Unire e separare le sostanze

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Un progetto di ricerca e sviluppo presso l'Alta Scuola Pedagogica del Vallese (PHVS) e la Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Nordoccidentale (FHNW).
Un’associazione riconosciuta con scopo di utilità pubblica
Gli accordi presi con i sostenitori di explore-it prevedono che quest'ultimo abbandoni il suo status di progetto per diventare un fornitore completo
di materiale didattico. Come progetto di sviluppo e ricerca presso le Alte Scuole Pedagogiche, explore-it non aveva la possibilità di vendere
materiali e servizi; ecco dunque perché, in accordo con i partner, è stata fondata l'associazione explore-it. Scopo primario dell’associazione è la
promozione della comprensione della tecnica e delle scienze naturali da parte di bambini e ragazzi. L'associazione è assolutamente no-profit e dal
febbraio 2010 opera esentasse. I materiali utilizzati da explore-it vengono assemblati da ARWO (“Arbeiten und Wohnen für Menschen mit einer
Behinderung”, "Lavoro e abitazioni per persone con disabilità") di Wettingen (AG).
Una fondazione
Al fine di ottenere maggiori fondi dai suoi donatori e poterli utilizzare per gli scopi prefissati, nel 2012 l’associazione ha dato vita alla “fondazione
explore-it”. La missione di questa fondazione è promuovere la comprensione e la capacità innovativa dei bambini e ragazzi nei confronti della
tecnica e delle scienze naturali, nonché sostenere e finanziare le attività dell'associazione explore-it.
Contatti: explore-it, Spittel 4, 3953 Leuk-Stadt, [email protected]
Unire e separare le sostanze
... esplora
... inventa
... e oltre
Processi di separazione fisica
Alla ricerca dell’oro perduto
04
Crea il tuo impianto di selezione
Galleria: alcuni dei lavori inviati
07
08
Ricomporre le cose separandole
10
Fai sbocciare i fiori
Galleria: alcuni dei lavori inviati
16
18
Anche i gas rimangono "per strada" in modi diversi?
20
Crea il tuo gioiello fai-da-te
Galleria: alcuni dei lavori inviati
23
24
Strati sottili, grandi cambiamenti
La tua batteria a sale al lavoro
Galleria: alcuni dei lavori inviati
35
37
Praticissimo: immagazzinare l'energia e portarla con
sé
38
09
Cromatografia su carta
Dal "miracolo vagabondo" a quello floreale
19
Galvanizzazione
Crea i tuoi gioielli fai-da-te
25
Convertitore di energia
Via libera con le batterie a sale da cucina
26
Spiegazione: come funziona una batteria a sale da
32
cucina?
4
Processi di separazione fisica
Unire e separare le sostanze ... esplora
Creazione del vassoio da utilizzare come
superficie di lavoro
... esplora: separazione delle sostanze
I cercatori d'oro sfruttano le diverse caratteristiche delle sostanze: agitano i detriti del fiume
all'interno della loro bacinella fino a far strabordare fuori il leggero materiale pietroso e sabbioso,
finché sul fondo non rimangono soltanto le più pesanti pagliuzze d'oro.
Traccia 4 linee lungo i bordi, ognuna alla distanza
di 1 cm dal bordo.
Osserva attentamente il tuo miscuglio di sostanze: ti accorgerai subito che è formato da elementi
sferici, spigolosi, a scaglie, luccicanti, bianchi, trasparenti... Come è possibile separare elementi
sferici e spigolosi gli uni dagli altri? E quelli spigolosi da quelli a scaglie? Quelli magnetici da quelli
non magnetici? O ancora, quelli che reagiscono a una carica elettrostatica da quelli che invece non
ne risentono? Come separi sostanze in grado di aderire saldamente a una base da quelle che
invece scivolano via con facilità?
Incidi delicatamente con un coltello o con le
forbici le linee tracciate. fai molta attenzione a
non strappare o tagliare la carta!
Trova "l'oro perduto"
Esegui questa leggera incisione su tutte e quattro
le linee laterali.
Materiale
Sul vassoio rosso c'è un barattolo contenente un
miscuglio di varie sostanze.
I tuoi strumenti sono un piccolo magnete
rotondo, un cucchiaio di plastica, un bicchiere di
plastica, stampini di carta e un vassoio di carta,
per evitare che qualcosa vada perso.
Fai un taglio di 1 cm su un lato del foglio di carta.
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5
Ecco alcuni consigli:
Esegui un solo taglio a ognuno dei quattro
angoli.
Discuti la tua idea con altre persone
Cerca assieme agli altri le soluzioni giuste per
affrontare abilmente questa consegna.
Sfrutta le caratteristiche magnetiche
Muovi i magneti lungo i bordi del barattolo finché
non verranno attratti tutti gli elementi magnetici.
Vuota il resto sul vassoio. Passa il magnete sotto
al vassoio per assicurarti di aver effettivamente
catturato tutte le parti magnetiche.
Gira il foglio sottosopra: le linee rimangono sotto
e non si vedono più.
Ripiega i lati all'insù, lungo le linee incise.
Piega le linguette sugli angoli e incollale
saldamente ai lati con del nastro adesivo.
Sfrutta le caratteristiche elettrostatiche
Strofina il cucchiaio di plastica su un maglione,
sui pantaloni o sulla camicia. Accertati che non
ci sia niente di umido!
Sorreggi il cucchiaio sopra al miscuglio e osserva
ciò che accade.
Riponi sempre gli elementi uguali in uno stampino
a parte.
Ecco pronto il tuo vassoio. In questo modo puoi
osservare bene tutti gli elementi: quanto sono
grandi? che colore e che forma hanno?
Riesci a...
1. ... scoprire quante sostanze diverse ci sono
all'interno del tuo miscuglio?
2. ... separare completamente le singole sostanze
l'una dall'altra?
3. ...E ovviamente, isolare "l'oro" in forma pura e al
100%?
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Sfrutta i diversi tipi di attrito
Inventa e sperimenta semplici strumenti, come
questo scivolo o "pista rotolante", per separare
gli elementi tra loro.
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6
Lavora sul miscuglio
Scopri quante sostanze compongono il miscuglio,
separale l'una dall'altra e riporta a casa "l'oro"
perduto!
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7
Processi di separazione fisica
Unire e separare le sostanze ... inventa
...inventa: esplora il fantastico mondo della separazione delle sostanze
Crea un setaccio per le monete
Le monete hanno dimensioni differenti. Possiamo
suddividerle in base alla loro grandezza con uno
speciale setaccio per monete.
Materiale: il cartone ondulato sottile, ovvero
quello degli scatoloni, è molto indicato. È lo
stesso materiale usato per la scatola di
explore-it.
Idee:
Vano di raccolta: crea per ogni tipo di moneta il
suo vano di raccolta.
Come si fa a stabilire il valore delle varie monete
in maniera semplice?.
Il video ti offre alcune idee.
Rifletti: per cosa potresti usare questo
raccoglitore di monete? Per il bar della scuola,
per la raccolta fondi di una organizzazione di
beneficienza ...
L'enigma della separazione
Scegli delle sostanze di cui conosci e sai realizzare un processo di separazione.
Crea un miscuglio di queste sostanze e sottoponilo a qualcuno affiché risolva l'enigma della loro
separazione.
I link che trovi nella sezione "e oltre" sono ricchi di spunti molto interessanti.
Crea la tua speciale macchina per la separazione delle sostanze
Per quanto riguarda la separazione delle sostanze, le macchine risultano essere d'aiuto in
qualsiasi ambito della nostra vita. Hai appreso alcuni metodi per separare i miscugli: riesci a far
procedere automaticamente questi processi, costruendo così una macchina "selezionatrice"?
