e in parallelo.<br />
Cercate di capire in quale dei due collegamenti <strong>la</strong> luminosità <strong>del</strong>le <strong>la</strong>mpadine è maggiore<br />
e spuntate <strong>la</strong> casel<strong>la</strong> accanto al<strong>la</strong> risposta corretta.<br />
Lampadine in serie Lampadine in parallelo<br />
La tensione di ingresso è 3 V. Se le due <strong>la</strong>mpadine sono collegate in serie, <strong>la</strong> tensione va<br />
ripartita tra le due <strong>la</strong>mpadine, ciascuna <strong>del</strong>le quali avrà quindi una tensione di 1,5 V.<br />
Se invece le due <strong>la</strong>mpadine sono collegate in parallelo, <strong>la</strong> tensione di ciascuna <strong>la</strong>mpadina<br />
è identica a quel<strong>la</strong> di ingresso, cioè 3 V. Quanto maggiore è <strong>la</strong> tensione di una <strong>la</strong>mpadina,<br />
tanto maggiore sarà <strong>la</strong> sua luminosità. Siete riusciti a dedurre questo principio dagli<br />
<strong>esperimenti</strong> svolti?<br />
Capitolo 4: Esperimenti in serie e in parallelo<br />
Esperimento 1:<br />
C’è differenza nel<strong>la</strong> luminosità <strong>del</strong>le <strong>la</strong>mpadine tra i due tipi di collegamento?<br />
E qual è <strong>la</strong> differenza nei circuiti?<br />
Esperimento 2:<br />
Quando l’interruttore viene acceso e poi spento, si verifica qualche variazione nel<strong>la</strong> luminosità<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina verde? Perché?<br />
acceso spento<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
verde<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
verde
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Esperimento 3:<br />
Confrontate i due tipi di collegamento. La luminosità <strong>del</strong>le <strong>la</strong>mpadine è uguale? Perché?<br />
Esperimento 4:<br />
Quando il circuito è stato completato, accendete e spegnete l’interruttore.<br />
Notate qualche cambiamento nel<strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina verde e nel<strong>la</strong> <strong>la</strong>mpadina gial<strong>la</strong>?<br />
acceso<br />
spento<br />
+<br />
1.5V<br />
-<br />
+<br />
1.5V<br />
-<br />
17
18<br />
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Il magnetismo à un fenomeno onnipresente nel<strong>la</strong> vita di tutti i giorni: basta pensare al<br />
magnete sul<strong>la</strong> bacheca dei messaggi, al<strong>la</strong> chiusura <strong>del</strong>l’astuccio portamatite, al<strong>la</strong> rotazione<br />
di un motore elettrico o all’azionamento di una gru. La Terra stessa è un grande magnete:<br />
ecco perché utilizziamo <strong>la</strong> busso<strong>la</strong> per orientarci.<br />
Un magnete deve avere un polo Nord e un polo Sud. I due poli sono sempre accoppiati<br />
e non possono essere separati, vale a dire non esiste nul<strong>la</strong> che abbia una so<strong>la</strong> po<strong>la</strong>rità.<br />
Se anche spezzassimo un magnete in due, entrambe le metà avrebbero ciascuna un polo<br />
Nord e un polo Sud.<br />
Avvicinando due magneti, possiamo notare che si attraggono o si respingono.<br />
Più precisamente, quando il polo Nord <strong>del</strong> magnete A si trova vicino al polo Sud <strong>del</strong><br />
magnete B, i due poli si attraggono fino a unirsi. Viceversa, quando il polo Nord <strong>del</strong> magnete<br />
A si trova vicino al polo Nord <strong>del</strong> magnete B, i due poli si respingono allontanandosi.<br />
Poli opposti si attraggono Poli uguali si respingono Poli uguali si respingono
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
1) Il magnete e <strong>la</strong> busso<strong>la</strong><br />
