1. Foglio di lavoro: Corrente elettrica, batteria e lampadina
Attività 1-1: Come funziona la torcia
La torcia è un circuito elettrico molto semplice. Scopri
come funziona, costruisci un circuito elettrico e progetta
un dispositivo elettrico semplice.
1. Smonta la torcia ed esaminane i componenti. Quali
sono?
2. Disegna lo schema del circuito della torcia. Segna la direzione della corrente.
3. Classifica tutti i componenti della torcia e descrivine la funzione.
4. Controlla il materiale dell’involucro della torcia. Di che cosa è fatto? Fa parte del
circuito?
5. Rimonta la torcia.
6. Costruisci un circuito elettrico semplice che faccia accendere una lampadina.
Controlla innanzitutto i parametri della lampadina. Disegna lo schema del circuito.
Attività 1-2: Costruire un semplice dispositivo elettrico
Ormai sai costruire un circuito elettrico semplice che fa accendere una lampadina.
Progetta adesso un dispositivo elettrico semplice. Puoi utilizzare più interruttori, cavi
e lampadine. Ecco i materiali a disposizione:
Tre lampadine (ad esempio da 4,5V/0,3A), una batteria (4,5V), fili elettrici, un
interruttore unipolare (singolo polo, singolo contatto), un interruttore bipolare
(singolo polo, doppio contatto), un interruttore doppio polo, doppio contatto
Inventa e costruisci circuiti elettrici secondo la descrizione. Per capire come
funzionano gli interruttori più complessi, cerca informazioni su
http://it.wikipedia.org/wiki/Interruttore
1. Luci per l’albero di Natale: Vuoi illuminare l’albero con tre lampadine. Che cosa
succede se una si guasta? Collegale in maniera che, se se ne guasta una, le altre
due rimangano accese. Disegna lo schema del circuito.
2. Illuminare una galleria: Una persona che attraversa una galleria accende una
lampadina nella prima metà, poi ne accende un’altra nella seconda metà e la
prima si spegne. Collega le due lampadine in maniera che funzionino secondo la
descrizione. Disegna lo schema del circuito.
3. Interruttori della luce di entrata e uscita: In una galleria c’è una lampadina. Gli
interruttori della luce si trovano alle due entrate della galleria. Ognuno dei due
accende e spegne la luce. Collega il circuito in maniera che funzioni secondo la
descrizione. Disegna lo schema del circuito.
2. Foglio di lavoro: Quale materiale conduce la corrente
elettrica?
In questa attività devi progettare e realizzare un esperimento per esaminare diversi
materiali (cavi di diverso materiale, una mina di matita, un fiammifero, un pezzo di
plastica, acqua distillata, acqua di rubinetto salata e dolce, un bicchiere, porcellana,
un piatto di porcellana con striscia metallica, ecc.) e la loro conduttività. Usa una
lampadina come indicatore di corrente.
1. Disegna lo schema del circuito per analizzare la capacità di diversi materiali di
condurre la corrente elettrica.
2. Compila la tabella in base alle osservazioni. Spunta la casella appropriata.
Materiale
Luminosità della lampadina
fioca
3. Quale materiale è il miglior conduttore?
4. Quale materiale è il peggior conduttore?
intensa
5. Adesso collega i vari materiali che hai a disposizione per creare un circuito per
accendere la lampadina. Realizza il circuito più lungo!
3. Foglio di lavoro: Come sono i collegamenti all’interno
della black box?
1. Utilizza i materiali a disposizione per costruire un circuito elettrico semplice.
Annota gli elementi scelti.
2. Disegna i simboli degli elementi del circuito selezionato.
3. Disegna lo schema del circuito elettrico progettato.
RICERCA
Hai davanti a te diverse black box, ciascuna con quattro connettori. Analizza e scopri
come i connettori sono collegati dentro la black box. Possono essere reciprocamente
interconnessi da un filo elettrico o da un resistore. Determina il tipo di connessione
per i vari casi. Utilizza i materiali a disposizione.
Come possono essere interconnessi i connettori dentro la black box? Prevedi le
possibili connessioni, che sono diverse l’una dall’altra.
Pensa a una procedura sperimentale per scoprire il contenuto della black box.
Annotalo passo passo.
Disegna lo schema del circuito elettrico che utilizzi per svelare il contenuto della
black box.
In quale caso la lampadina collegata nel circuito con la black box brilla o non
brilla?
Collega il circuito progettato da analizzare e realizza l’esperimento.
Disegna la connessione interna della black box nelle figure sotto.
Completato l’esperimento e disegnata la corrispondente struttura interna, verifica
le risposte con l’insegnate.
Quante black box hai correttamente analizzato? Per quale motivo hai sbagliato?
4. Foglio di lavoro: Misurare corrente e voltaggio
In questa attività imparerai a misurare corrente e voltaggio in un circuito elettrico
semplice. Per prima cosa, costruisci un circuito elettrico semplice e collega i sensori
di corrente e voltaggio come in figura.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, lampadina, fili elettrici, interruttore, sensore di
corrente
1. Apri il file “Misurare corrente e voltaggio”. La quantità di corrente è mostrata in
digitale. Annota la corrente che scorre all’interno del circuito.
I1 =
2. Collega il sensore di corrente dall’altro lato della lampadina. Leggine il valore e
confrontalo con quello precedente.
I2 =
3. Che cosa succede al valore della corrente quando cambi i fili elettrici del
sensore?
4. Collega il sensore di corrente in modo che mostri valori positivi. Visualizza il
diagramma corrente vs tempo. Comincia a misurare e chiudi l’interruttore per
qualche istante e poi aprilo per diversi secondi. Disegna i risultati.
5. Ora stacca il sensore di corrente e sistema il circuito come in figura senza
collegare il sensore di voltaggio.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, lampadina, fili elettrici, interruttore, sensore
di voltaggio nella batteria
6. Per prima cosa collega tra loro i due morsetti del sensore di voltaggio. Leggi la
rilevazione. Poi collega i morsetti allo stesso punto del circuito. Chiudi
l’interruttore. Poi collega i morsetti ai terminali dello stesso cavo. Chiudi
l’interruttore. Infine collega i morsetti del sensore di voltaggio alla batteria come in
figura. Chiudi l’interruttore. Verifica le tue previsioni.
Previsione
Risultato
U (V)
U (V)
Morsetti collegati tra loro
Morsetti allo stesso punto
Morsetti ai terminali dello stesso cavo
Morsetti alla batteria
7. Come ti aspetti che sia il voltaggio nella batteria rispetto a quello nella lampadina
nello stesso circuito con l’interruttore aperto e con l’interruttore chiuso? Verifica le
tue previsioni.
