Traduzione in ITALIANO
annuncio pubblicitario
Traduzione in ITALIANO a cura di www.reinventore.it ad esclusivo uso privato GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit INDICE Istruzioni per iniziare velocemente 1 Introduzione 2 Elettrostatica 2 Atomi 2 Modello a “sistema solare” 2 Modello a gusci concentrici 2 Gli isolanti e i conduttori 3 Gli elettroni all’interno di conduttori 3 Gli elettroni all’interno di isolanti 3 Il cartone e la carta 3 L’acqua 3 La carica triboelettrica 4 La serie triboelettrica 4 La bacchetta elettro-magica (FFS), vista da dentro 4 Come funziona la bacchetta elettro-magica 5 L’induzione elettrostatica 5 La polarizzazione 6 La scarica “effetto corona” 7 Principi di levitazione 8 Esperimenti 11 Deviare un sottile filo d’acqua 11 Muovere un cilindro conduttore 11 Sentire il “vento elettrico” 12 Il motore a ioni 12 Accendere una lampada con la bacchetta elettro-magica 13 Adesione elettrostatica 13 Far volare i dischi volanti 15 Il motore elettrostatico 15 Il pendolo elettrostatico 16 Comprendere l’induzione 17 La Bottiglia di Leida 19 Risoluzione dei problemi della Bacchetta Elettro-magica 22 Pag. i GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit ATTENZIONE Rimuovere le vecchie batterie (pile) e rimpiazzarle con nuove. Assicurarsi di inserire le batterie correttamente, rispettando i simboli (+) e (-) raffigurati nell’apposito compartimento. Assicurarsi di aver inserito regolarmente le batterie e seguire sempre le istruzioni del produttore delle stesse. Non mischiare batterie vecchie e nuove. Non mischiare batterie alkaline, normali (carbonio-zinco) o ricaricaricabili (nichel-cadmio). Le batterie non ricaricabili non si devono ricaricare. Solo le batterie della stessa tipologia, o equivalente, sono raccomandate per l’uso. I terminali di alimentazione non devono essere mandati in corto circuito Rimuovere sempre le batterie deboli o esaurite dal prodotto. Rimuovere le batterie se si prevede di non usare il prodotto per un lungo periodo di tempo. Conservare queste istruzioni per riferimenti futuri • • • • • • • • • • Le persone con pacemaker devono evitare di usare la bacchetta elettro-magica (Fun-Fly-Stick) Giocare con la bacchetta elettro-magica almeno a un metro da computers, TV e altri dispositivi elettronici. Si raccomanda di evitare il contatto, mentre si gioca, tra la bacchetta elettro-magica (FFS) e oggetti in metallo come pentole, padelle, lattine, scatole metalliche e simili. Pag. ii GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Istruzioni per iniziare velocemente Tappo dello scomparto delle batterie Tasto di accensione Impugnatura Tubo di controllo Diagramma 1 Assemblate la bacchetta elettro-magica come da Diagramma 1. Staccate un oggetto volante in Mylar dalla carta sottostante. Maneggiate gli oggetti sottili in mylar con grande cura; teneteli tra il pollice e la punta di un dito (Diagramma 2). Schiacciate il tasto di funzionamento e fate cadere l’oggetto volante in mylar sulla parte di cartone del tubo di controllo. Diagramma 2 Suggerimento Non tenete schiacciato il tasto di funzionamento continuamente. Premetelo dolcemente alcune volte quando la sagoma fluttuante in aria perde quota per aggiungere elettricità statica al tubo di controllo. L’oggetto volante rimbalzerà in alto, si gonfierà e fluttuerà. (Diagramma 3). Suggerimento Non inseguite la sagoma fluttuante con la bacchetta quando vola troppo alta. Piuttosto abbassate la bacchetta e avvicinate la vostra mano libera alla sagoma, e poi lentamente allontanatela senza toccare la sagoma. Quando la vostra mano entra nel suo campo elettrico, la sagoma sarà attratta dalla vostra mano e seguirà il suo movimento. Diagramma 3 Tecnica: Date sempre per scontato che la sagoma fluttuante in aria sarà respinta solo dalla bacchetta e sarà attratta da tutto ciò che è attorno, voi compresi. Questo significa che dovete evitare che la sagoma fluttuante in aria si accosti ad altri oggetti mantenendo la bacchetta carica fra la sagoma e l’oggetto a cui si avvicina. Lanciate in aria la sagoma in uno luogo spazioso, possibilmente con un soffitto alto. Evitate di fare gli esperimenti vicino a correnti d’aria. Muovete