Precipitatore elettrostatico di fumi
Materiale: beuta, generatore di Van de Graaff, pompetta, sigaretta.
Descrizione
Dalla parte alta della beuta fuoriesce un tubo di gomma nel quale viene inserita una sigaretta accesa.
Da un altro punto della beuta fuoriesce un tubo al quale si collega una pompetta aspira fumo.
All'interno della beuta è presente un elettrodo a punta; fra la beuta e il piano è inoltre inserito un
piatto metallico destinato a fungere da secondo elettrodo.
Gli elettrodi sono collegati ad un generatore di alta tensione o a una macchina elettrostatica.
Colleghiamo l'elettrodo a punta con il polo negativo e il piatto con il polo positivo.
Dopo aver aspirato il fumo della sigaretta all'interno della beuta mediante la pompetta, accendiamo
la macchina elettrostatica.
Notiamo che il fumo si disperde.
Spiegazione
L'elettrodo a punta negativo è in grado di ionizzare le molecole che costituiscono l'aria. Si
producono così coppie di ioni positivi e negativi
I primi sono attratti dall'elettrodo a punta, mentre i secondi vengono catturati dalle molecole di
fumo caricandole negativamente; le particelle precipitano così verso il piatto metallico.
La sfera al plasma
Essa è costituita da un bulbo, di solito una sfera di sottile vetro trasparente, nel quale sono presenti
dei gas inerti a bassa pressione (200-500 Pa), quindi un grande elettrodo ad alta tensione elettrica al
suo centro. All'accensione del dispositivo, l'elevato campo elettrico, combinato alla bassa pressione
dei gas inerti, riesce a far sprigionare dei suggestivi filamenti – o scariche luminose – discretamente
lunghi, generalmente di colore viola-blu, costituiti principalmente da plasma, ovvero da gas
ionizzato, i quali si andranno a scontrare sulla parete interna del vetro.
La tipica colorazione di luce viola-blu è dovuta principalmente alla presenza di argon, un gas nobile
che, durante il ritorno in atomi elettricamente neutri rilascia radiazioni e bagliori proprio su questa
specifica frequenza elettromagnetica dello spettro di luce visibile, oltre che una piccola parte di
radiazione ultravioletta.
Verso l'esterno, le scariche elettriche si scontrano semplicemente sulla parete interna del vetro,
essendo questa a potenziale elettrico nullo, oppure direttamente a massa/terra (sempre a potenziale
elettrico nullo) se, ad esempio, si sfiora la sfera con altri oggetti collegati a massa o, ad esempio,
con le dita della mano. In questo ultimo caso, una buona parte dell'energia delle scariche elettriche
si concentreranno sulla via puntiforme e più breve verso la massa a terra, ed attraversando, quindi,
tutto il corpo; come già detto, essendo l'intensità di corrente elettrica bassissima, questo non
comporterà danni per la salute fisica.
Se invece si rompe la sfera di vetro, il suggestivo effetto delle scariche viola-blu non si manifesterà
più, in quanto la pressione e i gas saranno semplicemente quelli atmosferici, ed il campo elettrico
riuscirà a generare soltanto una scarica elettrica visibile bianco-gialla, ma solo a pochissimi
millimetri dall'elettrodo centrale.
Costruzione di un circuito elettrico
MATERIALE:
-Piastra a molle
-Nodi a croce
-Porta lampada con lampada (L )
-Interruttore (I)
-Pila da 1,5 V e 3 V (due da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di
potenziale
ESECUZIONE:
Si monta il circuito come nella figura e si chiude il circuito schiacciando l'interruttore.
OSSERVAZIONI
Quando chiudi l'interruttore nel circuito circola corrente elettrica.
Cosa cambia se si passa da una pila di 1,5 V a una di 3V?
Cambia qualcosa se si s'invertono interruttore e lampadina?