Ad esempio potresti costruire un setaccio meccanico mosso da un motore o uno scivolo a
vibrazione motorizzato.
I link che trovi nella sezione "e oltre" sono ricchi di spunti molto interessanti.
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8
Physikalische Trennverfahren, Procédés de séparation
physique, Processi di separazione fisica, Physical separating
process
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... invente: Galerie
... inventa: Galleria
... invent: Gallery
Geldsortiermaschine
Von Milena 12 J. und Miriam 10 J.
Mit der Maschine aus Karton kann man Münzen
nach ihrer Grösse sortieren. Dazu lässt man sie oben
auf die Bahn und sie rollen je nach Grösse in eines
der Löcher. In der Maschine drin landen die Münzen
in roten Schubladen, die man von aussen öffnen
kann. So kann man leicht auf die gewünschten
Münzen zugreifen.
Föderband
Ein Förderband aus Papier mit einem
Toilettenpapierrollen-Bierdeckelantrieb.
Der Motor links im Bild lässt das Band automatisch
drehen ...
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9
Processi di separazione fisica
Unire e separare le sostanze ... e oltre
... e oltre: diversi processi di separazione
Finora hai appreso alcuni processi di separazione. Ma quante possibilità ci sono per separare le
sostanze? Assieme a una compagna o un compagno, seleziona un processo e raccogli
informazioni su come funziona. Infine, presentate alla classe ciò che avete imparato!
https://www.youtube.com/watch?v=BFhREhIYjGA
3. Come funzionano i diversi metodi di separazione dei rifiuti? Quali passaggi vengono
eseguiti?
https://www.youtube.com/watch?v=Yb9Ynbe4G40
https://www.youtube.com/watch?v=R0yN4FIetFk
https://it.wikipedia.org/wiki/Separazione_magnetica_dei_rifiuti
Questo link ti offre una panoramica dei processi di separazione più importanti:
ftp://89-97-218-226.ip19.fastwebnet.it/web1/letiochem/biennio/biennio1_06.htm
I seguenti link offrono ulteriori informazioni riguardo alcuni processi di separazione:
Filtrazione:
http://www.chimica-online.it/download/filtrazione.htm
Cromatografia:
http://www.chimica-online.it/download/filtrazione.htm
Sedimentazione:
https://it.wikipedia.org/wiki/Sedimentazione
Centrifugazione:
https://it.wikipedia.org/wiki/Centrifuga_(tecnologie_chimiche)
Separazione magnetica:
https://it.wikipedia.org/wiki/Separatore_magnetico
... e oltre: la separazione dei rifiuti
Ogni giorno produciamo una grande quantità di rifiuti, di cui una parte viene smaltita negli
inceneritori. Un'altra parte invece viene impiegata per produrre materiale riciclato; infatti, dai rifiuti è
possibile ottenere anche materie prime di elevata qualità, soprattutto dagli apparecchi elettronici
dismessi.
Concentrati su una delle tre domande successive e procurati delle informazioni in merito, poi crea
una scheda con tutte le informazioni che hai raccolto e discutine con i tuoi compagni e compagne.
I link e i filmati presenti ti possono aiutare nella ricerca!
1. Perchè separare e riciclare i rifiuti è un'operazione così importante e piena di signficato?
http://www.educambiente.tv/icatalog/652/b-riciclo-rifiuti.html
https://www.youtube.com/watch?v=5qjeMZnDY0w
https://www.youtube.com/watch?v=q0_dLE7PI7o
Domanda aggiuntiva: perchè è così importante che tu ti prenda cura del tuo computer e quale
impatto può avere questo sulla foresta tropicale, dove ci sono molte miniere?
https://www.youtube.com/watch?v=xwLX6Hw60y4
https://www.youtube.com/watch?v=48VspvZ960M
2. Spiega come vengono smaltiti i diversi apparecchi elettronici e come, da questi, vengono
estratte importanti materie prime.
https://www.youtube.com/watch?v=8y1ZREnTyXY
https://www.youtube.com/watch?v=tZ7uxfbv-eE
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Cromatografia su carta
Unire e separare le sostanze ... esplora
...esplora: il miracolo vagabondo
Disegna con la matita una linea a 2 cm dal bordo
inferiore della carta da filtro.
Ci sono sostanze che si sciolgono facilmente in acqua. Tra queste ci sono anche i pigmenti colorati
dei pennarelli ad acqua. Stendendo un po' di questa miscela di coloranti su carta da filtro, i
pigmenti colorati vengono trasportati nell'acqua a velocità diverse, perché hanno caratteristiche
fisiche e chimiche diverse. Quanto meglio si sciolgono, quanto più lontano vengono trasportati,
mentre altri tendono a restare intrappolati nella carta. I pigmenti che non si sciolgono affatto
nell'acqua, come ad esempio i pigmenti dei pennarelli indelebili o il tratto di una matita, restano
fermi al punto di partenza.
Il processo di separazione (cromatografia) consiste sempre di una parte in movimento (fase mobile)
e di una parte di quiete (fase stazionaria). Quale sarà la parte mobile del tuo esperimento, e quale la
parte stazionaria?
Per i detective più astuti: tu e i tuoi compagni di classe siete in grado di scoprire, con l'aiuto della
cromatografia su carta, se le miscele di coloranti utilizzate dai produttori di pennarelli sono le stesse
o meno?
Scegli tre pennarelli ad acqua.
Disegna tre grandi macchie colorate sulla linea
sulla carta da filtro, una per ogni pennarello.
Fai asciugare bene i colori.
Il miracolo vagabondo
Versa al massimo 1 cm d'acqua nel bicchiere di
plastica.
Materiale:
pennarelli ad acqua di colori diversi
carta da filtro
1 bicchiere di carta
matita e righello
Infila la carta da filtro nel bicchiere di plastica.
Fai attenzione: le macchie di colore devono
rimanere al di sopra della superficie dell'acqua.
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11
Osserva che cosa accade quando l'acqua inizia
lentamente a risalire lungo la carta da filtro.
Costruisci un fiore miracoloso
Il materiale di partenza per il fiore miracoloso è
costituito da un foglio quadrato di carta da filtro.
Fai un disegno e scrivi le tue riflessioni in merito.
Aspetta fino a quando l'acqua in risalita non ha
raggiunto l'orlo del bicchiere di plastica.
Appoggia la carta da filtro su un piano e lascia
che asciughi.
Prendi un foglio quadrato di carta da filtro e
piegalo tre volte.
Esperimento
Testa in questo modo quanti più pennarelli puoi in
classe: scoprirai con stupore in quanti colori si
nascondono intere miscele colorate.
I produttori utilizzano tutti le stesse miscele di
coloranti per i loro pennarelli? Oppure no?
Guarda i numeri da 1 a 4.
... esplora: come trasformare il tuo miracolo vagabondo in un miracolo fiorito?
Con l'aiuto della cromatografia su carta, crea un "fiore miracoloso" e una farfalla che ci svolazzi
intorno alla luce del sole.
Taglia via circa 2 mm dalla punta, come nella
figura (in basso).
Ritaglia la forma desiderata per i petali, come
nella figura (in alto).
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12
Apri il foglio di carta da filtro piegato e premilo
fino a farlo tornare piatto.
Prendi il bicchiere di plastica e riempilo d'acqua a
metà.
Appoggiaci sopra il "fiore".
Assicurati che il fazzolettino arrotolato sia ben
inzuppato nell'acqua.