Previsione
Risultato
U batteria (V)
U lampadina (V) U batteria (V)
U lampadina (V)
Interruttore aperto
U=
U=
U=
U=
Interruttore chiuso
U=
U=
U=
U=
8. Spiega i risultati. Che cosa succede a seconda che l’interruttore sia aperto o
chiuso?
9. A questo punto collega i sensori di voltaggio e di corrente come in figura in modo
da misurare allo stesso tempo il voltaggio e la corrente nella batteria. Visualizza il
diagramma corrente vs tempo e voltaggio vs tempo.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, lampadina, fili elettrici, interruttore, sensore
di voltaggio nella batteria, sensore di corrente vicino alla batteria
10. Comincia a misurare e apri e chiudi più volte l’interruttore. Disegna i grafici e
annota i risultati.
U batteria (V)
I (A)
Interruttore aperto
Interruttore chiuso
11. Spiega i risultati. Che cosa succede alla corrente e al voltaggio nella batteria a
seconda che l’interruttore sia aperto o chiuso?
12. Supponi adesso di collegare al circuito una seconda lampadina come mostrato in
figura. Come cambia la rilevazione? Fai previsioni.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, due lampadine, fili elettrici, interruttore,
sensore di voltaggio nella batteria, sensore di corrente vicino alla batteria
13. Collega il circuito con due lampadine e verifica la tua previsione.
Previsione
U batteria (V)
I (A)
Risultato
U batteria (V)
I (A)
Singola lampadina in
un circuito
Due lampadine in
serie
14. Spiega i risultati. Quando vengono aggiunti al circuito diversi elementi, la batteria
sembra una fonte di corrente costante, di voltaggio costante o nessuno dei due?
5. Foglio di lavoro: Elementi elettrici del circuito cc
Attività 5-1: Resistore e legge di Ohm
In questa attività userai un comune componente elettrico chiamato resistore, che si
collega solitamente a un circuito per rendere più difficile il passaggio della corrente.
Tale proprietà di resistere alla corrente è descritta dalla quantità fisica di resistenza,
indicata con R. Studierai il modo in cui il voltaggio in un resistore influenza il
passaggio della corrente e che ruolo ha la sua resistenza.
1. Apri il file “Relazione corrente-voltaggio”. Costruisci un circuito elettrico semplice
con un resistore e collega i sensori di corrente e di voltaggio come in figura.
Nell’esperimento userai un alimentatore variabile per cambiare il voltaggio nel
resistore osservando al contempo la corrente corrispondente.
Fig. Circuito elettrico semplice: alimentatore variabile, resistore, sensore di corrente
e sensore di voltaggio nel resistore
2. Non cominciare a misurare. Immagina di accendere il misuratore dell’alimentatore
e di aumentare quindi il voltaggio nel resistore. Che cosa succede alla corrente?
Disegna la tua previsione nel grafico sotto.
Previsione
Risultato
3. Comincia a misurare corrente e voltaggio. Accendi lentamente il misuratore
dell’alimentatore da 0V a 10V in 10 secondi. Non superare il voltaggio massimo
consigliato. Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
4. Compila la tabella sotto con almeno tre valori di voltaggio. Per ciascuna
rilevazione verifica il rapporto tra voltaggio nel resistore e corrente.
U (V)
I(A)
U
(V/A)
I
1.
2.
3.
4.
Qual è il rapporto tra voltaggio e corrente nei vari casi?
5. Illustra il risultato delle misurazioni. Qual è la relazione matematica tra la corrente
che scorre nel resistore e il voltaggio all’interno dello stesso?
6. Traccia il grafico con la funzione adeguata. Utilizza gli strumenti di
approssimazione del software. Annota il tipo di funzione e il valore dei suoi
parametri.
f(x)=
a=
7. Identifica il significato fisico delle variabili x, y nella funzione y = f(x).
x=
y=
8. La relazione che hai osservato è nota come legge di Ohm. Per mettere la legge
nella sua forma normale dobbiamo definire un’altra quantità fisica nota come
conduttività, indicata con G. L’unità di misura della conduttività è il Siemens,
indicato con S. La conduttività si definisce come la pendenza del grafico
(parametro a). Il suo inverso è la resistenza, che si indica con R. L’unità di
misura della resistenza è l’ohm, che si indica con . Definisci conduttività e
resistenza in termini di U e I.
G=
R=
9. Illustra la relazione matematica tra la corrente che scorre nel resistore e il
voltaggio, utilizzando le quantità di U, I e R (ed eventualmente G).
I=
Questa formula è la legge di Ohm. Gli elementi del circuito che obbediscono
alla Legge di Ohm si definiscono ohmici.
10. In base alla misurazione, il valore della resistenza è costante o cambia al variare
della corrente nel resistore?
11. Qual è il valore della resistenza del tuo resistore? Utilizza il parametro adeguato
della funzione usata per farla approssimare alla tua misurazione. Corrisponde al
valore dichiarato dal marchio?
Rmisurata =
Rdichiarata =
12. Nota che i resistori sono prodotti industriali, quindi il loro vero valore è compreso
all’interno di determinati limiti di tolleranza. Per la maggior parte dei resistori la
tolleranza è del 5% o 10%. Determina la tolleranza del resistore misurato e
calcola il suo raggio di valori. Il valore misurato rientra nei limiti di tolleranza?
Tolleranza in % =
Raggio di valori:
Rmisurata =
13. Ripeti la procedura di misurazione con un resistore dalla resistenza più alta.
Disegna prima la tua previsione di diagramma corrente-voltaggio.
Primo resistore
Risultato della misurazione precedente
Secondo resistore con resistenza più alta
Previsione
14. Illustra la differenza tra i diagrammi I-U dei due resistori con diversa resistenza.
Attività 5-2: Lampadina e legge di Ohm
Nell’attività 5-1 hai scoperto che in un resistore la relazione tra corrente e voltaggio è
proporzionale. In questa attività analizzerai la stessa relazione relativamente alla
lampadina.
1. Apri il file “Relazione corrente-voltaggio”. Sostituisci il resistore con la lampadina
come in figura.
Fig. Circuito elettrico semplice: alimentatore variabile, lampadina, sensore di
corrente e sensore di voltaggio nella lampadina
2. Non cominciare a misurare. Immagina di accendere il misuratore dell’alimentatore
e di aumentare quindi il voltaggio nella lampadina. Che cosa succede alla
luminosità della lampadina?
3. Che cosa succede alla corrente? Disegna la tua previsione della relazione I-U nel
grafico sotto.