la vostra bacchetta elettro-magica sotto la sagoma fluttuante in aria, effettuate movimenti circolari attorno ad essa e cercate di posizionare la bacchetta sulla destra e sulla sinistra della sagoma che fluttua. Pag. 1 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Introduzione Giocare con la bacchetta elettro-magica è un ottimo modo per acquisire una profonda comprensione dell’elettricità statica. La bacchetta elettro-magica è una versione portatile del famoso generatore di Van de Graaff (VDG). Grandi macchine VDG si utilizzano spesso nei musei in dimostrazioni in cui si fanno rizzare i capelli in testa. Le macchine VDG producono campi elettrici che sono abbastanza forti da essere misurati, manipolati, e avvertiti direttamente, ci si può giocare e conoscerli a livello intuitivo. Il fatto Il fisico americano Robert Jennison Van de Graaff brevettò il generatore Van de Graaff nel 1931. L’elettricità statica è il risultato di uno squilibrio di cariche creato artificialmente o esistente in natura. Poiché tutta la materia attorno a noi è costituita da atomi, che hanno generalmente una carica neutra, bisogna capire come questo squilibrio può essere creato. Atomi: Un atomo racchiude in sé cariche positive (protoni), neutre (neutroni) e negative (elettroni). Le cariche positive e neutre sagomano il cuore del nucleo dell’atomo, mentre gli elettroni portando una carica negativa circondano il nucleo. Ci sono numerose teorie e corrispondenti modelli usate per descrivere la struttura di un atomo. I modelli più noti sono il Modello del Sistema Solare e il Modello a Nuvole di Elettroni. Modello del Sistema Solare (conosciuto anche come Modello dell’atomo di Rutherford) è il modo più comune modo di descrivere un atomo. Il modello descrive gli elettroni che orbitano attorno al nucleo in un modo simile ai pianeti che orbitano attorno al Sole. Proprio come i pianeti che hanno le loro orbite e sono localizzati a differenti distanze dal Sole, gli elettroni hanno le loro traiettorie e distanze dal nucleo. Il modello è tuttora popolare nell’insegnamento ed è facile da visualizzare. ELETTRONI NEUTRONI PROTONI Il modello di Rutherford (sistema solare) Il Modello a Nuvole di Elettroni sostiene che non ci sono orbite precise. Invece, gli elettroni si trovano attorno al nucleo in zone dette “orbitali”, “gusci” o “nuvole”. Questi “gusci” sono descritti come i luoghi più probabili in cui si possono trovare gli elettroni. I confini sono indeterminati e il luogo preciso degli elettroni è indeterminato. Il modello è considerato il più avanzato ed è usato abitualmente in chimica e in fisica. ELETTRONI NEUTRONI PROTONI NUCLEO Il modello a gusci concentrici Pag. 2 Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Tipicamente, il numero degli elettroni è uguale al numero dei protoni. Gli elettroni più esterni, più lontani dal nucleo, sono da esso attirati più debolmente. In caso di contatto tra due materiali, un gran numero di elettroni esterni può essere trasferito da un materiale all’altro. Questo passaggio creerà uno squilibrio di cariche. L’oggetto i cui atomi perdono elettroni rimarrà con una carica positiva e l’oggetto che ha ricevuto o “catturato” gli elettroni avrà una carica negativa. Questo sbilancio di cariche è ciò che crea l’elettricità statica. Gli isolanti e i conduttori I materiali costituiti da atomi che si tengono molto stretti i propri elettroni sono chiamati isolanti. I materiali costituiti da atomi che tengono debolmente i loro elettroni esterni sono chiamati conduttori. Se si prende un pezzetto di filo elettrico, in esso si troveranno entrambi i tipi di materiali. La plastica che avvolge il materiale è un isolante, mentre il metallo interno è un conduttore. Gli elettroni all’interno di conduttori sono liberi di spostarsi in relazione all’influsso prodotto da varie forze. Possono muoversi sia all’interno del conduttore stesso sia passare a un altro conduttore. Gli elettroni all’interno di isolanti possono muoversi solo all’interno degli atomi stessi. Possono allungare e deformare gli atomi o farli ruotare ma mai, in condizioni normali, abbandonare gli atomi. Tuttavia, ogni isolante è in grado di