Con i pennarelli ad acqua, disegna sulla carta da
filtro il motivo che più ti piace e lascia asciugare
bene i colori.
Aspetta pazientemente e osserva cosa succede...
I miracoli accadono così, senza che si debba fare
nulla!
Prendi un fazzoletto di carta e aprilo, affinché
abbia la forma di un quadrato (1).
Taglia il quadrato in due parti uguali (2).
Aspetta fino a quando i primi colori non avranno
raggiunto il bordo esterno della carta da filtro.
Solleva il "fiore" e rimuovi delicatamente il
fazzolettino arrotolato dal centro.
Prendi una delle metà (3) e arrotolala sul lato più
lungo (4).
Appoggia il "fiore" su una superficie piana e
lascialo asciugare.
Disponi ordinatamente le carte da filtro utilizzate
per i tuoi esperimenti di cromatografia su carta.
Infila delicatamente il rotolo attraverso l'apertura
della carta da filtro (5).
Assicurati che il fazzoletto di carta aderisca in
ogni punto alla carta da filtro.
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13
Materiale:
1 blocco quadrato e una barra di poliuretano
espanso
1 spiedino di legno
fermagli angolari e piccoli magneti rotondi
motore elettrico con cavetti rosso e blu
generatore di tensione (pila)
ruota dentata verde
nastro biadesivo, nastro adesivo, coltello e forbici
Taglia in tre strisce sottili i fogli utilizzati
nell'esperimento e poi accorciale.
Con queste strisce, forma la parte interna del
"fiore".
Taglia la barra di poliuretano espanso a una
lunghezza di 5 cm.
Al centro del "fiore" devi lasciare spazio per la
ruota dentata verde (4 cm di diametro).
Dai libero sfogo alla tua fantasia per la forma del
tuo fiore!
Attacca una striscia di nastro biadesivo al centro
del quadrato di poliuretano espanso e rimuovi la
pellicola protettiva.
Attacca una striscia di nastro biadesivo alla pila e
rimuovi la pellicola protettiva.
Posiziona il pezzetto di barra di poliuretano
espanso lungo 5 cm sulla striscia di nastro
biadesivo al centro del blocco quadrato.
Posiziona la pila ai piedi della barra di poliuretano
espanso.
Costruisci un supporto per il fiore miracoloso
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14
Accorcia i cavetti blu e rosso del mototre elettrico
a una lunghezza di 15 cm.
Premi assieme le due metà dei fermagli angolari
con tutta la tua forza, in modo che i magneti
rimangano ben intrappolati all'interno.
Rimuovi la plastica isolante dalle estremità dei
cavetti.
Isola 2 cm di cavo con una rotella di nastro
adesivo. Appoggia il cavo sul pezzo di
poliuretano espanso e premi l'estremità dentata
della rotella sul cavo.
Importante: prima, esercitati sugli avanzi di cavo.
Taglia dallo spiedino un pezzetto di 2 cm e infilalo
lateralmente sul lato liscio della ruota dentata
verde.
Utilizzando il nastro adesivo, attacca il motore al
pezzetto di barra di poliuretano espanso.
Incolla due strisce sottili di nastro adesivo sul
motore, rispettivamente ai due lati del suo asse,
poi rimuovi le pellicole protettive.
Inserisci le estremità scoperte dei cavetti nella
piega dei fermagli angolari aperti e poi chiudili
premendo con forza.
Posiziona i due contatti magnetici del motore sul
lato della pila.
Appoggia il tuo fiore miracoloso sulle due strisce
di nastro adesivo sul motore elettrico.
Piega ancora a metà i fermagli chiusi, rivolgendoli
verso l'alto. Appoggia su ognuno di essi un
piccolo magnete.
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Assicurati che l'asse del motore elettrico possa
girare liberamente!
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15
Taglia un pezzo di cannuccia di 2 cm di
lunghezza.
Incolla sul lato della cannuccia un pezzettino
corto di nastro biadesivo.
Appoggia la ruota dentata verde con lo spiedino
sull'asse del motore elettrico. Anche qui,
assicurati che la ruota dentata possa muoversi
senza ostacoli.
Assicurati che il nastro adesivo non sporga dalle
estremità della cannuccia!
Appoggia la striscia di plastica di piatto sul tavolo
(a).
Con il nastro adesivo, incolla la farfalla in cima
alla striscia di plastica (b).
Rimuovi la pellicola protettiva dal nastro
biadesivo sulla cannuccia (b; freccia gialla).
Incolla il pezzo di cannuccia sulla striscia di
plastica (c; freccia gialla). Fai attenzione: la farfalla
e il pezzo di cannuccia sono entrambi incollati
sopra la striscia di plastica (c).
Collega i contatti magnetici del motore elettrico ai
poli della pila e verifica che la ruota dentata verde
possa muoversi senza ostacoli..
Infila il pezzo di cannuccia sul perno della ruota
dentata. Controlla che la cannuccia possa
muoversi liberamente e che la farfalla sia
"sospesa" all'altezza del fiore.
Collega il motore alla pila e fai volteggiare la tua
farfalla!
Fai volare la farfalla
Manca ancora una farfalla che svolazzi volteggiando
intorno al tuo fiore miracoloso.
Buon divertimento con la tua piccola "opera
d'arte totale"!
Ritaglia una farfalla dalla sagoma.
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16
Cromatografia su carta
Unire e separare le sostanze ... inventa
... inventa: fai sbocciare i fiori
Avvolgi la bacchetta di legno con la carta,
fissandola con una striscia di nastro adesivo.
Con questo trucchetto porterai un'allegria speciale tra i tuoi amici: una volta messo in acqua, il fiore
bianco si colorerà.
Fiori che sbocciano
Materiale:
fazzoletto di carta
spiedo
forbici
nastro adesivo
i divertenti pennarelli che hai conosciuto nella
sezione "... esplora"
Fai una macchia di colore con il pennarello al
centro del quadrato e infila la bacchetta di legno
nella macchia fino a far toccare i due pezzi di
carta.
Taglia il fazzoletto di carta lungo le pieghe,
ottenendo due quadrati e quattro rettangoli.
Con questi sei pezzi puoi costruire due fiori.
Richiudi il quadrato, in modo da formare un
bocciolo chiuso.
Fissa uno dei rettangoli piccoli sull'estremità non
appuntita della bacchetta con una striscia di
nastro adesivo.
Colora con il pennarello verde un po' del
rettangolo grande.
Appoggia la bacchetta con il bocciolo sulla carta.
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17
Fissa il rettangolo lungo al bocciolo con il nastro
adesivo, facendo in modo che i due pezzi di carta
si tocchino e che, avvolgendo il rettangolo di
carta intorno alla bacchetta, il colore del bocciolo
venga nascosto.
... inventa:
Ci sono anche colori che non si fanno trasportare dall'acqua, come ad esempio quelli dei pennarelli
indelebili. Combinando colori solubili (ossia che si sciolgono in acqua) e indelebili puoi mettere su
carta messaggi segreti.
Messaggi segreti
Scrivi un messaggio segreto con il pennarello
indelebile su un foglio di carta ben assorbente.
Copri la scritta con un pennarello dai colori
solubili.
Quando la carta si bagna, improvvisamente
compare il messaggio segreto.
Cerca tu stesso la carta più adatta.
Avvolgi strettamente la carta intorno alla
bacchetta di legno e fissala con una striscia lunga
di nastro adesivo.
Assicurati che l'acqua riesca ancora a penetrare
nel gambo del fiore e che il colore del bocciolo
non sia più visibile.