Previsione
Risultato
4. Comincia a misurare corrente e voltaggio. Verifica i parametri della lampadina.
Accendi lentamente il misuratore dell’alimentatore da 0V al voltaggio massimo in
10 secondi. Non superare il voltaggio massimo consigliato, poiché potrebbe
scoppiare la lampadina. Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
5. Confronta il risultato della lampadina con quello del resistore. Illustra le differenze.
6. In base alla misurazione, il valore della resistenza è costante o cambia al variare
della corrente nella lampadina?
7. Scopri la resistenza della lampadina per almeno tre valori della corrente che vi
scorre dentro (I1 < I2 < I3).
I(A)
U (V)
R=
U
()
I
1.
2.
3.
4.
8. Come cambia la resistenza all’aumentare della corrente?
9. La lampadina segue la legge di Ohm? La lampadina è un elemento del circuito
ohmico? Spiega.
Attività 5-3: Altri elementi elettrici del circuito cc
Hai appena analizzato il comportamento del resistore e della lampadina in un circuito
a corrente continua. Molti altri elementi elettrici possono far parte di un circuito
elettrico. Estendi la ricerca analizzando il comportamento di dispositivi come i diodi.
1. Apri il file “Relazione corrente-voltaggio”. Sostituisci il resistore con il diodo senza
dimenticare di posizionare un resistenza limitatrice di corrente in serie per
proteggerlo affinché non venga bruciato dall’alta corrente (vedi fig.).
Fig. Circuito elettrico semplice: alimentatore variabile, diodo, resistenza imitatrice di
corrente per proteggere il diodo, sensore di corrente e sensore di voltaggio nel diodo
2. Non cominciare a misurare. Immagina di accendere l’alimentatore e di aumentare
quindi il voltaggio nel diodo. Che cosa succede alla corrente? Disegna la tua
previsione della relazione I-U nel grafico sotto.
Previsione
Risultato
3. Comincia a misurare corrente e voltaggio. Verifica prima i parametri del diodo.
Accendi il misuratore dell’alimentatore lentamente da 0V al voltaggio massimo in
10 secondi. Non superare il voltaggio massimo consigliato, poiché potrebbe
bruciare il diodo. A questo punto spegni il misuratore, inverti i fili elettrici del diodo
e riprova. Che cosa noti?
4. Hai notato che il diodo si comporta in maniera diversa in risposta a una diversa
direzione della corrente e che ha una direzione di corrente preferita. Il resistore e
la lampadina si comportano allo stesso modo?
5. Adesso metti il diodo nella posizione in cui scorre la corrente nel circuito.
Comincia a rimisurare corrente e voltaggio. Confronta il risultato con la previsione.
Coincidono?
6. Confronta il risultato del diodo con quello del resistore. Illustra le differenze.
7. In base alla misurazione, il valore della resistenza è costante o cambia al variare
della corrente nel diodo?
8. Scopri la resistenza del diodo per almeno tre valori della corrente che vi scorre (I1
< I2 < I3).
I(A)
U (V)
R=
U
()
I
1.
2.
3.
4.
9. Che cosa puoi concludere sulla resistenza del diodo?
10. Il diodo segue la legge di Ohm? Il diodo è un elemento del circuito ohmico?
Spiega.
Attività 5-4: Quale elemento elettrico si nasconde nella black box?
Hai appena analizzato il comportamento di tre elementi – un resistore, una
lampadina e un diodo – spesso usati nei circuiti elettrici. Adesso hai a disposizione
quattro black box, tre delle quali contengono gli elementi già studiati (resistore,
lampadina e diodo), mentre il rimanente contiene un elemento nuovo. Svelerai il
contenuto della black box usando un alimentatore variabile, fili elettrici, un
interruttore, un sensore di voltaggio e un sensore di corrente.
Progetta l’esperimento, organizza la procedura di misurazione e trai conclusioni.
6. Foglio di lavoro: Resistenza e temperatura (costruire un
termometro)
Hai appena analizzato il comportamento di tre elementi – un resistore, una
lampadina e un diodo – spesso usati nei circuiti elettrici. Avrai sicuramente notato
che si comportano in maniera diversa quando sono inseriti in un circuito elettrico a
corrente continua. Riassumi in quali punti questi tre elementi differiscono fra loro. Nei
termini di quale quantità fisica possiamo descrivere le loro differenze?
Adesso analizzerai come la temperatura influenza la resistenza di un elemento
elettrico. Farai la misurazione su diversi elementi elettrici inseriti in un circuito
elettrico a corrente continua. Misurando il voltaggio e la corrente nell’elemento, ne
calcolerai la resistenza. Cambierai la temperatura dell’elemento immergendolo
nell’acqua di cui aumenterai gradualmente la temperatura con l’aiuto di un
riscaldatore. Puoi anche usare i risultati delle misurazioni fatte precedentemente per
le analisi.
Attività 6-1: Conduttore metallico
1. Apri il file “Resistenza e temperatura”. Costruisci un circuito elettrico semplice con
un conduttore metallico e collega il sensore di corrente e il voltometro come in
figura. Nell’esperimento userai un alimentatore variabile per programmare il
voltaggio adeguato. Collega anche il sensore di temperatura. Immergi il
conduttore in un serbatoio d’acqua dotato di riscaldatore e sistema il sensore di
temperatura vicino al conduttore per misurarne la temperatura.
Fig. Circuito elettrico semplice con un conduttore metallico immerso in un serbatoio con
riscaldatore
2. Programma il voltaggio su un alimentatore variabile al valore adeguato (ad
esempio 5V). Non cominciare a misurare. Immagina di accendere il riscaldatore e
di aumentare quindi la temperatura del conduttore. Che cosa succede alla
resistenza? Disegna la tua previsione nel grafico sotto.
Previsione
Risultato
3. Accendi il riscaldatore e programmalo in modo da poter aumentare la temperatura
di circa 60°C in 15 minuti. Comincia la misurazione del voltaggio nel conduttore e
della corrente corrispondente. Interrompi la procedura di misurazione quando la
temperatura raggiunge circa 80°C. Stacca l’alimentatore.
4. In base alla misurazione di corrente e voltaggio, crea un diagramma resistenza vs
temperatura. Come calcoli la resistenza del conduttore?
5. Confronta i risultati con la previsione. Coincidono? Come sono correlate la
temperatura e la corrispondente resistenza del conduttore metallico?
6. Trova la funzione matematica che meglio si adatta ai tuoi dati sperimentali
utilizzando gli appositi strumenti del software. Quale tipo di funzione scegli?