Conduttori o isolanti
MATERIALE:
-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di
potenziale
-Piastra a molle
-Nodi a croce
-Porta lampada con lampada (L)
-Interruttore (I)
-Piastre di allumino, ottone, legno polistirolo, pertinax (cos'è?), vetro acrilico (C)
ESECUZIONE:
Si monta il circuito come nella figura.
Inserendo le diverse piastre e osservando se la lampada si accende, puoi capire se il materiale
inserito è o non è un buon conduttore.
TABELLA:
MATERIALE
alluminio
ottone
legno
polistirolo
pertinax
vetro acrilico
CONDUTTORE
ISOLANTE
CONCLUSIONE:
I materiali alluminio e ottone sono conduttori, le materie sintetiche polistirolo, pertinax e vetro
acrilico sono isolanti.
La corrente nei liquidi
MATERIALE:
- Un alimentatore
-Piastra a molle
-Nodi a croce
-Porta lampada con lampada (L)
-Interruttore (I)
- Fili di collegamento, elettrodi.
-Una serie di becher, acqua, sale e zucchero.
ESECUZIONE:
Costruisci il circuito come in figura.
Inserisci i due elettrodi nel becher contenete acqua. La lampadina si accende?
Ripeti l'esperimento inserendo gli elettrodi nell'acqua con zucchero. Succede qualcosa?
Inserisci gli elettrodi in acqua con sale. Prova ad aumentare gradualmente la concentrazione
di sale.
CONCLUSIONE:
Quali soluzioni conducono la corrente?
Cosa succede se aumenti la concentrazione di sale?
Deviatore e 2 lampadine
MATERIALI:
-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di
potenziale
-Piastra a molle
-Nodi a croce
-2 porta lampada con lampade (L1 e L2 )
-Deviatore (D)
-Interruttore (I)
ESECUZIONE:
Realizza il circuito come mostrato nella figura. Aziona la levetta del commutatore e osserva.
CONCLUSIONE:
A seconda della posizione dell’interruttore si accende o la prima lampadina o la seconda.
2 deviatori e una lampadina
MATERIALE:
-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di
potenziale
-Piastra a molle
-Interruttore (I)
-Nodi a croce
-1 porta lampada con lampada (L )
-Deviatori (D1 e D2)
ESECUZIONE:
Realizza il circuito come mostrato nella figura. Aziona i deviatori e osserva.
CONCLUSIONI:
L'uso di due deviatori collegati come nell'esempio è molto diffuso negli impianti elettrici domestici
perché permette di accendere o spegnere una lampadina da due punti diversi dell'ambiente.
Il Levitron
Che cosa sostiene la trottola in aria?
La forza magnetica solleva la trottola dalla base.
Puoi pensare la base come un magnete con il polo nord rivolto verso l'alto e la trottola come uno
con il polo nord rivolto verso il basso. Il principio è che due poli uguali (per esempio, due nord) si
respingono e due poli opposti si attraggono, con forze direttamente proporzionali alla vicinanza
degli stessi. Poiché l'intensità delle forze dipende dalla distanza, domina la repulsione nord-nord e
la trottola è magneticamente respinta dalla base. Quindi rimane sospesa per aria, nel punto in cui
questa repulsione verso l'alto bilancia la forza di gravità, orientata verso il basso, cioè nel punto di
equilibrio dove la forza totale è zero.
Perché ha bisogno di ruotare?
Per impedire che la trottola si capovolga. Se la trottola non girasse, il suo polo sud si rivolgerebbe
verso il basso e sarebbe attratto dalla base. Se la trottola gira, invece, grazie all'effetto giroscopico,
tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa e non si rovescia.
La lente di Fresnel
La lente Fresnel permette la costruzione di ottiche di grande dimensione e piccola distanza focale
senza l'ingombro, lo spessore ed il peso del materiale necessario per costruire una lente sferica
convenzionale con lo stesso potere convergente.
