STRATEGIE CIRCUITI
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ANALOGIE
CIRCUITO IDRAULICO
CIRCUITO ELETTRICO
ANALOGIA TRA
ELEMENTI
DEL CIRCUITO
POMPE
GENERATORI
TURBINE
UTILIZZATORI
RUBINETTI
INTERRUTTORI
TUBI
CAVI DI CONDUZIONE
ANALOGIA TRA POTENZIALE ELETTRICO
PRESSIONE GENERATA DALLA POMPA
CADUTA DI PRESSIONE AI CAPI
TURBINA
DELLA
E PRESSIONE
TENSIONE AI
CAPI
DEL GENERATORE
CADUTA DI TENSIONE AI CAPI
UTILIZZATORE
DELL’
VELOCITA’ DI ROTAZIONE DELLA
TURBINA
LUMINOSITA’ DELLA LAMPADINA
POMPE COLLEGATE IN CONCORDANZA
DI FASE
GENERATORI COLLEGATI
IN SERIE
Lezione del 17-12-
VIII ciclo – DF2 2008-2009
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ANALOGIE
VIII ciclo – DF2 2008-2009
Lezi
one
del
17122008
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ANALOGIE
Analogia del Treno
Circuito Elettrico
Vagoni
Elettroni
Movimento dei vagoni
Movimento degli elettroni
Frequenza alla quale I vagoni passano Intensità di corrente
per una certa posizione sui binari
Ostacolo sul binario
Resistenza elettrica (nuclei atomici)
Uomini che spingono i vagoni
Pila
Fatica muscolare degli uomini
Potenza impiegata dalla pila
Vibrazione dei vagoni, rumore e calore Dispersione di calore nei fili e nella
prodotto dagli ostacoli sui binari
batteria, calore e luce nella lampadina
Lezione del 17-12-
VIII ciclo – DF2 2008-2009
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ANALOGIE
VIII ciclo – DF2 2008-2009
Lezi
one
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SOSTITUZIONE DI CONCETTI
Si basa sulle concezioni innate degli studenti,
valorizzando le intuizioni corrette e sostituendo ad un
concetto non appropriato quello scientificamente
accettato.
Ad esempio, usando il ciclo PEC, si guida gli studenti a
comprendere che in un circuito elettrico quello che si
consuma non è la corrente elettrica ma la potenza (o
energia) fornita dalla batteria al carico.
Si può guidare gli studenti a comprendere anche che la
batteria fornisce qualcosa di costante, che non è la
corrente elettrica, bensì la differenza di potenziale ai
suoi capi.
Lezione
del 17-12VIII ciclo – DF2 2008-2009
2008
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CONNESSIONE TRA ASPETTI
MACROSCOPICI E ASPETTI
MICROSCOPICI.
Si basa su un modello, simulato al calcolatore, del flusso di carica
e della densità di cariche su un conduttore. La corrente è
rappresentata graficamente da freccette e sferette mobili, la
differenza di potenziale in due punti del circuito da una differente
densità delle sferette.
I=0
DV = 0 V
DV=1,5 V
Circuito aperto
DV = 0 V
+ DV=1,5 V
Lezione del 17-122008
VIII ciclo – DF2 2008-2009
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CONNESSIONE TRA ASPETTI
MACROSCOPICI E ASPETTI
MICROSCOPICI.
I
I
Circuito
chiuso
con una I
resistenza
DV = 0 V DV=1,5 V
I
+ I
DV=1,5 V
I/2
Circuito chiuso
con due
resistenze
DV = 0 V
I/2
I/2
DV = 0 V
DV = 0 V
DV=0,75 V
I/2
I
DV=0,75 V
I/2
DV = 0 V
DV = 0 V
+ I/2
DV=1,5 V
I/2
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Lezi
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DIFFERENZA DI POTENZIALE COME
GRANDEZZA PRINCIPALE
Si mette inizialmente in relazione la luminosità di una lampadina inserita
in un circuito con una pila con il numero di Volt indicati sulla pila. Questo
numero (differenza di potenziale) è una caratteristica della pila che può
essere misurato con il voltmetro.
Si guida gli studenti a comprendere che lampadine differenti connesse alla
stessa pila possono avere diverse luminosità e che quindi è necessaria
un’altra grandezza, diversa dalla d.d.p. per descrivere il comportamento del
circuito (corrente). La corrente è diversa dalla d.d.p.: a circuito aperto I=0
ma d.d.p. ≠0. Viceversa, se d.d.p. = 0, I=0.
Si guida gli studenti a comprendere che la stessa lampadina connessa a
pile con la stessa d.d.p. ma di volume diverso, rimane accesa per intervalli
di tempo diversi. È quindi necessaria un’altra grandezza per descrivere
questo comportamento (energia). L’energia di una pila è diversa dalla
d.d.p.: alla stessa d.d.p. possono corrispondere diverse energie e quindi
Lezione
del
17-12-delle pile
VIII ciclo – DF2 2008-2009
diversa
durata
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2008
DIFFERENZA DI POTENZIALE COME
GRANDEZZA PRINCIPALE
Si guida gli studenti a comprendere che la d.d.p. di una pila
corrisponde ad un accumulo di cariche di segno opposto ai suoi
terminali. Maggiore la differenza nella densità delle cariche ai
terminali, maggiore la d.d.p. della pila
Questa differenza di densità di cariche ai terminali della pila è
mantenuta mediante reazioni chimiche a spese dell’energia della
pila, che dipende quindi da come essa è stata costruita. Quando
questa energia si esaurisce, la d.d.p. ai suoi terminali diventa quasi
nulla
Quando i terminali di una pila sono connessi da un filo di resistenza
quasi nulla, la velocità delle reazioni chimiche non è sufficiente a
mantenere la differenza di densità di cariche ai terminali e la d.d.p.
diventa
Lezione
delquasi
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CARICHE DI SUPERFICIE
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CARICHE DI SUPERFICIE
VIII ciclo – DF2 2008-2009
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CARICHE DI SUPERFICIE
•
Si mira a fornire agli studenti il meccanismo di funzionamento
dei circuiti a livello microscopico. In particolare si guida gli
studenti a capire che, in condizioni stazionarie, dopo un
transitorio, la corrente che si stabilisce nei fili di un circuito è
proporzionale ad un campo elettrico che è il risultato della
composizione del campo elettrico dovuto al generatore inserito
nel circuito e ad un campo dovuto alla distribuzione delle
cariche elettriche che si dispongono in maniera appropriata
sulla superficie dei fili conduttori del circuito
•
Si introduce in seguito la d.d.p. tra due punti di un circuito
come l’integrale di linea del campo elettrico risultante in un filo
conduttore. Si distingue anche tra forza elettromotrice (cioè
lavoro non-Coloumbiano per unità di carica) e differenza di
potenziale (cioè integrale di linea del campo dovuto
all’interazione di Coloumb delle cariche di superficie
Lezione del 17-122008
VIII ciclo – DF2 2008-2009
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CARICHE DI SUPERFICIE
•
Si adotta essenzialmente un modello di filo conduttore come
sequenza di anelli di carica. Si guida gli studenti a
comprendere che un gradiente della densità di cariche
superficiali contribuisce allo stabilirsi di un campo elettrico
all’interno del filo. Due anelli di uguale densità di carica
producono un campo nullo nello spazio tra essi compreso,
mentre anelli di differente densità di carica producono un
campo diverso da zero nello spazio tra essi compreso
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ER
Es
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Ed
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