Annotalo insieme ai rispettivi coefficienti.
f(x) =
a=
b=
7. Quale grandezza fisica sperimentale corrisponde alla variabile indipendente x e
quale alla variabile dipendente y = f(x)?
x=
f(x) =
8. Quale potrebbe essere il significato fisico dei coefficienti a e b?
9. La resistenza del conduttore metallico aumenta significativamente con la
temperatura? Quale parametro lo rivela?
10. Trai le tue conclusioni.
Attività 6-2: Termistore
1. Adesso misurerai la dipendenza dalla temperatura della resistenza per un
elemento chiamato termistore. Apri il file “Resistenza e temperatura”. Costruisci
un circuito elettrico semplice con un termistore e collega il sensore di corrente e il
voltometro come in figura. Per l’esperimento userai un alimentatore variabile per
programmare il voltaggio adeguato. Devi collegare anche il sensore di
temperatura. Immergi il termistore in un serbatoio d’acqua dotato di riscaldatore e
sistema il sensore di temperatura vicino al termistore per misurarne la
temperatura.
Fig. Circuito elettrico semplice con un termistore immerso in un serbatoio con
riscaldatore
2. Programma il voltaggio su un alimentatore variabile al valore consigliato dal
produttore (ad esempio 10V). Non cominciare a misurare. Immagina di accendere
il riscaldatore e di aumentare quindi la temperatura del termistore. Che cosa
succede alla resistenza? Disegna la tua previsione nel grafico sotto.
Previsione
Risultato
3. Accendi il riscaldatore e programmalo in modo da poter aumentare la temperatura
di circa 60°C in 15 minuti. Comincia la misurazione del voltaggio nel termistore e
della corrente corrispondente. Interrompi la procedura di misurazione quando la
temperatura raggiunge circa 80°C. Stacca l’alimentatore.
4. In base alla misurazione di corrente e voltaggio, crea un diagramma resistenza vs
temperatura. Come calcoli la resistenza del resistore?
5. Confronta i risultati con la previsione. Coincidono? Come sono correlate la
temperatura e la corrispondente resistenza del termistore? Confronta con il
risultato del conduttore metallico.
6. Noterai che la resistenza e la temperatura del termistore sono reciprocamente
collegate. Ogni valore di resistenza corrisponde a un determinato valore di
temperatura. Di conseguenza, conoscendo tale relazione, se abbiamo la
resistenza, possiamo trovare la temperatura corrispondente. Ciò permette di
usare i termistori come termometri. Salva i risultati che rappresentano la
calibrazione del termistore.
7. Immergi il termistore nell’acqua senza sapere a che temperatura è. Determina la
temperatura con l’aiuto del termistore. Misura la resistenza dell’acqua e trovane la
temperatura con l’aiuto del diagramma resistenza-temperatura.
R=
t=
8. La relazione tra resistenza e temperatura del termistore sembra molto più
complessa di quella del conduttore metallico. Trova la funzione matematica che
meglio si adatta ai tuoi dati sperimentali utilizzando gli appositi strumenti del
software. C’è un tipo di funzione che si adatta bene?
9. Non è facile trovare un buon adattamento a tale relazione con i comuni tipi di
funzione, in quanto la legge fisica è, in questo caso, una funzione molto più
complessa di quelle finora utilizzate. Per chi conosce già la “funzione
esponenziale”, possiamo dire che la relazione tra resistenza e temperatura si
comporta più o meno come la seguente funzione:
R Ae
B
T
,
dove e è il numero di Eulero, R è la resistenza, T è la temperatura assoluta (in
Kelvin), A e B sono valori costanti tipici di ogni termistore. Applica il logaritmo
naturale a entrambi i membri dell’equazione. Che cosa ottieni?
10. Qual è la relazione tra i valori di lnR e 1/T?
11. Crea un nuovo diagramma di lnR vs 1/T. Prova nuovamente a trovare la funzione
matematica che meglio si adatta ai tuoi dati sperimentali utilizzando gli appositi
strumenti del software. Quale tipo di funzione scegli? Annotalo insieme ai
rispettivi coefficienti.
f(x) =
a=
b=
12. Quale quantità fisica fra i tuoi dati corrisponde alla variabile indipendente x e alla
variabile dipendente y = f(x)?
x=
f(x) =
13. Quale potrebbe essere il significato fisico dei coefficienti a e b nella funzione
utilizzata per l’adattamento?
a=
b=
14. Qual è il valore di lnA e delle costanti del termistore A e B?
lnA =
A=
B=
15. Annota l’equazione che esprime la relazione resistenza-temperatura del
termistore usando le costanti note A e B.
16. A partire da questa equazione esprimi la temperatura in gradi Celsius.
17. Crea un diagramma temperatura-tempo che esprima la temperatura in termini di
resistenza del termistore.
18. Le operazioni che hai seguito ti hanno portato a creare un termometro basato sul
rapporto di dipendenza resistenza-temperatura. Lo stesso principio si utilizza nel
sensore di temperatura. A questo punto misura la temperatura con l’aiuto del
termistore e del sensore di temperatura. Confronta i risultati.
t sensore =
t termistore =
19. Trai le tue conclusioni.
7. Foglio di lavoro: Modello di circuito elettrico (perché è
più o meno resistente)
In questa attività studierai come funziona un circuito elettrico semplice a corrente
continua e che cosa succede quando si collegano diversi resistori nel circuito.
Lavorerai con l’insegnante e con i tuoi compagni, cercando le risposte alle seguenti
domande. Scrivi le spiegazioni finali.
1. Quando un oggetto è elettrico?
2. Che cos’è un alimentatore elettrico?
3. Come passa la corrente elettrica in un conduttore?
4. Come passa la corrente elettrica in un resistore?
5. Perché il voltaggio si trova sul resistore che trasporta la corrente?
6. Modello del circuito elettrico.
Spiega le analogie tra un anello rigido con forza motrice e freno e un circuito
elettrico.
Anello rigido
Circuito elettrico
7. Simulazione di corrente e voltaggio in un circuito.
Costruisci un circuito elettrico semplice usando l’applet interattiva.
Illustra la distribuzione di cariche sulla superficie del tuo circuito.
8. Cosa succede quando si pongono dei resistori in serie?
Costruisci un circuito elettrico con i resistori in serie usando l’applet interattiva.
Illustra la distribuzione di cariche sulla superficie del tuo circuito.
9. Come si suddivide la corrente in un nodo?
Costruisci un circuito elettrico con i resistori in parallelo usando l’applet interattiva.
Illustra la distribuzione di cariche sulla superficie del tuo circuito.