Il risultato è ottenuto frazionando la lente sferica in una serie di sezioni. Per ogni sezione lo
spessore della lente viene limitato ma viene mantenuta la stessa curvatura come illustrato in figura.
La costruzione di un elettromagnete
MATERIALE
-Filo di rame smaltato (o filo elettrico isolato)
-Pila
-Interruttore
- Resistore o lampadina.
-Nucleo di ferro dolce
-Cavi di collegamento
- Piccoli oggetti di ferro, magneti.
ESECUZIONE
Per costruire l'elettromagnete, un filo di rame smaltato è stato avvolto attorno ad un nucleo di ferro
e successivamente, come mostrato in figura, collegato ai poli della pila.
L'avvolgimento con nucleo di ferro dolce si comporta come un magnete quando è percorso da
corrente.
Campanello.
Osserviamo il seguente schema :
La lettera A indica un punto fisso (realizzato in pratica da un perno). La lettera B indica un contatto
mobile (realizzato da una punta metallica). La lettera C indica un percussore (realizzato da una sferetta
metallica). L'arco AC indica un conduttore mobile di ferro dolce (realizzato da un conduttore elastico di
ferro dolce). La lettera D indica un dispositivo acustico (realizzato da un apposito corpo metallico cavo).
La lettera E indica un elettromagnete.
Normalmente, in assenza di corrente, il conduttore mobile AC è appoggiato al contatto B .
Quando si pigia il tasto T , il circuito viene chiuso e passa corrente nell'elettromagnete il quale si
magnetizza ed attira a sé il conduttore mobile. Il percussore C urta il dispositivo acustico ma il contatto
B si stacca.
Staccandosi il conduttore mobile AC dal contatto B, il circuito si apre e non passa più corrente. Non
passando corrente, l'elettromagnete si smagnetizza e il conduttore AC mobile ed elastico torna nella
posizione di riposo ripristinando il contatto B e richiudendo il circuito.
Richiudendosi il circuito, ritorna a passare corrente, l'elettromagnete si magnetizza, il conduttore
mobile viene attirato verso l'elettromagnete, il percussore urta il dispositivo acustico ecc. ecc.
Finché si tiene premuto il tasto T , il processo appena descritto rimane attivo ed il campanello ...
suona !!!
Campo magnetico e correnti elettriche
http://catalogo.museogalileo.it/multimedia/EsperienzaOersted.html
PARTE1
Riproduciamo ora l'esperienza di Oersted.
Colleghiamo i 2 poli al generatore o a una serie di pile.
Aumentando sempre di più la corrente gli aghetti si avvicinano alla perpendicolare, come si vede in
figura.
Spiegazione
La corrente genera nello spazio attorno al conduttore un campo magnetico le cui linee di forza
sono circonferenze concentriche perpendicolari al conduttore che a sua volta si trova nel centro
delle medesime.
Graficamente :
Campo magnetico e correnti elettriche
PARTE 2
L'esperienza di Faraday
L'esperienza di Faraday mise in evidenza che un conduttore percorso da corrente subisce una forza
quando si trova in un campo magnetico.
DESCRIZIONE
Un filo conduttore è posto nel campo magnetico generato da un magnete a ferro di cavallo.
Chiudendo il circuito di può verificare che il filo subisce una forza.
Invertendo il collegamento con l'alimentatore e quindi invertendo il verso della corrente si può
osservare che cambia anche il verso della forza.
CONCLUSIONE
I magneti sono in grado di esercitare forze sui conduttori percorsi da corrente elettrica.
Campo magnetico e correnti elettriche
PARTE 3
Interazione campo magnetico-corrente con produzione di lavoro meccanico.
DESCRIZIONE
L'apparato sperimentale è costituito da un magnete permanente al neodimio rivestito di materiale
conduttore, da una batteria (1,5 V) e da un telaio realizzato con un filo di materiale conduttore. Il
telaio è a contatto con il polo positivo della batteria e con il magnete.