Ora ti servono soltanto un po' d'acqua e la tua
inventiva, perché magari l'esperimento non
riuscirà subito al primo tentativo.
Nell'immagine vedi gambi verdi e una foglia
verde. Sapresti come realizzarli?
Se il tuo fiore è asciutto, puoi separare i diversi
veli (strati) del fazzoletto di carta gli uni dagli altri.
In questo modo il fiore ha un aspetto più corposo,
come nella foto sotto.
Il tuo miracolo della fioritura
Cerca di costruire il tuo fiore e di farlo "sbocciare".
Prova con fiori di diverse forme.
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... inventa: irrigazione delle piante
Il fatto che l'acqua sia in grado di spostarsi può essere anche molto pratico, soprattutto quando si
è in vacanza.
Inventa un sistema di irrigazione delle piante
Se vuoi testare quali sono i materiali più adatti per
costruire queste condutture per l'acqua, puoi
farlo con dei semi di crescione, una pianta in
grado di crescere con facilità sui dischetti di
cotone.
Inviaci le tue foto e video dei tuoi fiori, messaggi segreti e sistemi di irrigazione delle piante. Non
vediamo l'ora di conoscere le tue idee e i tuoi tentativi. Clicca qui per caricare il materiale.
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18
Papierchromatografie, Chromatographie sur papier,
Cromatografia su carta, Paper chromatography
... erfinde: Galerie
... invente: Galerie
... inventa: Galleria
... invent: Gallery
Edelweiss
Dieser Junge zeigt seine Blüte vor und nach der
Chromatografie- wunderschön!
Strauss aus Igis
Die Kinder von Patra Seifert haben eine eigene
Methode entwickelt. In der Mitte der Blüte ist ein
eingerolltes Papier befestigt. Das Wasser steigt hoch
und bringt die Blüte zum Blühen.
Geburtstagsüberraschungsstrauss
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19
Cromatografia su carta
Unire e separare le sostanze ... e oltre
... e oltre: Cromatografia su carta e gascromatografia
Nella sequenza "... esplora" hai fatto la conoscenza della cromatografia su carta. Nei laboratori di
ricerca questo stesso principio viene utilizzato per analizzare i gas.
Che cosa sei in grado di scoprire sulla gascromatografia? Riesci a immaginare in che cosa
consiste la differenza tra questa e la cromatografia su carta? Cerca di mettere per iscritto le tue
riflessioni sotto forma di semplici schemi.
I link seguenti possono aiutarti nella ricerca:
https://it.wikipedia.org/wiki/Gascromatografia
http://www.chimicare.org/blog/metodi-e-approcci/che-cose-la-cromatografia/
http://www.pa.ingv.it/laboratori/gascroma/gascroma.html
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20
Galvanizzazione
Unire e separare le sostanze ... esplora
... esplora: crea i tuoi gioielli fai-da-te
Ritaglia le componenti degli occhiali e uniscile
con il nastro adesivo.
La storia della galvanizzazione inizia con il medico italiano Luigi Galvani, che il 6 novembre 1780
scoprì per primo questo fenomeno. Con il termine "galvanizzazione" si indicano tutti queli
procedimenti tramite i quali, per mezzo di un liquido conduttore (elettrolita), è possibile separare i
metalli per via elettrochimica e trasferirli su altri oggetti metallici. Il liquido conduttore è una
soluzione acquosa del metallo che andrà a ricoprire l'oggetto. Nel nostro esperimento scioglieremo
in acqua del solfato di rame al fine di placcare in rame una piastra metallica.
Per fare questo immergiamo il polo positivo (anodo) e il polo negativo (catodo) all'interno della
soluzione di rame e li colleghiamo a un generatore di tensione in corrente continua (ad es. una
batteria). Sotto effetto della corrente elettrica vengono rilsciate all'interno della soluzione delle
particelle positive di rame (ioni di rame), le quali si spostano verso la piastra metallica collegata al
polo negativo. Una volta arrivate, si accumulano sulla piastra fino a ricoprirla di un sottile strato di
rame.
Adatta la lunghezza delle stanghette, tagliando
lungo le linee tratteggiate, in modo tale che gli
occhiali ti stiano bene sul naso.
Consiglio: smaltisci la soluzione di solfato rame nelle apposite aree comunali per lo smaltimento dei
rifiuti chimici.
Un rivestimento misterioso
Costruisci una vaschetta da laboratorio
utilizzando parte della scatola di cartone. Usa il
sacco di plastica per gettare i materiali di scarto.
Con l'aiuto della corrente elettrica e di sostanze
chimiche, ricopri un pezzo di metallo con un
misterioso rivestimento dorato.
Applica la pellicola sul fondo della scatola di
cartone e appiattiscila con le mani.
Materiale:
barattolino con solfato di rame e acido citrico
3 batterie da 1.5V
un magnete rotondo e una graffetta
una piastra metallica rotonda (ottone)
cavetti dotati di morsetti
barra di poliuretano espanso
kit di montaggio per occhiali, guanti di lattice
un pezzo di scatola di cartone, pellicola, foglio
bianco di carta
nastro adesivo, forbici, sacco di plastica
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Copri il fondo della scatola di cartone con il foglio
bianco.
Tieni pronti gli occhiali protettivi e i guanti.
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21
Costruzione del generatore di tensione da 4,5 volt
Prepara la soluzione
Indossa gli occhiali protettivi e i guanti.
Apri il barattolino con il solfato di rame e l'acido
citrico all'interno della vaschetta da laboratorio.
Abbiamo bisogno di un generatore di tensione da
4,5 volt per poter galvanizzare il rame. Tuttavia,
disponiamo solamente di tre pile da 1,5 volt
ciascuna. Che cosa facciamo? Chi ha la
soluzione?
Ritaglia un pezzo di poliuretano lungo 14 cm.
Collega le pile tra loro usando due magneti
rotondi e attacca altri due magneti rotondi sui poli
rimasti liberi (frecce verdi).
Attenzione: il polo positivo (+) di una pila deve
sempre essere collegato al polo negativo (-) della
pila successiva (circuito in serie).
Riempi il barattolino per due terzi (freccia gialla)
d'acqua.
Richiudi il barattolino e scuoti bene, fino a che la
polvere non sia completamente disciolta.
Assicura le pile alla barra di poliuretano usando il
nastro adesivo.
Preparazione del processo di galvanizzazione
Collega il polo positivo (+) della sorgente di
tensione al barattolino avvalendoti della graffetta.
Piega verso l'esterno il lato aperto della graffetta
e allungalo bene verso il basso (freccia verde).
Fissa la graffetta come mostrato nella figura. La
parte estesa verso il basso è immersa nella
soluzione!
La soluzione di solfato di rame adesso appare di
colore bluastro ed è abbastanza torbida.
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Assicurati che il morsetto sia ben ancorato alla
graffetta!
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22
Assicurati che il morsetto posto sull'altro capo del
cavetto faccia ben contatto con il magnete tondo
posto sul polo positivo (+).
Di tanto in tanto controlla i cambiamenti di colore
della placca metallica.
Estrai la placca dopo circa un minuto, sciacquala
bene con acqua corrente e asciugala.
la galvanizzazione
Collega la piastra metallica al polo negativo (-) del
generatore di tensione.
Immergi completamente la piastra metallica nella
soluzione blu di solfato di rame.
Non appena la piastra è completamente immersa,
si creano delle piccole bollicine tutt'attorno alla
parte sommersa della graffetta?... ?!
Attenzione !
La piastra non deve toccare la graffetta.