10. Qual è la resistenza di due resistori collegati in parallelo?
8. Foglio di lavoro: Il corpo umano e la legge di Ohm
Semplificando un po’, il corpo umano può essere considerato come un circuito nel
quale una differenza di potenziale applicata trasmette corrente. Il corpo si comporta
come un resistore con resistenza R che dipende dal percorso che compie la corrente
U
al suo interno. In base alla legge di Ohm, I , la corrente che scorre dipende dal
R
voltaggio applicato e dalla resistenza del percorso della corrente. Per esempio, se si
tocca un cavo dell’alta tensione, la corrente che passa dal cavo a terra attraversando
il corpo può causare una scossa elettrica. Il corpo è controllato da impulsi elettrici
nervosi, per cui le correnti elettriche possono interromperne le normali funzioni. È la
corrente, non il voltaggio, a determinare la gravità della scossa elettrica. La corrente
che attraversa un corpo può danneggiarne gli organi, e quelli particolarmente
vulnerabili sono cuore, cervello e midollo spinale.
Resistenza del corpo umano
Il corpo umano, composto in gran parte di acqua, ha una resistenza molto bassa. Ciò
significa che, insieme ai suoi fluidi, contiene una gran quantità di sostanze chimiche
che sono buoni conduttori, con una resistenza di circa 200. Tuttavia, la corrente
deve prima attraversare la pelle, che ha una resistenza molto alta, il cui valore
dipende dalla sua natura, dalla possibile presenza di acqua e dal fatto che sia
ustionata. Perciò la maggior parte della resistenza al passaggio della corrente nel
corpo umano si trova nei punti di ingresso e di uscita sulla pelle. Una persona con
una pelle dura e secca di natura può avere una resistenza di 500.000, mentre un
palmo morbido e sudato potrebbe avere una resistenza da 10 a 50 volte inferiore. La
resistenza della pelle si abbassa ulteriormente se è ustionata da particelle di carbone
conduttrici, riporta una ferita sanguinante o è molto sottile. La pelle di una persona
immersa in acqua salata ha una resistenza di soli 500.
Quando la corrente attraversa il corpo, in pratica deve superare tre serie di
resistenze: la pelle (le dita delle mani), la parte interna del corpo e la pelle di nuovo
(le dita dei piedi). Sommando la resistenza delle dita delle mani umide (mettiamo
20.000), dei fluidi del corpo (circa 200) e delle dita dei piedi (mettiamo 30.000) a
un voltaggio di 230V, si ottiene una corrente di circa 0,005A.
Quanto è pericolosa la corrente?
La chimica di un corpo specifico incide significativamente sull’effetto della corrente
elettrica sulla persona. Inoltre la corrente alternata è più pericolosa della corrente
continua. Esistono poche stime attendibili sugli effetti di una scossa di corrente,
poiché varia da persona a persona, cambia nel tempo per una specifica persona e
dipende anche dal percorso della corrente. Per esempio una scossa di corrente di
500mA potrebbe non avere effetti duraturi sulla salute se dura meno di 20ms, ma
50mA per 10s potrebbero essere fatali. Le conseguenze più preoccupanti sono la
fibrillazione ventricolare (in cui risulta perturbata la sequenza del battito cardiaco) e la
compressione toracica, che causa insufficienza respiratoria.
In linea di massima:
una corrente maggiore di 1mA provoca un fastidio;
sopra i 16mA si perde il controllo dei muscoli, che iniziano a contrarsi;
fra i 25mA e i 100mA si hanno difficoltà respiratorie e in alcuni casi arresto
respiratorio;
fra i 100mA e i 200mA il cuore smette di pompare e viene sottoposto alle
contrazioni tipiche della fibrillazione ventricolare;
sopra i 200mA si verifica una danno cardiaco irreversibile.
Come aumentare la sicurezza?
La protezione migliore dalla scossa causata da un circuito carico è la resistenza, la
quale si può aggiungere al corpo grazie all’uso di arnesi, guanti, stivali e altra
attrezzatura isolati. Indossare scarpe isolate aumenta la resistenza totale. Le scarpe
di gomma hanno una resistenza di circa 20MΩ, mentre le suole di cuoio asciutte
hanno una resistenza di 100-500kΩ, a fronte dei 5-20kΩ di quelle bagnate.
La figura riporta una rappresentazione schematica del percorso della corrente della
scossa nel corpo, con un equivalente circuito che indica i componenti della
resistenza interessati.
Fig. Percorso della corrente della scossa elettrica (tratta da http://www.tlcdirect.co.uk/Book/3.4.2.htm)
È proprio per sicurezza che i cavi elettrici sono solitamente coperti da un isolamento
di plastica o gomma: per aumentare ampiamente la resistenza tra conduttore e
persone o cose. Purtroppo sarebbe eccessivamente costoso avvolgere i conduttori
della linea elettrica in un isolamento tale da mantenere la sicurezza in caso di
contatto fortuito, per cui la sicurezza è garantita tenendo le linee piuttosto
irraggiungibili, in modo che nessuno possa toccarle accidentalmente.
Uso deliberato della corrente elettrica sul corpo umano
Impiego medico
La scossa elettrica è utilizzata anche come terapia medica a condizioni controllate.
Analisi dell'impedenza bioelettrica
Si tratta di una semplice tecnica per determinare l’impedenza elettrica o opposizione
al passaggio della corrente elettrica attraverso i tessuti del corpo. Si usa per fare una
stima dell’acqua totale nel corpo e quindi dei grassi.
Macchina della verità
Misura la resistenza della pelle insieme ad altri fattori fisiologici.
Riferimenti bibliografici:
http://c21.phas.ubc.ca/article/electric-shock
http://www.tlc-direct.co.uk/Book/3.4.2.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_shock#Body_resistance
http://www.allaboutcircuits.com/vol_1/chpt_3/4.html
9. Foglio di lavoro: Lo strano comportamento delle
lampadine
Se colleghi due lampadine identiche (ad esempio da 6V/0,3A) in serie in un circuito
cc, brillano alla stessa intensità. Se colleghi altre due lampadine identiche (ad
esempio da 6V/0,05A) in serie in un circuito cc, anch’esse brillano alla stessa
intensità. Se ne colleghi due diverse, una si accende e l’altra no (o è molto fioca).
Analizza e spiega.
Attività 9-1: Due lampadine identiche in serie
1. Immagina di collegare prima una sola lampadina a un alimentatore cc. Poi collega
due lampadine identiche in serie allo stesso alimentatore. Confrontane la
luminosità rispetto a quando ce n’era una sola. Scegli una risposta:
a) La luminosità della lampadina diminuisce
b) La luminosità della lampadina aumenta
c) La luminosità della lampadina rimane uguale
Fai prima una previsione e poi verifica sperimentalmente.