L’ago <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> è in realtà un magnete. La punta <strong>del</strong>l’ago rappresenta il polo Nord, mentre<br />
<strong>la</strong> base rappresenta il polo Sud. Quando avviciniamo un magnete al<strong>la</strong> busso<strong>la</strong>, possiamo<br />
vedere che l’ago <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> si sposta. Questo è il principio secondo cui “poli opposti<br />
si attraggono, poli uguali si respingono”.<br />
Come abbiamo detto, <strong>la</strong> Terra stessa è un magnete e infatti si par<strong>la</strong> di magnetismo terrestre.<br />
Il magnetismo terrestre è un fenomeno che permette di mantenere un rapporto ottimale tra<br />
<strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong><strong>la</strong> Terra e quel<strong>la</strong> <strong>del</strong> <strong>Sole</strong> e <strong>del</strong><strong>la</strong> Luna, ancorandoci saldamente al suolo,<br />
a differenza degli astronauti che nelle stazioni orbitanti fluttuano nell’aria all’interno <strong>del</strong>le loro<br />
navicelle spaziali. Da un punto di vista magnetico, <strong>la</strong> po<strong>la</strong>rità terrestre è opposta rispetto<br />
a quel<strong>la</strong> con cui normalmente si indicano i poli geografici: quindi, l’Artico rappresenta in<br />
realtà il polo Sud rispetto al magnetismo terrestre, mentre l’Antartico rappresenta il polo<br />
Nord.<br />
La punta <strong>del</strong>l’ago <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> corrisponde al polo Nord <strong>del</strong> magnete o ed è quindi attratta<br />
dal polo Sud <strong>del</strong> polo magnetico terrestre che equivale al polo Nord <strong>del</strong><strong>la</strong> Terra. Ecco perché<br />
l’ago <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> punta sempre verso il Nord <strong>del</strong><strong>la</strong> Terra e <strong>la</strong> busso<strong>la</strong> è quindi un eccellente<br />
strumento con cui orientarsi.<br />
19
20<br />
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Esperimento 1: Spostamento di un veicolo secondo il principio <strong>del</strong>l’attrazione e repulsione di<br />
un magnete<br />
Provate a confrontare. Quale veicolo si sposta più velocemente?<br />
2) Linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico<br />
Il magnete non ha bisogno di alcun altro mezzo per esercitare <strong>la</strong> propria azione.<br />
Tutti gli oggetti che si trovano nel suo campo magnetico sono soggetti al<strong>la</strong> sua forza.<br />
Questo fenomeno invisibile prende il nome di “linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico”.<br />
All’esterno <strong>del</strong> magnete le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico vanno dal polo Nord al polo<br />
Sud, mentre al suo interno vanno dal polo Sud al polo Nord. Si generano così <strong>del</strong>le linee<br />
curve chiuse e rego<strong>la</strong>ri che non si incontrano mai. Le linee di forza sono più dense in<br />
corrispondenza dei due poli, dove il campo magnetico è più forte. Questo significa che<br />
l’intensità <strong>del</strong> campo magnetico dipende dal<strong>la</strong> densità <strong>del</strong>le sue linee di forza.<br />
La punta <strong>del</strong>l’ago (polo Nord) <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> punta nel<strong>la</strong> stessa direzione <strong>del</strong>le linee di forza<br />
<strong>del</strong> campo magnetico, vale a dire che <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong>l’ago è paralle<strong>la</strong> alle linee di forza <strong>del</strong><br />
campo magnetico.