sopportare senza rompersi campi elettrici fino a una certa intensità. Alla rottura, il campo elettrico libera gli elettroni legati, trasformando così il materiale in un conduttore. Il punto di rottura dipende da diversi fattori che includono umidità, temperatura, spessore dell’isolante, come pure la forza del campo elettrico che lo influenza. Il cartone e la carta sono, di norma, isolanti. Il cartone è costituito da strati di carta e non c’è una differenza sostanziale tra i due. Il voltaggio generato dalla bacchetta elettro-magica trasforma la carta che usiamo nello stesso e per gli esperimenti in un conduttore con un’alta resistenza elettrica. Questo significa che la carta divenuta conduttrice viene ad avere elettroni liberi. Il numero di elettroni liberi è molto inferiore a quello che sarebbe in un conduttore "normale" perché essi si muovono molto più lentamente all'interno della carta a causa dell’alta resistenza elettrica della carta. Ecco perché quando si tocca il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica, gli elettroni del nostro corpo corrono sul cartone del tubo di controllo molto lentamente, eliminando lo sbilancio di carica attraverso una debole scossa elettrica. Se dovessimo toccare un metallo nelle stesse condizioni la scossa sarebbe più forte. L’acqua richiede anch’essa una spiegazione a parte. C'è una teoria secondo cui l'acqua pura distillata è un isolante. È stato anche detto che le impurità che si trovano nell’acqua di rubinetto (sali e minerali) rendono l'acqua conduttrice. In realtà, perfino se si prova con acqua distillata tre volte esente da sali e impurità, si riscontra una piccola conducibilità. Un'altra teoria, che tendiamo a sostenere, afferma che l'acqua liquida si ionizza da sola in ioni di H3O+ e OH—. In questo modo l'acqua diventa un elettrolita molto debole indipendentemente da quante volte sia bollita o deionizzata. Altri liquidi, come l’olio o l’antigelo delle automobili, non si scompongono in ioni in forma liquida, quindi non conducono elettricità. Pag. 3 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit La carica triboelettrica Il trasferimento di carica elettrica che avviene a causa dello sfregamento o del contatto tra materiali è noto come triboelettricità. La tendenza di un materiale ad acquisire una carica positiva da sfregamento o contatto definisce la collocazione del materiale nella serie triboelettrica. La serie triboelettrica viene spesso indicata anche come scala della elettronegatività. La proprietà chimica che descrive la capacità di un atomo di attrarre La serie triboelettrica elettroni verso di sé è infatti chiamata elettronegatività. Se il materiale è più adatto a "catturare" elettroni quando in contatto con un altro materiale, è più negativo nella serie triboelettrica. Se il materiale è più adatto a cedere elettroni quando in contatto con un altro materiale, è più positivo nella serie triboelettrica. Per creare una carica elettrostatica dobbiamo scegliere materiali collocati alle differenti estremità della tabella triboelettrica. Le serie triboelettriche sono ampiamente utilizzate sia da coloro che lavorano per evitare la formazione di cariche da triboelettricità sia da coloro che la vogliono creare di proposito. Ad esempio, l'accumulo di cariche elettrostatiche può danneggiare i dispositivi a semiconduttore sensibili alle scariche elettrostatiche (ESD), pertanto le aziende usano materiali che non si danneggiano a contatto l’uno dell’altro durante la manipolazione, il confezionamento e lo stoccaggio di dispositivi elettronici sensibili alle scariche elettrostatiche. D'altra parte, le aziende che utilizzano la carica triboelettrica per creare elettricità statica, come costruire un generatore di Van de Graaff, si basano sulla serie triboelettrica per scegliere i materiali che compongono il "cuore" della macchina VDG. La bacchetta elettro-magica (FFS), vista da dentro carica positiva (cede elettroni) VETRO CAPELLI NYLON LANA PELLICCIA SETA ALLUMINIO CARTA COTONE GOMMA RAME POLISTIROLO POLISTIRENE PVC (CLORURO DI POLIVINILE) TEFLON carica negativa (“cattura” elettroni) Guardate il funzionamento interno della vostra bacchetta elettro-magica. Ci