Previsione
Risultato
2. Adesso verifica la tua previsione sperimentalmente. Innanzitutto disegna lo
schema del circuito.
Una lampadina in un circuito cc
3. Spiega le osservazioni e i risultati.
Due lampadine in serie in un circuito cc
4. Progetta una misurazione (con l’aiuto dei sensori) per spiegare le scoperte.
Capirai che per la luminosità della lampadina è fondamentale la potenza (energia)
dissipata nella stessa. Quali quantità fisiche misurerai per determinare la
potenza dissipata in ciascuna lampadina?
5. Apri il file “Lampadine in serie”. Costruisci il circuito con una sola lampadina.
Collega i sensori di corrente e voltaggio come in figura. Programma l’alimentatore
al voltaggio della lampadina.
Una lampadina in un circuito cc
Fig. Circuito elettrico semplice con
una lampadina
Due lampadine in serie in un circuito cc
Fig. Circuito elettrico semplice con due
lampadine
6. Non cominciare la misurazione. Che cosa succede alla potenza erogata alla
lampadina singola e alle lampadine collegate in serie allo stesso alimentatore?
Disegna la tua previsione.
Previsione
Lampadina singola
Lampadina in serie
7. Comincia a misurare corrente e voltaggio nella lampadina singola. Crea il
diagramma della potenza. Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
Risultato
Lampadina singola
Lampadina in serie
8. Fai la stessa cosa con due lampadine identiche collegate in serie. Verifica la tua
previsione. Coincide?
9. Trai le tue conclusioni.
Attività 9-2: Due lampadine diverse in serie
1. Adesso collega due lampadine identiche (6V/0,3A) in serie a una potenza di 6V.
Poi collega altre due lampadine identiche diverse dalle prime (6V/0,05A) in serie a
un alimentatore da 6V. Collega due lampadine diverse in serie a un alimentatore
da 6V. Descrivi che cosa succede e spiega i risultati.
2. Sai già che per la luminosità della lampadina è fondamentale la potenza (energia)
dissipata nella stessa. Disegna la tua previsione su come la potenza dissipata
cambia a seconda delle situazioni.
Previsione
Lampadina singola da 6V/0,3A
Lampadina singola da 6V/0,05A
Due lampadine diverse in serie
Lampadina da 6V/0,3A in serie
Lampadina da 6V/0,05A in serie
3. Apri il file “Lampadine in serie”. Costruisci il circuito con una sola lampadina.
Programma l’alimentatore al voltaggio della lampadina. Poi comincia a misurare
corrente e voltaggio nella lampadina singola. Crea il diagramma della potenza.
Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
Risultato
Lampadina singola da 6V/0,3A
Lampadina singola da 6V/0,05A
Due lampadine diverse in serie
Lampadina da 6V/0,3A in serie
Lampadina da 6V/0,05A in serie
4. Fai la stessa cosa con due lampadine diverse collegate in serie. Verifica la tua
previsione. Coincide?
5. Trai le tue conclusioni.
Attività 9-3: Accendere un circuito
Se colleghi due lampadine diverse (ad esempio da 6V/0,05A, 6V/0,3A) in serie in un
circuito cc, una si accende dopo rispetto all’altra. Si nota un evidente scarto
temporale tra le due. Fai l’esperimento, decidi come fare le misurazioni, avvia la
ricerca, spiega e trai conclusioni.
Attività 9-4: Due lampadine della stessa categoria
Fai una ricerca sul comportamento di due lampadine della stessa categoria di diversa
provenienza oppure dello stesso produttore ma di lotto diverso.
10. Foglio di lavoro: Costruire una batteria
In queste attività analizzerai alcuni principi di base delle celle elettrochimiche usando
materiali semplici. Con facili esperimenti scoprirai come funzionano le batterie che
usiamo nella vita quotidiana. Verranno introdotti anche i loro aspetti ambientali.
Attività 10-1: Monete in soluzione
In questa attività costruirai una cella elettrochimica. Metterai piccoli pezzi di due
diversi materiali in una soluzione e misurerai il voltaggio prodotto per realizzare una
batteria non ricaricabile e capire come funziona.
1. Prendi due monete di diverso metallo e metti tra loro un fazzolettino di carta
precedentemente inumidito con una soluzione acida o alcalina. Collega alle
monete le pinzette a coccodrillo del sensore di voltaggio e misura il voltaggio.
Osserva la rilevazione. Il valore è costante, aumenta o cala?
2. Osserva la rilevazione. Il valore è costante, aumenta o cala? Che cosa succede se
inverti la posizione dei fili elettrici di collegamento?
U=
Voltaggio:
Dopo aver invertito la posizione dei
fili elettrici:
a) costante
b) in aumento
U=
c) in calo
3. Ripeti la misurazione con altre combinazioni di metallo e soluzione. Registra i
risultati nella tabella sotto.
Soluzione
Materiali inseriti
Voltaggio (V)
Costante, in
aumento, in
calo
Attività 10-2: Pila alla frutta
1. Prendi un limone (o in alternativa di arancia, mela o patata) e incidi nella buccia
due fessure da 1 cm. In una inserisci una piccola matita di grafite smussata alle
due estremità e nell’altra un chiodo di ferro. Collega alla matita e al chiodo le
pinzette da coccodrillo del sensore di voltaggio.
2. Osserva la rilevazione. Il valore è costante, aumenta o cala? Che cosa succede se
inverti la posizione dei fili elettrici di collegamento?
3. Ripeti la misurazione con altre combinazioni di materiali inseriti nel limone.
Registra i risultati nella tabella sotto.
Materiali
inseriti nel
limone
Voltaggio
(V)
Costante, in
aumento, in
calo
Materiali
inseriti nel
limone
Voltaggio
(V)
4. Trai le tue conclusioni confrontando le diverse proprietà della batteria.
Costante, in
aumento, in
calo
5. Più celle formano una batteria. Ripeti la misurazione usando più celle collegate in
serie. Illustra le scoperte.
6. Accendi una lampadina usando la tua batteria. Per quanto tempo rimane accesa?
Descrivi la tua osservazione.
7. Trai le tue conclusioni.
Attività 10-3: Batteria di accumulatori al piombo
Nell’esperimento precedente hai costruito una batteria fatta di celle che si scaricano
o si esauriscono. È un esempio di cella “primaria” che non si può riutilizzare. Adesso
studierai batterie fatte di celle che si possono scaricare e ricaricare più volte. La
batteria della macchina è un esempio di cella “secondaria”.