Quando il circuito è attraversato da corrente ciascun ramo del circuito è sottoposto ad una forza che
fa ruotare il telaio.
Il verso di rotazione dipende da come è orientato il magnete.
Campo magnetico e correnti elettriche
PARTE 4
Dopo che Oersted ebbe dimostrato che un filo percorso da corrente genera un campo magnetico, si
cercò di verificare l'effetto simmetrico e cioè se fosse possibile ottenere correnti elettriche da campi
magnetici.
Faraday nel 1831 riuscì a scoprire che in particolari condizioni un campo magnetico può generare
una corrente.
DESCRIZIONE
La bobina è collegata ad un amperometro, uno strumento che serve a misurare la corrente.
Prova ad avvicinare e ad allontanare il magnete alla bobina. Cosa osservi?
SPIEGAZIONE
Non si ha passaggio di corrente se il magnete è fermo. Il passaggio di corrente si verifica solo nel
caso in cui il magnete viene avvicinato o allontanato dal circuito.
Si ha corrente quando un circuito viene attraversato da un campo magnetico esterno che per qualche
ragione varia nel tempo.
IL GENERATORE DI CORRENTE e IL MOTORE ELETTRICO
Un generatore elettrico è una macchina elettrica che trasforma energia meccanica in energia
elettrica.
I generatori elettrici impiegati negli impianti per la produzione di elettricità sono strumenti piuttosto
complessi, ma il loro principio di funzionamento è molto semplice. Schematicamente sono costituiti
da un rotore che contiene uno o più avvolgimenti di filo conduttore (bobine). Il rotore viene messo
in rotazione all'interno di un magnete fisso detto statore.
Quello che avviene in un motore elettrico è esattamente l'inverso di quello che avviene nel
generatore di corrente. L'interazione fra il campo magnetico dello statore e del rotore si traduce in
una coppia di forze che imprime al rotore un moto rotatorio . L'energia elettrica fornita al rotore è
trasformata in energia meccanica.
Diavoletto di Cartesio
DESCRIZIONE:
E’ un curioso giocattolo che utilizza il principio di Archimede. Consiste in un oggetto a forma di
diavoletto, internamente cavo. La parte interna comunica con l’esterno attraverso un minuscolo
forellino posto all’estremità della coda.
Il diavoletto è immerso in un cilindro di vetro contenente acqua e superiormente chiuso da una
membrana di gomma. Premendo sulla membrana, aumenta la pressione e un po’ d’acqua penetra
all’interno del diavoletto, aumentandone il peso e facendolo scendere lungo il tubo di vetro. Per
farlo risalire, basta diminuire la pressione sulla membrana: l’acqua esce sotto la spinta dell’aria
interna, non più equilibrata da quella esterna, e il diavoletto risale.
Fonografo
Edison annunciò l'invenzione del fonografo il 21 novembre. Il primo schizzo del Fonografo apparso
sui diari di Edison risale al 12 agosto 1877 e il 6 dicembre dello stesso anno ne diede una
dimostrazione pratica ai propri collaboratori.
Essi si trovavano di fronte ad un oggetto costituito da un rullo di ottone (cilindro fonografico) di
circa 10 cm di diametro e di lunghezza, sostenuto da un asse filettato. Sul cilindro era tracciato un
solco a spirale di 2,5 mm di larghezza e la superficie del cilindro era ricoperta da un foglio di
stagnola. Durante la registrazione, il cilindro ruotava e la stagnola veniva sfiorata dalla puntina
collegata alla membrana vibrante. La puntina, seguendo le oscillazioni della membrana, incideva
una traccia profonda nella stagnola che, tesa sopra al solco, poteva cedere sotto la pressione. Per la
riproduzione, il processo sarebbe stato inverso, con l'unica differenza che in questo caso veniva
utilizzata una seconda membrana, molto più elastica, posta all'altra estremità dell'apparecchio. Il
solco nella stagnola con le sue variazioni di profondità, faceva vibrare la membrana restituendo il
suono registrato. Il funzionamento era quindi alternativamente di registratore o riproduttore. È
possibile ascoltare e guardare in azione il fonografo grazie a questi video.