sono due rulli – fatti di teflon sul fondo e sulla punta di alluminio. Una cinghia di gomma scorre sui rulli. Ci sono due spazzole di rame, una sulla parte superiore e una su quella inferiore. Esse arrivano il più vicino possibile al contatto con la cinghia, ma senza mai in realtà toccarla direttamenFONDO CIMA Messa a terra te. Il rullo in Teflon sul fondo è montato Pag. 4 Spazzola superiore Spazzola inferiore Rullo in metallo Rullo in teflon Cinghia di gomma Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI sulla sommità dell’asse del motore che alimenta la bacchetta. Da ultimo, due batterie tipo AA alimentano il motore. Un tubo di controllo di cartone si attacca con uno scatto sopra la bacchetta elettro-magica entrando in stretto contatto con la parte esposta della spazzola superiore. Il tubo di cartone della bacchetta elettro-magica funge da accumulatore di carica elettrica e sostituisce efficacemente la tipica cupola metallica sferica del generatore di Van De Graaff. Il normale dispositivo VDG (Van De Graaff) sembra una grande sfera di alluminio montata su un piedistallo. Se si tocca la sfera di alluminio, ne risulterà una scossa elettrica, a meno che non ci si isoli dal terreno. Con la bacchetta elettro-magica non dovete preoccuparvi di questo, si può toccare e non succederà nulla a causa della resistenza elettrica della carta. Come funziona la bacchetta elettro-magica Il segreto della bacchetta elettro-magica La spazzola inferiore è collegata al bordo metallico del pulsante d’accensione da un filo. Premendo il pulsante di accensione l'utilizzatore tocca il bordo metallico che circonda il pulsante, in modo da mettere “a terra” la bacchetta elettro-magica, perché il corpo umano è un grande conduttore. Se l’operatore dunque non è isolato da terra con scarpe con la suola in gomma o altro isolante, la bacchetta elettromagica funzionerà al meglio! Premete il pulsante di accensione sulla bacchetta elettro-magica e osservate il meccanismo della bacchetta attraverso le pareti traslucide. Qui di seguito riportiamo la spiegazione generale per gli studenti che iniziano l'apprendimento delle nozioni di base di elettricità statica e il generatore di Van de Graaff. Le cariche elettriche si separano nel punto in cui la cinghia di gomma e i rulli di Teflon si staccano dopo il contatto. Come appreso dalla serie triboelettrica, il Teflon "cattura" gli elettroni lasciando la cinghia con una carica positiva che si muove verso il rullo in alluminio. Immediatamente, la spazzola inferiore "spazza via" gli elettroni in eccesso dal rullo in Teflon ed essi fluiscono a terra tramite l'operatore. Quando la cinghia con carica positiva passa sopra il rullo superiore in metallo, gli elettroni liberi dell'accumulatore (il tubo di controllo) vengono aspirati attraverso la spazzola superiore sulla cinghia carente di elettroni. Gli elettroni sono trasportati verso il rullo inferiore in Teflon dove si ripete il ciclo. La spazzola inferiore è collegata al dito dell'operatore (messa a terra) attraverso il bordo metallico del pulsante. Uno studente sveglio senza dubbio solleva la questione: "Come fanno le spazzole a togliere le cariche se non entrano mai in contatto con la cinghia o i rulli?" Per rispondere a questa domanda dobbiamo prima illustrare l’induzione elettrostatica. L’induzione elettrostatica è la ridistribuzione di cariche elettriche in un oggetto causato dall'influenza delle cariche vicine. In altre parole, quando oggetti con la carica e oggetti neutri non hanno alcun contatto diretto ma l'oggetto neutro è posizionato entro il campo elettrico dell’oggetto con carica, avviene una separazione delle cariche all'interno dell'oggetto neutro. Quando un oggetto neutro è un conduttore, cioè possiede elettroni che si muovono liberamente, l’induzione è abbastanza semplice. Gli elettroni sia si muovono verso un oggetto caricato con campo positivo, sia si allontanano da esso se l'oggetto è caricato negativamente. Gli elettroni si concentrano su un lato dell'oggetto lasciando il lato opposto senza elettroni e così con carica positiva. La ridistribuzione di cariche si chiama induzione. Pag. 5 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit INDUZIONE NEI CONDUTTORI ISOLANTE SENZA CAMPI ELETTRICI ESTERNI Gli isolanti tengono molto stretti i loro elettroni. La ridistribuzione della carica avviene ancora, ma su scala molto più piccola. Gli elettroni si muovono solo all'interno degli atomi stessi, deformandoli nella direzione del campo elettrico quando si avvicina un oggetto carico. Se la carica dell'oggetto è positiva, allora gli elettroni si orientano verso l'oggetto, mentre se è negativa, gli elettroni vanno dalla parte opposta. Questo ri-orientamento degli atomi è chiamato polarizzazione. POLARIZZATO INDUZIONE NEGLI ISOLANTI Pag. 6 Guardiamo da vicino le spazzole di rame. In primo luogo, dobbiamo notare che sono ottimi conduttori e gli elettroni si muovono liberamente al loro interno. In secondo luogo, le spazzole hanno punte taglienti o appuntite che sono di grande aiuto per indurre la ionizzazione dell'aria che li circonda. In terzo luogo, le punte a pettine si trovano all'interno del campo elettrico dei rulli. Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Quando il campo elettrico del rullo in Teflon con carica negativa raggiunge le punte della spazzola, gli elettroni si allontanano, lasciando le punte della spazzola con una carica positiva. Il forte campo elettrico del rullo ionizza anche l'aria circostante creando - su scala molto piccola - un effetto noto come effetto corona. L'aria si rompe in elettroni e in ioni positivi. Il rullo respinge gli elettroni che sono in aria e la punta con carica positiva della spazzola inferiore li attira, spostandoli verso il bordo metallico dell'interruttore scambiandoli a terra attraverso il corpo dell'operatore. Gli ioni positivi vengono attratti dal rullo di Teflon, aggiungendo carica positiva alla cinghia man mano che si muove verso il rullo. La cinghia porta la carica positiva al rullo di alluminio. Il rullo accumula la carica. La punta della spazzola superiore si trova all'interno del campo elettrico del rullo di alluminio. L'altra estremità della spazzola superiore è esterna e a diretto contatto con l'interno conduttore del tubo di cartone. Il campo elettrico positivo del rullo in alluminio induce una carica negativa nella spazzola. L'aria attorno al rullo diviene ionizzata come esito, in piccola scala, della scarica effetto corona. Il rullo attira gli elettroni dall'aria mentre spinge lontano gli ioni positivi. Al tempo stesso, la spazzola con carica negativa attrae gli ioni con carica positiva e respinge gli elettroni. Gli elettroni che si muovono verso il rullo positivo incontrano sul percorso la cinghia. Gli elettroni danno la carica negativa alla cinghia che viene trasportata sul rullo che "cattura" gli elettroni. Il tubo di controllo in cartone è un conduttore ad alta resistenza elettrica. Il tubo di controllo e la parte finale esterna della spazzola superiore sono a stretto contatto quando il tubo è montato sulla parte superiore della bacchetta elettromagica. Ciò consente al tubo di controllo di diventare una estensione della spazzola come fosse una congiunzione di due conduttori. D'altra parte, il tubo di controllo si presenta non solo come conduttore, ma anche come un contenitore conduttivo. Quando un oggetto con carica tocca all'interno un contenitore conduttivo, il contenitore riceve tutta la carica. L'eccesso di carica si concentra sulla parte esterna del contenitore e inizia a dissiparsi in aria. La concentrazione di carica: Una volta che le cariche all'interno della bacchetta elettro-magica cominciano a essere separate, tutti i componenti carichi diventano circondati da un campo elettrico. Più un componente possiede o accumula carica, più importante diventa il suo campo elettrico. Il tubo di cartone è il principale componente carico, ed è circondato da un forte campo elettrico positivo. Ciascuno dei rulli ha la seconda maggiore concentrazione di carica e la cinghia ha il più debole campo elettrico di tutti. La carica sulla cinghia: La cinghia in un generatore VDG (Van De Graaff) porta contemporaneamente entrambe le cariche. Metà della cinghia trasporta la carica positiva verso il rullo che cede elettroni e l'altra metà trasporta la carica negativa