1. Prepara l’esperimento come in figura. Rimuovi il rivestimento delle lamine di
piombo prima dell’uso con la carta vetrata, risciacqua e asciuga. Pulisci il becher.
Metti le lamine di piombo nel becher e aggiungi una soluzione di acido solforico.
Collega le lamine all’alimentatore cc. Collega la sonda del voltaggio alle lamine di
piombo con le pinzette da coccodrillo.
Fig. Batteria di accumulatori al piombo – in caricamento e in scaricamento
2. Apri il file “Costruire una batteria”. Comincia a caricare e a misurare. Lascia
caricare la batteria per 4 minuti. Stacca l’alimentatore. Registra i risultati.
Voltaggio dopo il caricamento:
U=
3. Collega la batteria a una lampadina piccola. Collega nuovamente la sonda del
voltaggio alle lamine di piombo. Chiudi l’interruttore e comincia a misurare. Misura
in quanto tempo si spegne la lampadina. Registra i risultati.
Voltaggio dopo lo scaricamento:
U=
4. Ricarica la cella per 2 minuti e ripeti la procedura. Qual è il voltaggio della cella
dopo il caricamento?
Voltaggio dopo il caricamento: U =
5. La batteria della macchina di solito produce un voltaggio di 12V. Quante celle ci
vorrebbero per fare altrettanto?
6. Quali sono le reazioni chimiche nel caricamento e nello scaricamento? Puoi
cercarle?
Caricamento:
Scaricamento:
7. Trai le tue conclusioni.
11. Foglio di lavoro: La batteria e i suoi parametri base
Esistono vari tipi di batterie da usare a seconda delle necessità. Quali proprietà della
batteria si devono prendere in considerazione per un buon funzionamento?
Attività 11-1: Voltaggio ai terminali
In questa attività scoprirai i parametri principali della batteria e come questi ultimi ne
influenzano il comportamento in un circuito cc.
1. Apri il file “Batteria in un circuito cc”. Costruisci un circuito elettrico semplice un
resistore regolabile e collega i sensori di corrente e voltaggio come in figura. Per
l’esperimento userai una batteria zinco carbone da 4,5V.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, resistore regolabile, sensore di corrente,
voltometro nella batteria
2. Non cominciare a misurare. Immagina di diminuire gradualmente la resistenza del
resistore a partire dal valore massimo per cambiare la corrente nel circuito. Che
cosa succede al voltaggio ai terminali della batteria? Disegna la tua previsione nel
grafico sotto.
Previsione
Risultato
3. Comincia a misurare corrente e voltaggio. Cambia la corrente nel circuito
diminuendo la resistenza del resistore a partire dal valore massimo in 10 secondi.
Dopodiché non dimenticare di riprogrammare la resistenza al valore massimo.
Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
4. Qual è la relazione tra il voltaggio ai terminali e la corrente nel circuito?
5. Trova la funzione matematica che meglio si adatta ai tuoi dati sperimentali
utilizzando gli appositi strumenti del software.. Annota il tipo di funzione e i suoi
coefficienti.
f(x) =
a=
b=
6. Quale quantità fisica è rappresentata dalla variabile indipendente x?
x=
7. Quale quantità fisica è rappresentata dalla variabile dipendente y = f(x)?
y = f (x) =
8. Quali quantità fisiche sono rappresentate dai coefficienti a e b?
a=
b=
9. Ripeti le misurazioni con un’altra batteria dello stesso tipo o con una batteria
diversa.
10.
Riassumi i risultati.
Attività 11-2: Trasferimento di potenza al carico
In questa attività misurerai la potenza dissipata nella parte esterna del circuito
(carico) e studierai che questa potenza dipende dalla resistenza del carico.
1. Nella prima attività hai imparato che il voltaggio ai terminali della batteria dipende
dalla corrente che scorre nel circuito. Hai modificato la corrente cambiando la
resistenza esterna del circuito. Adesso indica la potenza dissipata nel carico in
termini di voltaggio e corrente ai terminali e di forza elettromotrice, resistenza
interna e resistenza del carico.
2. Fai previsioni sul rapporto di dipendenza della potenza dissipata nel carico dalla
sua resistenza.
Previsione
Risultato
3. In base ai risultati di voltaggio e corrente, crea un diagramma della potenza
dissipata nel carico in relazione alla sua resistenza. Confronta il risultato con la
previsione. Coincidono?
4. Determina la massima potenza e la rispettiva resistenza del carico. Confrontane il
valore con la resistenza interna della batteria.
R=
Ri =
P = Pmax
5. Spiega i risultati.
Attività 11-3: Efficienza del trasferimento di potenza
In questa attività misurerai l’efficienza della potenza e studierai com’è correlata alla
resistenza del carico.
1. Nelle attività precedenti hai imparato che il voltaggio ai terminali della batteria
dipende dalla corrente che scorre nel circuito e che la potenza dissipata nel carico
è correlata alla sua resistenza. Adesso pensa all’efficienza del trasferimento di
potenza, determinando ad esempio quanta potenza è dissipata nel circuito esterno
in relazione alla quantità totale di potenza creata dalla batteria (proporzione tra
potenza in entrata e in uscita). Indica l’efficienza del trasferimento di potenza in
termini di resistenza interna e del carico.
2. Fai previsioni sul rapporto di dipendenza dell’efficienza del trasferimento di
potenza dalla resistenza del carico.
Previsione
Risultato
3. In base ai risultati di voltaggio vs corrente e di potenza vs resistenza del carico,
crea un diagramma dell’efficienza del trasferimento di potenza in relazione alla
resistenza del carico. Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
4. Determina l’efficienza della batteria per una resistenza del carico uguale alla
resistenza interna R = Ri .
=
5. Quanta potenza viene dissipata nel carico rispetto a quella dissipata nella batteria
a pari condizioni di resistenza?
6. A che cosa si avvicina l’efficienza della batteria all’aumentare della resistenza del
carico?
7. Che cosa conta di più: ottenere il massimo trasferimento di potenza o la massima
efficienza del trasferimento di potenza? Discutine con i compagni e spiega.
8. La torcia ha una batteria di due celle in serie (una cella di Ue=3V, Ri=0,7)
collegata alla lampadina di 3,5V/0,25A. L’accensione è collegata alla batteria al
piombo (Ue=12V, Ri =0,06) e quando si avvia, per breve tempo, passa nel
circuito una corrente di 120A. Confronta l’accensione della torcia con quella della
macchina in termini di trasferimento di potenza ed efficienza del trasferimento di
potenza.
Attività 11-4: Costruire un modello di comportamento della batteria in un
circuito cc
In questa attività costruirai un modello teorico dei fenomeni studiati sperimentalmente
nelle attività precedenti. Confronta i dati sperimentali con il modello e determinane i
parametri in modo da ottenere la migliore corrispondenza.