La piastra deve essere continuamente mossa
all'interno della soluzione e utilizzata per
mescolare la soluzione stessa.
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Galvanizzazione
Unire e separare le sostanze ... inventa
...esplora: crea il tuo gioiello fai da te
Ritaglia e crea le tue decorazioni con il taglierino.
A seconda di come procedi puoi ottenere delle creazioni in ottone con disegni in rame oppure delle
creazioni in rame con disegni in ottone. Crea le tue decorazioni personalizzate! Se per caso la tua
creazione non ti piace, puoi ripulire le piastre metalliche con la carta vetrata e provare a creare
qualcosa di nuovo!
Gioielli - incollare le decorazioni
Esistono diversi collanti con i quali è possibile
creare delle decorazioni interessanti.
Da provare
Per ottenere una galvanizzazione omogenea
puoi ripulire la piastra metallica con sapone o
detersivo, risciacquarla a fondo e toccarla solo
sui bordi.
I dischi diventano splendenti se trattati con
prodotti per lucidare l'argento o i metalli colorati.
Che cosa sarà mai quella sostanza nera che
asporti con la pulizia?
Modifica le parti collanti e prova a sconvolgere
l'ordine delle decorazioni.
Se non ti piace, utilizza la carta vetrata per pulire
la placca metallica e provare così qualcosa di
nuovo!
Laccatura: con una vernice, ad esempio lo
smalto per le unghie, puoi presevare lo splendore
più a lungo.
Rivestimento: scopri altri materiali con cui
ricoprire l'ottone in fase di galvanizzazione: ad
esempio un pennarello indelebile, della colla...
Ritagliare le decorazioni
Applica del nastro adesivo da decoratore su
entrambe le facce del disco d'ottone.
Ritaglia il nastro adesivo in prossimità del foro,
così da poter far bene presa con il morsetto a
coccodrillo durante il processo di
galvanizzazione.
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24
Galvanisieren, Galvaniser, Galvanizzazione, Electroplate
... erfinde: Galerie
... invente: Galerie
... inventa: Galleria
... invent: Gallery
Messing oder Kupfer
Wie ist das nur möglich?
Creeperface
Im Kupfersulfatbad bekommt die Figur, welche Marc
(12) aus dem Onlinespiel "Minecraft" entlehnt hat, die
richtige Patina.
Die Grenze oder der Fluss
Mit der Schere wurde ein Stück Malerklebeband
zerschnittenund die Teile mit einem Abstand
aufgeklebt.
Arbeiten einer 4.-6. Klasse
"Auf diesem Bild sind alle Kunstwerke zu sehen, die
als Vertiefung zum Thema Galvanisieren entstanden
sind. Die Schülerinnen und Schüler haben aus
biegsamem Blech verschiedene Formen
ausgeschnitten und mit Malerklebband Muster und
Buchstaben abgedeckt. Durch Galvanisieren
entstanden Ringe, Anhänger und verschiedene
dekorative Stücke" schreibt Ursulina Lutz.
Ein Baum zum Lacktrocknen
Die Holzspiesschen passen genau in die Löcher
Metallscheiben. So können sie gut getrocknet
werden.
Es geht sogar in 3D
Yannick (12) hat aus Blech mit einer Zange eine
Spirale gedreht. Mit Malerklebeband hat er ein
Muster abgedeckt und danach die Spirale in die
Kupfersulfatlösung getaucht. Die galvanisierten
Stellen wurden dunkel und die abgedeckten Stellen
leuchten weiterhin hell.
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25
Galvanizzazione
Unire e separare le sostanze ... e oltre
... e oltre: applicazioni della galvanizzazione
Hai imparato a utilizzare la galvanizzazione per la creazione dei gioielli. Nell'industria, questo
processo viene usato per molti altri scopi, come puoi vedere dai testi e dai filmati nei link qui di
seguito.
Compito: disegna uno schema o una mappa concettuale per spiegare gli scopi d'uso della
galvanizzazione.
https://www.youtube.com/watch?v=doOf-ymcKu8
http://www.youtube.com/watch?v=4MxuASt3k6Y
http://it.wikihow.com/Prevenire-la-Corrosione-dei-Metalli
... e oltre: Luigi Galvani e Alessandro Volta
Che cosa c'entrano le monete dorate con le cosce di rana tremolanti? informati sulla scoperta della
galvanizzazione avvalendoti dei seguenti link. Che esperimenti e tentativi hanno svolto Luigi
Galvani e Alessandro Volta e cosa hanno scoperto?
Compito: prepara una piccola "biografia dell'inventore" per ognuno dei due scienziati.
http://scienzaemusica.blogspot.it/2012/10/la-fisica-e-le-rane-luigi-galvani.html
https://www.youtube.com/watch?v=bDRk75HC-Li
http://www.lundici.it/2013/02/rane-danzanti-pile-pavesi-e-il-bolognese-victor-frankenstein/
Domanda: sei in grado di spiegare la correlazione tra gli esperimenti con le cosce di rana e la
galvanizzazione sulla base del tuo esperimento di explore-it?
https://www.youtube.com/watch?v=8NmInE3egkc
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Convertitore di energia
Unire e separare le sostanze ... esplora
Creazione dei componenti
Riempi il bicchiere di plastica con il sale (NaCl)
fino all'altezza indicata (1 cm).
... esplora: qual è il rendimento del tuo accumulatore a sale da cucina?
L'accumulatore è un "magazzino" ricaricabile per l'energia elettrica. Quando si rifornisce
l'accumulatore di corrente elettrica, le sostanze al suo interno subiscono variazioni dal punto di
vista chimico. In questo modo l'energia elettrica si trasforma in energia chimica. Questo processo
può essere invertito: l'energia chimica viene ritrasformata in corrente e può azionare qualcosa. Per
questo motivo ogni accumulatore è contemporaneamente anche un convertitore di energia.
Puoi osservare ad occhio nudo il processo di carica dell'accumulatore e "fiutarlo" con il tuo naso.
Quando la carica è completa, è possibile far illuminare un LED a lungo. Ma questa energia basta
anche per azionare un veicolo elettrico? Siamo davvero felici di essere riusciti a scoprire e
sviluppare questo innovativo e semplicissimo accumulatore. Buon divertimento con i tuoi
esperimenti!
Aggiungi al bicchiere un po' d'acqua, fino a circa
1 cm sotto l'orlo del bicchiere (a).
Mescola bene con un cucchiaio e aspetta fino a
quando il sale non si sarà sciolto bene nell'acqua
(b).
Costruisci il tuo accumulatore explore-it
Fissa una graffetta da ufficio alla barra di grafite
con l'elastico.
Importante: assicurati che la graffetta sia bene a
contatto con la barra di grafite e che sporga dalla
stessa per circa la metà.
Materiale:
barra di grafite (1)
tubo di alluminio(2)
contenitore di plastica con tappo a vite con buco
(3)
contenitore con sale (NaCl = cloruro di sodio) (4)
bicchiere di plastica (5)
panno per pavimenti in tessuto non tessuto
(giallo, verde o blu) (6)
graffette da ufficio (7)
elastico (8)
nastro adesivo, forbici, coltello
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Posiziona una graffetta da ufficio sul tubo di
alluminio.
Fissala con un pezzo di nastro adesivo.
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27
Assemblaggio dei componenti
Posiziona la barra di grafite con il panno e il tubo
di alluminio l'uno verso l'altro (come
nell'immagine, rivolti verso sinistra).
Ora i componenti sono pronti.
Nelle prossime fasi li assembleremo per creare
l'accumulatore ricaricabile.