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Esperimento 2: Osservazione <strong>del</strong>le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico<br />
Utilizzate il sacchetto con <strong>la</strong> limatura di ferro per evidenziare le linee di forza <strong>del</strong> campo<br />
magnetico intorno al magnete e rispondete alle seguenti domande:<br />
1) Le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico ai due poli sono più dense rispetto ad altre zone?<br />
2) Le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico si diradano quando aumenta <strong>la</strong> distanza dai due poli?<br />
3) La distribuzione <strong>del</strong>le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico rimane invariata quando<br />
il magnete si sposta?<br />
Pensate che le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico siano tridimensionali?<br />
Posizionate il magnete<br />
sotto il sacchetto<br />
contenente <strong>la</strong> limatura<br />
di ferro e percuotetelo<br />
un paio di volte per<br />
visualizzare le linee<br />
di forza <strong>del</strong> campo<br />
magnetico.<br />
3) Magnetizzazione<br />
Un magnete è in grado di magnetizzare una graffetta fermacarte o un chiodo. Il chiodo<br />
attratto dal magnete è a sua volta in grado di attrarre un altro chiodo e così via. Questo<br />
fenomeno viene chiamato magnetizzazione ed è solo temporaneo. Non appena il magnete<br />
viene allontano dagli oggetti metallici, infatti il magnetismo scompare.<br />
I magneti che utilizziamo solitamente sono i magneti permanenti, che conservano sempre<br />
il loro magnetismo. Tuttavia, se <strong>la</strong> temperatura <strong>del</strong> magnete dovesse aumentare, il suo<br />
magnetismo diminuirebbe.<br />
Esperimento 3: Magnete e graffette fermacarta<br />
Confrontando i magneti, quale magnete è in grado di attrarre il maggior numero di graffette<br />
fermacarta?<br />
Avvicinando le graffette fermacarta una al<strong>la</strong> volta, provate<br />
a osservare quale magnete è in grado di attrarre il<br />
maggior numero di graffette.<br />
21
22<br />
ELETTRICITA’ E MAGNETISMO<br />
Anticamente, si pensava che non esistesse alcun rapporto tra elettricità e magnetismo.<br />
Nel 1821 uno scienziato danese, Hans Christian Oersted, scoprì tuttavia che, quando si<br />
avvicinavano a una busso<strong>la</strong> dei fili elettrici di rame in cui passava una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>, l’ago<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong> deviava dal polo Nord magnetico. Questa era <strong>la</strong> dimostrazione che si era<br />
generato un campo magnetico intorno ai fili conduttori di <strong>corrente</strong>. Il campo magnetico così<br />
generato ha le stesse caratteristiche <strong>del</strong> campo magnetico generato da un magnete.<br />
1) Effetto magnetico <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong><br />
Qualsiasi filo conduttore di <strong>corrente</strong> è in grado di generare intorno a sé un campo<br />
magnetico. Questo fenomeno prende il nome di effetto magnetico <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>.<br />
Agli inizi <strong>del</strong> ‘700, uno scienziato francese, André-Marie Ampère, studiò ancora più a fondo<br />
i campi magnetici e le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico, arrivando a scoprire che le linee<br />
di forza generate dal conduttore formavano dei cerchi concentrici ravvicinati e che <strong>la</strong><br />
direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> circo<strong>la</strong>zione era perpendico<strong>la</strong>re al conduttore.<br />
Piano <strong>del</strong> tavolo<br />
Supporto<br />
Resistenza<br />
Interruttore<br />
Batteria<br />
Sul<strong>la</strong> base <strong>del</strong><strong>la</strong> scoperta di questo fenomeno, per determinare <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong> campo<br />
magnetico in rapporto a un filo conduttore di <strong>corrente</strong> è possibile applicare <strong>la</strong> rego<strong>la</strong> <strong>del</strong><strong>la</strong><br />
mano destra formu<strong>la</strong>ta dallo stesso Ampère:<br />
1) Quando il pollice punta nel<strong>la</strong> direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong>, le dita che afferrano il filo indicano<br />
<strong>la</strong> direzione <strong>del</strong> campo magnetico.<br />
2) Il pollice indica il verso <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> nel filo e le altre dita sono curvate nel<strong>la</strong> stessa<br />
direzione <strong>del</strong>le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico.<br />
3) Posizionando una busso<strong>la</strong> nel campo magnetico circo<strong>la</strong>re, il polo Nord <strong>del</strong><strong>la</strong> busso<strong>la</strong><br />
si sposterà lungo <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong>le linee di forza <strong>del</strong> campo magnetico e punterà in una<br />
direzione tangente al campo magnetico.