12. Foglio di lavoro: Batterie in serie e in parallelo
È possibile modificare il voltaggio e la corrente totali di un certo numero di batterie
collegandole in diversi modi nel circuito.
In questa attività analizzerai il comportamento di batterie collegate in serie e in
parallelo in un circuito cc. Scopri qual è lo scopo di tali connessioni. Programma una
ricerca e trai conclusioni.
13. Foglio di lavoro: Come uccide la preda l’anguilla
elettrica
L’anguilla elettrica (Electrophorus) si aggira nei fiumi del Sudamerica. Vive di pesci
che uccide creando una scossa elettrica di impulsi di corrente, producendo una
differenza di potenziale di diverse centinaia di volt per tutta la sua lunghezza. La
corrente risultante nell’acqua circostante può raggiungere un ampere.
Il voltaggio viene generato in una speciale serie di cellule chiamate organi elettrici.
Si tratta di generatori di forza elettromotrice fisiologici, disposti su decine di file,
ciascuna delle quali si allunga orizzontalmente per il corpo e contiene varie migliaia
di placche elettriche. Ognuna di queste ha una forza elettromotrice di 0,15V e una
resistenza interna di 0,25. L’acqua che circonda l’anguilla completa il circuito tra i
due terminali dello schieramento delle placche, uno sulla testa dell’animale e l’altro
vicino la coda.
Fig. Raffigurazione schematica dell’anguilla elettrica
(http://www.chm.bris.ac.uk/webprojects2001/riis/Electr2.gif)
Altre risorse:
http://www.electricshock.org/electric-animals.html
http://hypertextbook.com/facts/BarryLajnwand.shtml
http://it.wikipedia.org/wiki/Anguilla_elettrica
In questa attività studierai come è usata l’elettricità nel mondo animale. Cerca
informazioni sull’anguilla elettrica e su altri animali in grado di creare elettricità.
Spiega che cosa rende capace l’anguilla di usare l’elettricità per uccidere i pesci
senza uccidere anche se stessa. Scopri quali valori di voltaggio e corrente può
produrre. Disegna un modello schematico del suo generatore di forza elettromotrice
fisiologico. Usa il testo e altre risorse per preparare una presentazione per i tuoi
compagni.
14. Foglio di lavoro: Quanta energia è contenuta in una
batteria?
Le batterie costituiscono una fonte portatile e conveniente di energia senza fili. Le
usiamo per alimentare orologi, telecomandi, fotocamere digitali, lettori MP3, cellulari,
torce, calcolatrici e molti altri strumenti. Sul mercato esiste un’ampia scelta di batterie
ricaricabili e non. Ma secondo quali criteri scegliamo una determinata batteria a
seconda delle necessità?
In questa attività confronterai più batterie misurandone il voltaggio e la corrente ai
terminali durante l’uso (finché non si esaurirà), la capacità, l’energia fornita al carico e
il relativo prezzo.
1. Apri il file “Energia fornita dalla batteria”. Prendi batterie dalla stessa forza
elettromotrice di diversa marca, ad esempio batterie AA: zinco carbone da 1,5V
(Philips), alcaline (Philips-ultra alkaline) e ricaricabili (1,2V, GP-NiCd). Costruisci
un circuito elettrico semplice con una batteria e una lampadina (ad esempio da
2,5V/0,3A). Per misurare corrente e voltaggio, collega i rispettivi sensori come in
figura.
Fig. Circuito elettrico semplice: batteria, lampadina, sensore di corrente e sensore di
voltaggio per misurare il voltaggio ai terminali (collegato alla batteria)
2. Non cominciare a misurare. Disegna la tua previsione per diverse batterie di
diversi lotti relativamente ai diagrammi voltaggio-tempo e corrente-tempo. Usa
diverse matite colorate.
Previsione
Diagramma voltaggio-tempo
Diagramma corrente-tempo
3. Comincia a misurare corrente e voltaggio mentre la batteria si scarica. Continua a
misurare finché la batteria è esaurita. Il tempo di misurazione è stabilito per 25
ore. Confronta il risultato con la previsione. Coincidono?
Risultato
Diagramma voltaggio-tempo
Diagramma corrente-tempo
4. Uno dei parametri della batteria è la capacità, che rivela quanta carica può
conservare. Si misura in Ah (Ampere-ora). Determina la capacità della tua
batteria in base al diagramma corrente-tempo. Come si fa?
Q=
5. A questo punto confronterai le batterie in termini di potenza ed energia erogate al
circuito. Innanzitutto disegna la tua previsione sul grafico potenza-tempo. Se
analizzi il risultato di più di una batteria, usa diverse matite colorate. In seguito
crea un diagramma potenza-tempo per ciascuna batteria. Confronta i risultati con
la previsione. Coincidono?
Diagramma potenza-tempo
Previsione
Risultato
6. Quale batteria ha erogato maggiore (minore) energia al circuito mentre si
scaricava? Fai una previsione in base al diagramma potenza-tempo. Quale
elemento del grafico ti fornisce informazioni sull’energia?
7. In base ai risultati, determina l’esatta quantità di energia erogata al circuito.
Riporta i valori ottenuti dagli altri gruppi.
Tipo di Energia
batteria (mWh)
Energia
(J)
Prezzo della
batteria (EUR)
Prezzo di
1mWh
Batteria
1
Batteria
2
Batteria
3
8. Confronta le batterie in base al prezzo. Conoscendo il prezzo di una batteria,
determina il prezzo di 1mWh di energia per ogni batteria. Quale batteria dà più
energia in relazione al prezzo?
9. Pensa ad altre proprietà importanti della batteria. Formula un problema di ricerca
e progetta un esperimento per analizzarle.
10. Trai le tue conclusioni.
15. Foglio di lavoro: Le batterie e il loro uso razionale
Le batterie sono dispositivi usati spesso nella vita quotidiana. Ci aiutano in vario
modo ma, quando si esauriscono, dobbiamo disfarcene. Pensa ai dispositivi e alle
apparecchiature in cui sono usate le batterie e ai possibili problemi cui andiamo
incontro utilizzandole.
Questo è un compito a indagine aperta. Formula una domanda di ricerca collegata
all’uso quotidiano delle batterie e al relativo aspetto ambientale.
16. Foglio di lavoro: Fonti alternative di elettricità – cella
combustibile e cella fotovoltaica
Cerca informazioni su cella elettrochimica, cella combustibile e cella fotovoltaica.
Prepara una presentazione per i tuoi compagni.