Inumidisci il panno di tessuto non tessuto con
l'acqua salata.
Spingi delicatamente la barra di grafite con il
panno nel tubo di alluminio.
Importante: assicurati che il panno si inzuppi
completamente di acqua salata.
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Il panno aderisce in ogni punto al tubo di
alluminio.
Togli il panno dal bicchiere di plastica e stendilo
su una superficie orizzontale.
Spingi la barra di grafite con il panno bene a
fondo nel tubo di alluminio, fino a farla sporgere
di mezzo cm dall'altra estremità del tubo stesso.
Avvolgi strettamente il panno intorno alla barra di
grafite (senza strizzarlo troppo forte, altrimenti
l'acqua salata uscirebbe del tutto).
Versa un po' di acqua salata nel contenitore di
plastica, fino a che il livello dell'acqua non
raggiungerà circa 1 cm di altezza.
Il panno è avvolto strettamente all'estremità
inferiore della barra di grafite.
Chiudi il contenitore con il tappo a vite con buco.
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28
Collega il cavetto sul tubo di alluminio (-) al polo
negativo (-) della batteria.
Quando, dopo qualche tempo, iniziano a crearsi
delle bollicine nell'acqua salata, saprai che
l'accumulatore è in carica.
Inserisci il tubo di alluminio (con barra di alluminio
e panno) nel contenitore di plastica, facendolo
passare attraverso l'apertura del tappo a vite.
Attenzione:
La batteria può essere caricata per 15 secondi
al massimo!
Durante questo processo è necessario areare
bene la stanza.
Facendo molta attenzione, aggiungi acqua salata
fino a far salire il livello dell'acqua nel contenitore
a 2-3 cm.
Può darsi che tu senta un po' di odore di cloro,
un odore che forse conosci già dalla piscina.
Unisci le pile con due magneti rotondi e applica
altri due magneti rotondi sui poli liberi (frecce
verdi).
Il polo positivo (+) di una batteria tocca sempre il
polo negativo (-) della batteria vicina
(collegamento in serie).
Fissa le batterie alla barra di poliuretano espanso
con il nastro adesivo.
Metti in contatto il tuo accumulatore e la luce
LED e osserva che cosa succede.
Ricorda: le luci LED lasciano passare la corrente
in una sola direzione. Perciò, se non si illumina,
inverti i contatti del LED.
Processo di carica
Collega il cavetto sulla barra di grafite (+) al polo
positivo (+) della batteria.
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Quanto a lungo si illumina la tua lampadina
LED??
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29
... esplora: metti alla prova la tua batteria con un veicolo elettrico
Scopri se un convertitore di energia azionato esclusivamente ad acqua salata è abbastanza
potente da azionare un veicolo elettrico ultraleggero.
Fora il dischetto al centro.
Costruisci il tuo veicolo elettrico ultraleggero
Scopri se convertitore di energia azionato
esclusivamente ad acqua salata è abbastanza
potente da azionare un veicolo elettrico ultraleggero!
Allarga il buco, ad es. con una matita appena
temperata.
Materiale:
motore elettrico con un cavetto nero e uno rosso
e una ruota motrice dentata
magneti rotondi
4 ruote dentate
vite e fermagli angolari
1 blocco piccolo di poliuretano espanso
dischetto di cartone
spiedini di legno e cannucce
nastro biadesivo
nastro adesivo, forbici e coltello
Posiziona il piccolo blocco di poliuretano
espanso esattamente al centro (frecce gialle), ben
aderente al lato tagliato del dischetto.
Taglia il dischetto di cartone 2 cm al di sopra la
linea che segna il diametro.
Assicurati che il dischetto e il blocco di
poliuretano espanso restino stabili nella loro
posizione e gira il tutto.
Fai lo stesso foro anche nel blocco di poliuretano
espanso.
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30
Gira la vite fino a toccare il blocco di poliuretano
espanso. Aiutati con una rondella.
Prendi due spiedini e infila ognuna delle estremità
senza punta in una ruota dentata.
Poi infila gli spiedini nelle due cannucce.
Attacca tre strisce di nastro biadesivo lungo il
bordo tagliato del dischetto.
Attacca due strisce di nastro biadesivo lungo il
bordo posteriore del blocco di poliuretano
espanso.
Spingi la seconda ruota dentata sullo spiedino,
dalla punta fino alla cannuccia.
Assicurati che tra la ruota dentata e la cannuccia
rimanga uno spazio di circa 1mm (freccia gialla).
Taglia una cannuccia a una lunghezza di 11 cm.
Taglia un'altra cannuccia a una lunghezza di 8
cm.
Taglia via le parti rimanenti dello spiedino.
Rimuovi la pellicola protettiva del nastro
biadesivo.
Attacca la cannuccia lunga 11 cm dietro al lato
tagliato del dischetto.
Attacca la cannuccia lunga 8 cm dietro al bordo
del blocco di poliuretano espanso.
Attacca un pezzo di nastro biadesivo sul lato del
blocco di poliuretano espanso, all'altezza
dell'asse posteriore delle ruote.
Attenzione: ai lati, le porzioni di cannuccia che
sporgono dal dischetto o dal blocco devono
misurare la stessa lunghezza.
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31
Piega ancora a metà i fermagli chiusi, rivolgendoli
verso l'alto, e posiziona un magnete rotondo al
centro di ognuno di essi.
Rimuovi la pellicola protettiva e attacca un
fermaglio angolare al nastro biadesivo.
Hai appena costruito il tuo veicolo sterzante!
Premi l'una contro l'altra le due metà dei fermagli
angolari con tutta la tua forza, in modo che i
magneti rimangano ben intrappolati al loro
interno.
Le uniche cose che ancora mancano sono il
motore elettrico e l'accumulatore per la forza
motrice.
Accorcia i due cavetti a una lunghezza di 17 cm.
Posiziona due magneti rotondi sulla parete
posteriore del motore elettrico.
Rimuovi la plastica isolante dalle estremità dei
cavetti
Fissa il motore elettrico con i magneti al fermaglio
angolare attaccato al di sopra dell'asse
posteriore delle ruote.
Posiziona le estremità scoperte dei cavetti nella
piega dei fermagli angolari aperti (freccia gialla) e
poi premi bene le due metà l'una contro l'altra.
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Attenzione: assicurati che il motore elettrico si
appoggi parzialmente all'asse posteriore delle
ruote.
Assicurati anche che la piccola ruota motrice
dentata del motore elettrico si incastri
completamente nei "denti" della ruota posteriore.
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32
Carica il tuo accumulatore per 15 secondi e
posizionalo sul veicolo. Collega i poli
dell'accumulatore al motore elettrico e osserva
che cosa succede!
L'energia immagazzinata basta a far muovere il
tuo veicolo elettrico?
Esperimenti
L'automobilina corre più a lungo su un percorso
in linea retta o quando percorre una curva?
Osserva se alla prima carica l'accumulatore fa
muovere la macchinina tanto a lungo quanto alla
terza o alla sesta carica!
Qual è il rapporto tra la durata della carica e il
tempo di viaggio dell'automobilina?
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33
A titolo illustrativo: circuito elettrico con conduzione
ionica ed elettronica in collegamento in serie,
composto da una batteria (generatore di tensione),
conduttore di ioni (conduttore elettrolitico; soluzione
salina in un contenitore) e lampadina (fatta
illuminare dal flusso di corrente).
La direzione della corrente elettrica («direzione
tecnica della corrente elettrica») è rappresentata
dalle frecce rosse.