al rullo che acquisisce elettroni. Effetto Corona: Staccate il tubo di cartone e accendete la bacchetta elettro-magica in una stanza completamente buia. Osservate gli interni della bacchetta. La scarica sarà così insignificante che potreste anche non vederla. Tuttavia, toccate la parte scoperta della spazzola di rame e si dovrebbe vedere un bagliore attorno ai rulli. Ora, mettete la punta del cartone verso il basso e accendete la bacchetta. Potete osservare un effetto corona intorno alla bacchetta così intenso che la luce attorno ai rulli per quanto visibile sarà sovrastata da esplosivi "fuochi d’artificio" intorno alla bacchetta. Pag. 7 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Principi di levitazione Fate galleggiare a mezz’aria la sagoma in Mylar seguendo le “Istruzioni per iniziare velocemente” riportate sulla prima pagina. La sagoma galleggia in aria a causa della repulsione del campo elettrico della bacchetta elettro-magica. Quando accendete la bacchetta elettro-magica, essa inizia a separare le cariche positive e negative. La carica positiva viene accumulata sul tubo di controllo - il tubo di cartone montato sulla parte superiore della bacchetta. Quando la sagoma tocca il tubo di controllo, acquisisce carica positiva e immediatamente si allontana dal tubo di controllo, perché ora entrambi possiedono la medesima carica. La sagoma si gonfia, si dispiega, perché le sue parti si respingono tra loro a causa della carica uguale che viene distribuita lungo tutta la superficie della sagoma. Per far levitare gli oggetti volanti hai bisogno di due cose: un oggetto con carica statica (possono essere sia la bacchetta elettro-magica, sia un palloncino di gomma o un tubo in PVC) e una sagoma in grado di fluttuare su un campo elettrico. Per fluttuare in aria, i materiali devono essere leggeri e carichi. Ad esempio, una sagoma fatta del più sottile tessuto di carta, una decorazione dell’albero di Natale o un filo metallico fluttueranno perché sono leggeri e carichi. La gravità generalmente è più forte del campo elettrico di un oggetto carico. Il materiale deve essere leggero per poter sfidare la gravità. Più è pesante, più scende verso il basso (perfino se si stacca del tutto dalla bacchetta). Ma perché abbiamo scelto questi materiali conduttori? Un materiale conduttore assorbe la carica quasi istantaneamente sia tramite contatto o sia mediante induzione. All'interno dei conduttori la carica si muove liberamente. Così le cariche in eccesso si sposteranno all'interno del conduttore fino a che non potranno più muoversi e questo sarà quando raggiungono la superficie e non potranno andare oltre. Pertanto, l'eccesso di carica in una sagoma conduttiva sarà localizzato su tutta la superficie, costringendo ogni parte della sagoma a respingere ogni altra parte a causa della repulsione delle cariche simili. Nell’isolante la carica è costretta a rimanere dove si trova. Essa non viene ridistribuita su tutta la superficie. Quindi c'è poca repulsione tra l'isolante e l'oggetto con carica. Una sagoma composta di filamenti legati insieme a entrambe le estremità si apre in una sfera fluttuante, molto simile a un globo con meridiani. La repulsione delle cariche simili all'interno, costringe la sagoma stessa ad aprirsi diventando tridimensionale. La sagoma, quando fluttua, è carica della stessa carica della bacchetta elettromagica, e circondata da un campo elettrico. Essa si respinge solo dal tubo di controllo della bacchetta elettro-magica o da qualsiasi altro oggetto caricato con la stessa carica. Questo è il perché è una sfida far galleggiare contemporaneamente in aria due oggetti volanti; essi si respingono reciprocamente. Quando premete il pulsante sulla bacchetta elettro-magica si aumenta la carica sul tubo di controllo e quindi intensificate il campo elettrico. Quando la sagoma fluttuante sale sempre più in alto, alcune persone cercano di raggiungerla con la bacchetta elettro-magica carica. Ciò fa salire la sagoma fluttuante ancora più in alto, respinta dal campo elettrico. Tutti gli oggetti che ci circondano sono per lo più neutri. Un campo elettrico che si avvicina a un oggetto neutro provoca induzione