Per nulla scoraggiato dallo scetticismo dei collaboratori, Edison iniziò così a girare la manovella
che metteva in moto il sistema e parlando in direzione del diaframma pronunciò la seguente frase:
"Mary had a little lamb" ("Mary aveva un agnellino"). Una volta riportato il cilindro al punto di
partenza, sistemò l'ago sulla seconda membrana nel solco impresso nella stagnola dalla prima,
riprese a girare la manovella e il fonografo ripeté un suono vagamente simile alla frase pronunciata
poco prima. La qualità era pessima, ma le basi erano state poste.
Specchi parabolici
Periscopio
Doppio cono
L'apparente comportamento anomalo seguito dal doppio cono è facilmente spiegabile ricorrendo al
teorema
fisico
detto
del
moto
del
centro
di
massa
(o
baricentro):
"Il moto di un sistema continuo di punti materiali soggetto a forze esterne è determinato solo dal
moto del suo baricentro dotato dell'intera massa del sistema e soggetto al risultante delle forze
esterne".
Il baricentro del doppio cono si trova sull'asse di rotazione in corrispondenza del diametro massimo
Il teorema del moto del centro di massa afferma che ciò che conta ai fini del moto di un corpo
esteso è il moto del suo baricentro e non quello delle sue parti. In effetti, ad una osservazione più
attenta, il baricentro del doppio cono scende durante il moto, anche se il sistema sembra
apparentemente salire. Si legge infatti nell'inventario del 1818: "Piano inclinato per cui ascendendo
un grave il suo centro di gravità discende".
Dunque non si ha alcuna violazione delle leggi della fisica, ma il doppio cono manifesta
semplicemente il moto di rotolamento spontaneo nella direzione in cui il suo baricentro può
scendere, moto che solo apparentemente sembra essere in salita. L'occhio si fissa sulle guide e in
particolare sulla loro inclinazione rispetto al verso di rotolamento del corpo su di esse, mentre
bisogna considerare il moto del baricentro del solido prima di concludere che esso manifesta un
comportamento anomalo.
Il baricentro del doppio cono scende grazie alla particolare combinazione dei valori degli angoli
d'inclinazione delle guide, di divergenza delle stesse e di quello al vertice del doppio cono. Con
riferimento al disegno schematico, il "trucco" è presto svelato. Infatti a ogni giro del corpo il suo
asse di rotazione scende, poiché a mano a mano che ci si avvicina ai vertici la distanza tra ogniuno
dei due punti di contatto con la guida e l'asse di rotazione diminuisce più velocemente di quanto si
guadagni in altezza per il fatto che le guide sono inclinate. Quindi globalmente l'asse di rotazione
scende e il centro di massa del doppio cono con esso (la linea blu ne indica la traiettoria durante il
moto).
Come ulteriore prova a conferma di quanto appena affermato, si può misurare l'altezza dell'asse di
rotazione del doppio prima e dopo: il suo abbassamento è di poco più di 10 millimetri.
Onde stazionarie
Trova la frequenza fondamentale (a) e poi le frequenze superiori.
Che relazione c'è fra di esse?
Altoparlante fatto con un piatto di carta
Materiale : piatto di cartone , filo di rame, accendino, colla , nastro adesivo e cartoncino 7cm x
10cm , magnete .
Spiegazione
La corrente che esce dall'amplificatore o dal telefonino e percorre la bobina è una corrente modulata
continua che genera un campo magnetico variabile.
L'interazione tra il campo magnetico variabile prodotto dalla spira di rame e il magnete fisso genera
la vibrazione che si trasmette al piatto riproducendo il suono.
La sfera delle densità
La sfera galleggia in acqua a temperature inferiori a 20°C, mentre affonda in acqua calda.