Le frecce verdi indicano la direzione interna del
flusso dei portatori di carica negativa. Nel filo di
metallo questi portatori sono gli elettroni, mentre
nella soluzione salina sono gli ioni.
Accumulatore ad acqua salata: spiegazioni
... esplora: scopri con questa animazione come funziona il tuo accumulatore ad acqua
salata!
Accumulatore,ad,acqua,salata
Di seguito ci concentreremo sulla direzione interna del flusso degli elettroni (frecce verdi).
L'accumulatore,ad,acqua,salata,è,pronto,per,l'uso.
Per,scoprire,che,cosa,succede,durante,il,caricamento,della,batteria,
lo,ingrandiamo,e,lo,rappresentiamo,in,sezione.
Spiegazioni: che cosa succede nell’accumulatore a sale da cucina?
Che cos’è la corrente elettrica?
La corrente elettrica è lo spostamento mirato di una carica elettrica.
I portatori di carica (particelle cariche di energia), ad esempio in un metallo o nel vuoto, sono gli
elettroni.
Tuttavia anche gli ioni possono essere portatori di carica, ad esempio in un conduttore elettrolitico
(ossia che rende possibile l’elettrolisi, un processo per cui una sostanza sciolta in un liquido si
dissocia in ioni) come l’acqua salata.
La corrente è causa di vari effetti, tra cui quelli termici, magnetici e anche chimici, nonché di
fenomeni luminosi nei gas.
Come scorre la corrente?
In fisica e in tecnica si definisce «direzione della corrente» la direzione in cui la corrente elettrica si
sposta dal polo positivo a quello negativo (frecce rosse).
All’interno delle sorgenti di corrente o dei generatori di tensione, invece, il flusso di elettroni
(corrente elettronica) si muove dal polo negativo a quello positivo (frecce verdi).
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Quando e perché scorre la corrente?
Su ogni batteria (generatore di tensione) c’è un punto in cui si viene a creare una mancanza di
elettroni: il polo positivo (+). Sul polo negativo (-) invece c’è un eccesso di elettroni. Per questo
motivo gli elettroni sul polo negativo sono molto «liberi» e cercano di stabilizzare (neutralizzare)
questa differenza di carica (tensione) il prima possibile, migrando verso il polo positivo (+). Nella
batteria (generatore di tensione) gli elettroni non possono migrare verso il polo positivo, perché la
distanza tra polo negativo e polo positivo è troppo grande e l’aria oppone troppa resistenza. Non
appena però colleghiamo i due poli a un conduttore, si verifica una stabilizzazione immediata (ad
es. in un cortocircuito) e in breve tempo la tensione si riduce: la batteria è «scarica». Ora entrambi i
poli hanno la stessa carica, sono in rapporto di neutralità tra di loro, non c’è più alcuna tensione... e
anche la corrente non scorre più...
Il principio per cui la corrente scorre si basa dunque sulla caratteristica degli elettroni, che aspirano
sempre a uno stato neutro ed equilibrato. L’intensità della corrente si misura in base al numero di
particelle che si muovono contemporaneamente attraverso un conduttore.
Perché la corrente fa illuminare una lampadina?
Ma come può il movimento degli elettroni far illuminare una lampadina? In un circuito elettrico
l’energia elettrica viene trasportata dalla batteria (generatore di tensione) al «consumatore», in
questo caso la lampadina, e trasformata in luce. Il sottile filo metallico nella lampadina rappresenta
un ostacolo (resistenza) sul percorso degli elettroni, che si accumulano all’«ingresso» del filo, ma
che alla fine devono passare. Facendo questo, sfregano gli uni contro gli altri e una parte della loro
energia elettrica si trasforma in calore. Il filo della lampadina cede una parte di questa energia
anche sotto forma di incandescenza e di luce.
Per l’energia elettrica vale, come per tutti gli altri tipi di energia, il «principio di conservazione
dell’energia». Nel nostro caso questo significa che gli apparecchi alimentati a corrente,
«consumano» sì la «forma elettrica» dell’energia, ma non l’energia stessa. L’energia non viene
consumata, bensì semplicemente trasformata in altre forme di energia, come ad es. in luce, calore
o energia cinetica...
Perché la corrente fa girare un motore elettrico?
Quando la corrente elettrica scorre, intorno al conduttore si crea una specie di involucro: un campo
magnetico. Questo campo magnetico è la base per l’elettromagnete, che insieme al ruttore
costituisce il cuore di qualsiasi motore elettrico. Nella sequenza didattica «Dal magnete
permanente al motore elettrico», il rapporto tra questo campo magnetico e il funzionamento di un
motore elettrico viene reso comprensibile passo dopo passo, attraverso la costruzione di tre
oggetti. Come quarto oggetto, ogni bambino costruisce anche il suo proprio motore elettrico!
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34
Che cosa ci insegna questo per l’accumulatore a sale da cucina di explore-it?
L’accumulatore a sale da cucina funziona come un generatore di tensione (batteria) ricaricabile. In
sostanza è costituito da tre parti: una barra di grafite, un tubo di alluminio e l’acqua salata come
conduttore elettrolitico. Il panno di tessuto non tessuto impedisce il contatto diretto tra la barra di
grafite e il tubo di alluminio, senza però ostacolare la libera circolazione degli ioni nell’acqua salata
tra la barra di grafite e il tubo di alluminio. In questo modo, per effetto della corrente, nel
contenitore di plastica si verificano anche reazioni chimiche.
Collegando il generatore di tensione (batteria) al
tubo di alluminio e alla barra di grafite, viene chiuso
un circuito elettrico. Il flusso di corrente innesca
processi chimici nel corso dei quali viene a crearsi
un eccesso di elettroni sul tubo di alluminio. In
questo modo si accumula una tensione tra il tubo di
alluminio (che si trasforma nel polo negativo) e la
barra di grafite (che diventa il polo positivo).
A proposito: il convertitore di energia funziona
perfettamente anche in vacanza, con l’acqua
marina!
A proposito della costruzione di batterie e del funzionamento di una batteria, vi raccomandiamo la
trasmissione «die Sendung mit der Maus- Batterie (Sachgeschichten 2006)», disponibile ad es. al
link http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/sachgeschichten/batterie_1_2.php5
Sappiamo che sono in corso reazioni chimiche
grazie alla formazione di bollicine a contatto con il
tubo di alluminio, all’odore dei gas e alla leggera
perdita di colore sul tubo e nell’acqua salata.
La tensione elettrica tra il tubo di alluminio e la barra
di grafite aumenta sempre più man mano che
cresce il numero di elettroni in eccesso sul tubo di
alluminio (polo negativo) o, rispettivamente, man
mano che aumenta la mancanza di elettroni sulla
barra di grafite (polo positivo).
Il panno impedisce che la diversa distribuzione degli
elettroni (tensione) venga immediatamente
neutralizzata attraverso il contatto diretto tra
l’alluminio e la grafite.
Dopo essere stato caricato, il nostro accumulatore a
sale da cucina si comporta come una «batteria». E
nel circuito elettrico raffigurato sopra l’energia
elettrica viene trasportata dal generatore di tensione
(l’accumulatore a sale da cucina) al «consumatore»,
il diodo luminoso (LED), e trasformata in luce. Il LED
(Light Emitting Diode) ci rivela però, al contrario del
motore elettrico, in quale direzione si muovono gli
elettroni. Infatti il diodo luminoso, come dice il
nome, è un diodo, e i diodi lasciano passare la
corrente solo in una direzione: dall’anodo (+;
terminale più lungo) al catodo (-).
