g2 – materiali ferromagnetici e non-ferromagntici
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Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 17 – RISCALDATORI ELETTRICI Un aumento dell’energia interna è ottenuto mediante il riscaldamento di un cilindro di alluminio con una corrente elettrica fatta passare mediante una resistenza collocata all’interno del cilindro di alluminio. Per ridurre dispersioni di energia con l’ambiente, si inserisce il cilindro di alluminio tra due blocchi di polistirene espanso. Si confrontano la variazione di energia interna U=Q con il lavoro elettrico L=VIt, che nell’intervallo di tempo t viene svolto dalla tensione V che fa circolare la corrente I nel resistore scelto. Si può riconoscere il legame tra la variazione di energia interna con diverse grandezze V, I, t ossia con l’energia elettrica. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 18 – MANOTORCE Sono semplici torce che generano tensione muovendo più o meno rapidamente delle calamite all’interno di avvolgimenti elettrici, la forza elettromotrice indotta permette di avere una corrente all’interno di un circuito e quindi di accendere una lampadina. Queste torce permettono di mostrare trasformazioni di energia chimica (del corpo umano) in energia di movimento, poi in energia elettrica e infine energia luminosa. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 19 – DINAMO Questa dinamo funziona con una manovella che permette di far girare un magnete all’interno di un avvolgimento elettrico. La dinamo è inserita in un semplice circuito costituito da un interruttore e da una lampadina o, in alternativa, da un mulinello a due pale. Il movimento del magnete crea una forza elettromotrice indotta e se l’interruttore è chiuso si ha una corrente elettrica evidenziata dall’accensione di una lampadina o dal movimento del mulinello. Girando nel verso opposto la manovella, anche il verso della forza elettromotrice indotta risulterà opposto, pertanto si può osservare la rotazione invertita nel mulinello. Il campo magnetico generato dalla corrente produce un campo magnetico che ostacola il moto della calamita e quindi si sente fatica nel girare la manovella. Diversamente, se il circuito è aperto non c’è corrente e quindi non si sente fatica, la manovella “gira a vuoto”. Nel circuito chiuso si ha una trasformazione di energia chimica (corpo umano) in energia elettrica e quindi in energia luminosa o energia cinetica nel caso del mulinello. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 20 – CALORICHE PRESSIONI In una normale pompa di bicicletta viene inserito nel foro di sfiato un sensore di temperatura interfacciato con il computer. Pompando “a vuoto”, il sensore non mostra un riscaldamento significativo, diversamente, se otturiamo il foro di uscita della pompa, la compressione dell’aria provoca un evidentissimo aumento della temperatura nel grafico del sensore visualizzato su monitor. La trasformazione di energia è dalla forma chimica (corpo umano) alla forma energia interna dell’aria compressa. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 21 – REAZIONI ELETTROENERGIZZANTI Due semicelle sono collegate da un foglio di carta da filtro o altro materiale poroso. Nella prima, una lastra di rame è immersa in una soluzione di solfato di rame di colore azzurro. Nella seconda, una lastra di zinco è immersa in una soluzione di solfato di zinco, incolore. Quando il circuito viene chiuso, il tester collegato in serie con la cella segna il passaggio di corrente e la soluzione colorata dopo qualche tempo tende a scolorire. Gli ioni rame, provenienti dal solfato di rame in soluzione, si vanno a depositare sulla lastra di rame. Gli ioni zinco, provenienti dalla seconda cella, sostituiscono nella soluzione gli ioni rame. Poiché sono incolori, la soluzione diventa incolore. Trasformazione di energia chimica in energia elettrica Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 22 - ORTOFRUTTA ELETTROENERGIZZANTI Una micropila casalinga si fa con più frutti e/o ortaggi e una coppia di metalli diversi come elettrodi: zinco e rame. Se si collegano in serie due limoni, due arance, due melanzane o due patate si può rilevare il passaggio di corrente per mezzo di un tester. Si ha passaggio di corrente solo con elettrodi di metalli diversi. La pila si esaurisce dopo un po’ di tempo. Trasformazione di energia chimica in energia elettrica. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 23 – GRATTA ENERGIA In un cubetto di alluminio viene inserito un sensore di temperatura interfacciato ad un computer. Si prende il cubetto con una molletta di legno per biancheria (o guanti di lana) e lo si strofina su un foglio di carta abrasiva. Sul monitor del computer si osserva nel grafico del sensore un evidente aumento di temperatura. La trasformazione di energia osservata è dalla forma chimica (corpo umano) a quella di movimento e infine in energia interna del cubetto. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 24 – TERMOGENERATORE Il termo-generatore è un dispositivo nel quale viene sfruttato l’effetto termoelettrico (effetto Seebeck) per trasformare l’energia interna in energia elettrica. Il termogeneratore è essenzialmente formato da un blocchetto ceramico nel quale sono inserite sbarrette di silicio drogato (n-p e p-n), costituenti termocoppie collegate in serie. La forza elettromotrice che si ottiene dipende dalla differenza di temperatura fra le giunzioni a contatto con le superfici superiore e inferiore del blocchetto. Mettendo del ghiaccio sotto il dispositivo e il palmo della mano nella parte superiore del blocchetto, si ottiene una differenza di temperatura che genera una forza elettromotrice sufficiente a mettere in moto un piccolo mulinello a due pale. La differenza di temperatura varierà al cambiare della persona (diversa energia interna), osservando una diversa velocità di rotazione del mulinello (energia cinetica). Invertendo la differenza di temperatura si inverte la forza elettromotrice e il verso di rotazione del mulinello. Il dispositivo può lavorare anche invertendo la trasformazione di energia, ossia, applicando una tensione continua ai suoi terminali si genera una differenza di temperatura (effetto Peltier) fra le superfici superiore e inferiore del blocchetto. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 25 – MOTORE DI STIRLING Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 27 - MACCHINA DI SAVERY L’apparato rappresenta una riproposizione della macchina storica di Savery (1698), concepita per risolvere il problema della presenza di acqua nelle gallerie delle miniere inglesi. Come nella macchina originaria, la riproduzione ha lo scopo di innalzare l’acqua mediante la formazione di una zona di depressione. Un pallone di vetro, contenente acqua, viene introdotto in un forno elettrico che funge da “caldaia”. Un tubicino, che attraversa un rubinetto, collega il pallone ad una beuta piena d’acqua. Quindi, da questa abbiamo due tubicini che escono dalla beuta, uno diretto verso il basso nella vaschetta con acqua (simula la miniera) e l’altro diretto verso un recipiente superiore (serbatoio di raccolta). Entrambi i tubicini attraversano altrettanti rubinetti. Inizialmente, solo il rubinetto del tubicino che collega la beuta alla vaschetta d’acqua è chiuso. Quando l’acqua del pallone entra in ebollizione, la pressione del vapore spinge l’acqua contenuta nella beuta dentro il serbatoio superiore. Una volta che la beuta si è riempita di vapore, si sposta il pallone dal forno elettrico e si chiudono i rubinetti dei raccordi tra beuta e pallone e tra beuta e serbatoio superiore, diversamente si apre quello del raccordo con la vaschetta d’acqua. A causa del raffreddamento della beuta e la successiva condensa, l’acqua della vaschetta viene risucchiata nella beuta. Successivamente, azionando i rubinetti, si trasferisce l’acqua nel serbatoio superiore ricominciando il ciclo. In questo apparato, le trasformazioni di energia sono diverse, energia interna, energia potenziale, energia cinetica. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 28 – PAPERO BEVITORE Il papero è costituito da due cavità sferiche collegate fra loro tramite un tubetto che fa da "collo" per il papero. Il papero è libero di oscillare attorno ad un asse orizzontale posto circa a metà altezza. La cavità inferiore è riempita con un liquido colorato la cui tensione di vapore dipende fortemente dalla temperatura; la cavità superiore (il "becco" del papero) è ricoperta con del feltro in grado di assorbire acqua. Se il becco del papero è asciutto, tutto il liquido colorato rimane all'interno della cavità inferiore: il baricentro del sistema si trova in questo caso al di sotto dell'asse di rotazione. Il risultato è che la forza peso genera una coppia che tende a riportare il papero nella posizione verticale di equilibrio stabile. Bagnando il feltro che ricopre il becco, si osserva che il liquido colorato inizia a risalire lungo il collo. A causa di questa risalita, il baricentro del papero si sposta verso l'alto, fino a trovarsi al di sopra dell'asse di rotazione. A questo punto, il momento della forza peso farà inclinare la testa del papero verso il basso. Infine, quando il becco urta il bicchiere, il tubetto si è inclinato a tal punto da non "pescare" più nella cavità inferiore. Ne consegue che il liquido rifluirà immediatamente verso il basso ed il papero tornerà in posizione verticale. Il liquido colorato inizia a salire grazie all'evaporazione dell'acqua dal feltro, la temperatura della testa si abbassa di qualche grado rispetto al resto del papero. La pressione dovuta alla tensione di vapore del liquido nella parte superiore e nel tubicino diventa quindi più bassa di quella nella cavità inferiore. Questa differenza di pressione spinge in alto il liquido lungo il tubicino. Università di Udine – Unità di Ricerca in Didattica della Fisica C C..LL..D D..FF.. C CEEN NTTR RO O LLAABBO OR RAATTO OR RIIO O PPEER R LLAA D DIID DAATTTTIIC CAA D DEELLLLAA FFIISSIIC CAA M Moossttrraa Energia 30 – LAMPADE A CONFRONTO