Spiegazione
La spinta di Archimede è la forza che un corpo immerso in un fluido riceve dal basso verso l'alto.
Tale spinta è pari al peso del fluido spostato, dunque è direttamente proporzionale alla densità del
fluido stesso.
Se la temperatura dell'acqua aumenta, la sua densità diminuisce e quindi diminuisce la spinta di
Archimede a cui è soggetta la sfera, causandone il suo affondamento.
Termometro galileiano
Il principio di funzionamento è identico a quello
della sfera delle densità.
Il dispositivo è costituito da un cilindro di vetro
contenente un liquido la cui densità diminuisce
sensibilmente
al
crescere
della
temperatura.
All'interno del cilindro sono contenute delle
ampolline di vetro contenenti del liquido colorato.
Tali ampolline hanno densità medie differenti fra
di loro e ad esse sono appese delle targhette su cui
viene indicata la temperatura.
Spiegazione
Quando il dispositivo ha raggiunto l'equilibrio termico con l'ambiente esterno, si può leggere la
temperatura osservando il numero riportato sulla più bassa fra le ampolline rimaste a galla. Se
l'ambiente esterno si trova a temperatura molto bassa, il liquido all'interno del cilindro risulta avere
una densità maggiore di quella di qualsiasi ampollina, e quindi rimarranno tutte a galla. Al contrario
ad alte temperature andranno tutte a fondo.
A temperature intermedie cadranno sul fondo solo le ampolline con densità superiore a quella del
liquido: quella che si trova al livello più basso fra quelle galleggianti avrà densità appena inferiore a
quella del liquido e quindi ne indicherà approssimativamente la temperatura. Ci si può chiedere
perché le ampolline non cambino densità, in quanto la temperatura cambia anche per loro. La
risposta è molto semplice: il vetro di cui è costituito il loro "guscio" si dilata e si contrae in modo
del tutto trascurabile per queste variazioni di temperatura (il termometro lavora con temperature
vicine a quella ambiente). Risulta quindi che il volume delle ampolline può essere considerato
sempre costante e quindi anche la loro densità.
Il radiometro
Il radiometro offre un'occasione per discutere di come diverse teorie si siano susseguite per
spiegarne il funzionamento. Si parte dalla teoria elettromagnetica per arrivare alla teoria cinetica dei
gas.
Inizialmente si riteneva che le pale venissero mosse dalla “pressione della luce” (prevista da
Maxwell). Ci si aspettava che la spinta fosse maggiore sul lato chiaro perché maggiormente
riflettente. Le pale però girano nell'altro senso, come spinte dal lato scuro.
La successiva spiegazione coinvolgeva la teoria cinetica dei gas: il lato più scuro delle pale subisce
un riscaldamento a causa del maggiore assorbimento della radiazione. Il gas nelle vicinanze dei lati
scuri incrementa la propria velocità di agitazione termica esercitando una maggiore forza sulle pale.
Maxwell, analizzando tale teoria, sostenne che l'espansione dei gas dovuta al riscaldamento non era
sufficiente a spingere le pale.
La spiegazione attualmente accreditata fu proposta nel 1879 da Reynolds. Essa si basa sull'analisi
del comportamento di un gas rarefatto e della sua interazione con il bordo delle pale. Infatti
localmente la più alta quantità di moto delle molecole vicino il bordo più caldo non è perfettamente
compensato da una più ridotta frequenza di collisione.
La cicloide.
Proprietà della cicloide
è una curva tautocrona: un grave, lasciato cadere lungo una concavità con profilo
cicloidale, impiega sempre lo stesso tempo per raggiungere il fondo indipendentemente
dall'altezza da cui viene lanciato;
è una curva brachistocrona, una curva di minimo tempo in quanto, tra le traiettorie che
un grave può seguire per muoversi tra due punti, quella a forma cicloidale è quella
percorribile nel minor tempo.