ELETTRICITA’ E MAGNETISMO<br />
2) Elettromagneti<br />
Se avvolgiamo a spira un filo in cui passa una <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>, il campo magnetico così<br />
generato è più forte rispetto a quello di un filo rettilineo. Quanto maggiore è il numero <strong>del</strong>le<br />
spire, tanto maggiore sarà <strong>la</strong> forza <strong>del</strong> campo magnetico. Possiamo quindi utilizzare <strong>la</strong><br />
rego<strong>la</strong> <strong>del</strong><strong>la</strong> mano destra di Ampère per determinare le caratteristiche <strong>del</strong> campo magnetico.<br />
a) Piegate le dita lungo <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> sul filo avvolto a spira, come mostrato<br />
nel<strong>la</strong> Fig. 1.<br />
b) Il pollice punta verso il polo Nord <strong>del</strong> campo magnetico, mentre <strong>la</strong> direzione opposta<br />
rappresenta il polo Sud.<br />
c) I due poli Nord e Sud costituiscono un elettromagnete. Tuttavia, se non passa <strong>corrente</strong><br />
al suo interno, il filo avvolto a spira è un filo assolutamente normale, privo di magnetismo.<br />
Quando il filo viene avvolto a spira intorno a una sbarretta di ferro, il magnetismo <strong>del</strong> filo<br />
si trasferisce anche al<strong>la</strong> sbarretta, che quindi sarà in grado di attrarre oggetti metallici.<br />
La sbarretta di ferro diventa a sua volta un magnete, o, in questo caso, un elettromagnete.<br />
Possiamo determinare <strong>la</strong> po<strong>la</strong>rità <strong>del</strong>l’elettromagnete applicando <strong>la</strong> rego<strong>la</strong> <strong>del</strong><strong>la</strong> mano destra<br />
precedentemente enunciata.<br />
La forza <strong>del</strong>l’elettromagnete è definita dall’intensità <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> o dal<strong>la</strong> quantità <strong>del</strong>le spire<br />
<strong>del</strong> filo conduttore. Inoltre, <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong> campo elettromagnetico può essere modificata<br />
dal<strong>la</strong> direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> <strong>elettrica</strong>. L’applicazione più comune degli elettromagneti<br />
è costituita dal ricevitore e dal<strong>la</strong> cornetta <strong>del</strong> telefono, ma <strong>la</strong> si può osservare per esempio<br />
anche nei bracci <strong>del</strong>le gru che manipo<strong>la</strong>no oggetti metallici negli impianti di ricic<strong>la</strong>ggio<br />
o nei cantieri.<br />
23
24<br />
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Rotazione <strong>del</strong> motore<br />
Il concetto <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong> motore è quello di trasformare l’energia<br />
<strong>elettrica</strong> in energia magnetica e quindi in energia cinetica per attivare<br />
il motore stesso. Il motore ruota per azionare degli ingranaggi e creare<br />
molti tipi di giocattoli mobili.<br />
1) Struttura <strong>del</strong> motore elettrico<br />
a) Un motore elettrico è costituito da un filo conduttore avvolto<br />
in una bobina posizionata accanto a un magnete. Le estremità<br />
<strong>del</strong> filo sono collegate a un alimentatore di <strong>corrente</strong> (batteria)<br />
attraverso una coppia di contatti elettrici chiamati spazzole<br />
e un commutatore.<br />
Normalmente, <strong>la</strong> bobina si compone di milioni di avvolgimenti<br />
<strong>del</strong> filo, ma per comodità di riferimento ne parleremo come se<br />
fosse costituita da un unico avvolgimento.<br />
b) La <strong>corrente</strong> si sposta dal polo positivo <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria,<br />
attraversa nell’ordine una <strong>del</strong>le due spazzole, il commutatore,<br />
<strong>la</strong> bobina e <strong>la</strong> spazzo<strong>la</strong> opposta, fino a ritornare al polo negativo<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> batteria per ricominciare il ciclo.<br />
c) Tra le due spazzole elettriche e il commutatore vi è solo un<br />
leggero contatto.<br />
batteria<br />
bobina<br />
spazzole<br />
elettriche<br />
commutatore<br />
2) Concetto <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong> motore<br />
a) Quando <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> arriva sul<strong>la</strong> bobina genera un campo<br />
magnetico che interagisce con il campo magnetico permanente<br />
<strong>del</strong> magnete. Questa interazione spinge verso il basso il<br />
segmento <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina più vicino al polo Sud magnetico<br />
e verso l’alto quello più vicino al polo Nord magnetico provocando<br />
<strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina.<br />
b) Dopo una rotazione di 90°, le spazzole non sono più a contatto<br />
<strong>del</strong> commutatore, nel circuito non passa più <strong>corrente</strong> e non si<br />
genera più alcuna forza magnetica, ma, in virtù <strong>del</strong>l’inerzia<br />
<strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione, <strong>la</strong> bobina continua a ruotare in senso orario.<br />
c) Compiuto mezzo giro (180°), le spazzole sono nuovamente a contatto <strong>del</strong> commutatore,<br />
nel circuito passa di nuovo <strong>corrente</strong>, ma <strong>la</strong> <strong>corrente</strong> viene invertita dal commutatore, che<br />
così facendo inverte anche le forze agenti sul<strong>la</strong> bobina completando il giro.<br />
d) La funzione <strong>del</strong>le spazzole elettriche e <strong>del</strong> commutatore è dunque quel<strong>la</strong> di modificare<br />
<strong>la</strong> direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> ogni mezzo giro <strong>del</strong><strong>la</strong> bobina. Questo fa sì che si determini una<br />
rotazione continua.<br />
e) Invertendo i poli <strong>del</strong><strong>la</strong> batteria, si inverte anche <strong>la</strong> direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> e con essa <strong>la</strong><br />
direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione.<br />
Esperimento 1: Direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> <strong>corrente</strong> e direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong> motore<br />
Direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong> motore<br />
senso orario senso antiorario<br />
Direzione <strong>del</strong><strong>la</strong> rotazione <strong>del</strong> motore<br />
senso orario senso antiorario
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI<br />
Esperimento 2: Tensione e velocità di rotazione <strong>del</strong> motore elettrico<br />
batteria<br />
batteria<br />
interruttore<br />
motore<br />
Confrontando questo esperimento con l’Esperimento 1, quale motore ruota più velocemente?<br />
Perché?<br />
Costruzione dei circuiti elettrici<br />
Costruite un circuito elettrico vero e proprio seguendo gli schemi sotto riportati e osservate<br />
il loro funzionamento.<br />
Esperimento 1 Esperimento 2<br />
connettore a cubo<br />
interruttore interruttore<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
(rossa)<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
(gial<strong>la</strong>)<br />
batteria<br />
batteria<br />
connettore a cubo<br />
motore<br />
connettore a cubo<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
(verde)<br />
connettore a cubo<br />
batteria<br />
interruttore<br />
<strong>la</strong>mpadina<br />
(rossa)<br />
batteria<br />
motore<br />
25
26<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 1 - Semaforo<br />
PEZZI RICHIESTI
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito<br />
27
28<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 2 - Coccodrillo<br />
PEZZI RICHIESTI
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito<br />
29
30<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 3 - Decodificatore Morse<br />
PEZZI RICHIESTI<br />
Che cosa significano tutti quei punti e linee? All’invenzione <strong>del</strong> telegrafo fece seguito<br />
l’invenzione <strong>del</strong> codice Morse, comunemente chiamato anche codice a punti e linee.<br />
Ad ogni lettera e ad ogni numero corrisponde infatti una partico<strong>la</strong>re disposizione dei punti<br />
e <strong>del</strong>le linee. Il codice Morse può essere utilizzato come strumento di segna<strong>la</strong>zione sia<br />
acustica (radio, fischietto o altro avvisatore sonoro) e ottica (luci e <strong>del</strong>le bandiere).<br />
Volete divertirvi? Provate voi stessi a decodificare il codice Morse con questo apparecchio.
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito<br />
31
32<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 4 - Trenino Elettrico<br />
PEZZI RICHIESTI
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito<br />
33
34<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 5 - Gru Elettromagnetica<br />
PEZZI RICHIESTI
filo elettrico<br />
con guaina<br />
in p<strong>la</strong>stica<br />
Avvolgere 100 volte<br />
filo di cotone 50 cm<br />
Lasciare una<br />
lunghezza di 15 cm<br />
a entrambe le estremità<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Grattare il rivestimento dal<strong>la</strong><br />
guaina in p<strong>la</strong>stica dal filo per<br />
renderlo conduttore di elettricità<br />
prima di stringerlo con il fermacavo<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito<br />
filo di cotone<br />
filo elettrico<br />
con guaina<br />
in p<strong>la</strong>stica<br />
35
36<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo 6 - Parco Marino Con Gabbiani<br />
PEZZI RICHIESTI
ESEMPI DI MODELLI<br />
37
38<br />
ESEMPI DI MODELLI<br />
Mo<strong>del</strong>lo finito
ELETTRO<br />
MAGNETISMO<br />
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ATTENZIONE!<br />
RISCHIO DI SOFFOCAMENTO<br />
Contiene piccole parti che potrebbero<br />
essere ingerite o ina<strong>la</strong>te.<br />
Non adatto a bambini di età inferiore a 3 anni.<br />
Leggere e conservare.