La particolarità della nostra «batteria» a sale da cucina, però, è che può essere ricaricata più volte e
velocemente, motivo per cui si parla di un accumulatore: qualcosa che può accumulare gli elettroni
fino a quando non li si richiama...
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35
Convertitore di energia
Caricare l'accumulatore con la forza muscolare
Sei in grado di caricare il tuo accumulatore con la
forza dei tuoi muscoli e azionare così un LED o un
veicolo?
Per caricare l'accumulatore ti conviene usare il
motore da 3 volt con i cavetti blu e rosso del
"fiore miracoloso".
Sfregalo velocemente contro il bordo del tavolo
o su una barra di poliuretano espanso. Quanto
devi lavorare prima che l'accumulatore sia in
grado di azionare qualcosa?
Unire e separare le sostanze ... inventa
... inventa: in quali altri modi puoi utilizzare l'energia immagazzinata nell'accumulatore?
Metti in moto altri oggetti
Vai alla ricerca di tutti i possibili utilizzi della
corrente del tuo accumulatore.
Anche uno sgabello girevole può servire da
ruota motrice per il tuo generatore. Con un
pezzettino di tubo di gomma morbida infilato
sulla ruota dentata funziona alla perfezione.
Carica il tuo accumulatore per circa un minuto.
Osserva che cosa succede quando smetti di
girare lo sgabello.
Prova anche altri motori: la bicicletta, la
centrifuga per insalata...
L'accumulatore può azionare diversi oggetti: un
montacarichi, una barchetta, ecc.
Proponi le tue idee!
Immagazzinare l'energia del sole
nell'accumulatore
Dai un'occhiata ai dati sulla tua cella solare:
quanti volt rilascia? Comparali con il numero di
volt dei tuoi altri caricabatterie, ossia il
generatore e le batterie.
Il tempo di carica dipende da quanto forte
batte il sole.
... inventa: carica il tuo convertitore di energia senza batterie
Anziché utilizzare le batterie, puoi produrre corrente tu stesso: i motori elettrici possono infatti
fungere anche da generatori, se il loro asse viene messo in moto il più velocemente possibile.
La corrente elettrica può essere prodotta anche con la luce del sole: procurati delle celle solari e fai
una prova in una giornata di sole: riesci a caricare il tuo accumulatore?
Conosci altre alternative per produrre corrente elettrica?
... inventa: collegare più celle
Ti sei mai chiesto perché in certi apparecchi occorre inserire più batterie?
Lo stesso può essere fatto anche con gli accumulatori: possono essere utilizzati sotto forma di
circuito in serie, detto anche collegamento in serie, per aumentare la tensione elettrica (volt) oppure
sotto forma di collegamento in parallelo, per aumentarne la capacità (durata di erogazione della
corrente).
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36
Testa gli accumulatori in un collegamento in
parallelo
Posiziona due accumulatori carichi sul tuo
veicolo.
Collega i due poli positivi (anodi) alle graffette in
alto, sulle barre di grafite.
Collega i due poli negativi (catodi) alle graffette
sui tubi di alluminio.
Collega il motore a uno degli accumulatori e
osserva...
Testa gli accumulatori in un collegamento in
serie
Posiziona due accumulatori carichi sul tuo
veicolo.
Collega il polo positivo (anodo) in cima alla
barra di grafite di uno degli accumulatori al
polo negativo (catodo) sul tubo di alluminio
dell'altro accumulatore.
Collega il motore ai due accumulatori e
osserva...
Come utilizzi il power pack?
Puoi collegare l'uno all'altro anche quattro
accumulatori.
Che cosa si adatta meglio alle tue idee: il
collegamento in serie o quello in parallelo?
Inviaci tue foto e video su come azioni oggetti con l'accumulatore, come lo carichi, come metti in
moto motori con collegamenti in serie o in parallelo, nonché altre tue invenzioni.
Non vediamo l'ora di conoscere le tue idee e i tuoi tentativi. Clicca qui per caricare il tuo materiale.
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Energiewandler, Convertisseurs d'énergie, Convertitore di
energia, Energy converter
... erfinde: Galerie
... invente: Galerie
... inventa: Galleria
... invent: Gallery
Im Kreis herum
Eine Schnur am Boden und am Fahrzeug befestigen:
Das Fahrzeug mit Scheinwerfer fährt schön im Kreis
herum.
Schnelles Aufladen
Mit 3 Kurbelgeneratoren gleichzeitig war der Akku
schnell aufgeladen.
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Convertitore di energia
Unire e separare le sostanze ... e oltre
... e oltre: immagazzinare energia
Con l'accumulatore che hai costruito puoi immagazzinare energia in modo da averla sempre a
disposizione.
Le centrali elettriche producono la stessa quantità di energia 24 ore su 24. Di notte, quando la
maggior parte delle persone dorme, questa serve molto meno rispetto a quanto accade durante il
giorno. Per questo motivo esistono diverse possibilità di immagazzinare la corrente inutilizzata. Poi,
quando ce n'è un maggior bisogno, questa energia immagazzinata può essere recuperata.
Informati con l'aiuto dei link seguenti a proposito di queste possibilità e prepara una breve
presentazione per i tuoi compagni di classe.
https://it.wikipedia.org/wiki/Immagazzinamento_dell'energia
http://www.nextville.it/Sistemi_di_accumulo/2147/Accumulo_elettrico
... e oltre: bolide a limone
Con il tuo accumulatore hai messo in moto un piccolo veicolo a motore. Un tentativo simile è stato
fatto con un limone. Dai un'occhiata ai link riportati qui sotto!
http://www.shambala.it/AmicaEnergia/LemonBattery/Batteria_al_limone.htm
https://www.youtube.com/watch?v=gC5mVK324s4 (fino al minuto 2:55)
http://www.tutto-scienze.org/2011/07/costruiamo-una-pila-elettrica-al-limone.html
Come si fa a utilizzare il limone come batteria? Rifletti su come viene prodotta l'energia e annota le
tue riflessioni sotto forma di schizzo. Compara la batteria a limone con il tuo accumulatore.
Hai già imparato qualcosa a proposito del collegamento in serie e in parallelo. Come viene
utilizzato nell'esperimento del bolide a limone?
... e oltre: una batteria - c'è un mistero qui...
http://www.youtube.com/watch?v=_cNDEwthPqE
https://it.wikipedia.org/wiki/Centrale_idroelettrica#Centrali_con_impianti_ad_accumulazione
https://www.youtube.com/watch?v=LmaQ5w004s8
http://www.greenstyle.it/storie/sistemi-accumulo
http://www.qualenergia.it/articoli/20130905-immagazzinare-energia-a-basso-costo-dal-mit-svoltasulle-batterie-a-flusso
... e oltre: collegamento in serie e in parallelo di batterie
Per ricaricare l'accumulatore che hai costruito nella sezione "... esplora" hai collegato tre batterie
l'una all'altra. In questi casi si parla di circuito in serie o collegamento in serie, perché molte
batterie sono messe in fila una accanto all'altra. Un altro tipo di collegamento di fonti di energia è il
collegamento in parallelo.
Informati su questi due tipi di collegamento e metti per iscritto le tue scoperte con un semplice
disegno. Rifletti: quando e dove è più sensato utilizzare il collegamento in serie, e quando quello in
parallelo? Annota le tue riflessioni.
https://it.wikipedia.org/wiki/Circuiti_in_serie_e_in_parallelo
http://www.webalice.it/donatodichicco/scuola/Terze/Corrente%20elettrica/Collegamenti%20serieparallelo.htm
https://www.youtube.com/watch?v=vNFsPZfUQPs
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