elettrostatica nei conduttori e polarizzazione negli isolanti. Così, quando la sagoma fluttuante si avvicina a un muro, a una persona, a mobili, o a qualsiasi altro oggetto, il suo campo elettrico provoca la ridistribuzione della carica in quell'oggetto. Il campo elettrico positivo che circonda la sagoma fluttuante induce carica negativa in og- Pag. 8 Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI getti generalmente neutri. Ciò a sua volta provoca la sagoma fluttuante ad avvicinarsi a tali oggetti neutri. Se tocca l'oggetto si verifica una scarica e l’oggetto volante perde la sua carica. È per questo che invece di inseguire la sagoma mobile che è salita troppo alto con la bacchetta elettro-magica e respingerla, il modo migliore per ottenere la sua discesa è semplicemente quello di stendere la mano libera verso di essa. La “mano che chiama” è un trucco di magia che si verifica quando mentre fate fluttuare una sagoma vi avvicinate la vostra mano e poi la tirate indietro alla stessa velocità con cui la sagoma si avvicina ad essa, facendo pensare alla gente che la vostra mano ha dei poteri magnetici. Ora sappiamo che in realtà acquisisce questi poteri magnetici per induzione! Esperimento: Fate decollare una sagoma e lasciatela levitare fino al livello degli occhi. Toccate la sagoma galleggiante con il dito indice della mano libera. Essa crolla e scende come senza vita. Catturatela con il tubo di controllo della vostra bacchetta elettro-magica che avete attivato. La sagoma si espanderà di nuovo e di nuovo ritornerà in vita. Ripetete più volte. Perché succede così? Il vostro corpo è un conduttore. Una volta che il vostro dito tocca una sagoma conduttiva con carica positiva, gli elettroni migrano all'istante dal vostro corpo alla sagoma che è in volo, facendole perdere la carica e quindi facendola afflosciare. Toccandola con la bacchetta elettro-magica caricate di nuovo la sagoma. Una volta che la sagoma è di nuovo carica, si respinge sia da sé (gonfiandosi) sia dalla bacchetta creando una sensazione di magia. Esperimento: Lanciate una qualsiasi sagoma piccola e mettete il palmo della mano libera sopra di essa. Intercettate la sagoma di Mylar tra il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica e il palmo della mano facendo sì che la sagoma rimbalzi avanti e indietro. Ripetete il processo creando un’immagine di una "sagoma rimbalzina”. Perché? La sagoma, toccando il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica, che avete acceso, fa sì che si carichi con la stessa carica della bacchetta elettro-magica ed esse si respingano. Lungo la strada la sagoma incontra la mano, la tocca, e subito si scarica perché il vostro corpo e la sagoma sono conduttori. Il campo elettrico della bacchetta elettro-magica attira allora la sagoma verso la bacchetta dove viene ricaricata a contatto (o induzione) e viene respinta ancora una volta, salendo verso la mano. È anche possibile fare lo stesso trucco facendo rimbalzare la sagoma in orizzontale. Esperimento: isolate una persona da terra facendola stare appoggiata su un isolante. Per l'isolamento, è possibile utilizzare mattonelle di polistirolo o simili, scarpe con suola in gomma, un foglio di plastica, o altro materiale isolante. Questa persona deve stendere una mano con un palmo rivolto verso l'alto. Posizionate la sagoma in Mylar sul palmo aperto. La persona deve tenere il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica con l'altra mano. Accendete la bacchetta elettro-magica e osservate la sagoma Mylar che lentamente si espande e decolla. Pag. 9 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Perché? Isolare la persona da terra è come isolare un grande oggetto conduttore dal suolo. Quando la persona tiene il tubo di controllo della bacchetta che è stata attivata, tutta la carica creata dalla bacchetta elettro-magica viene trasferita sull’oggetto conduttivo – ovvero la persona. Il contatto tra la bacchetta e la persona isolata trascina elettroni dal corpo della persona lasciandola con carica positiva. In questo modo la persona carica possiede il potere di far levitare le sagome con le sue mani invece di utilizzare la bacchetta elettro-magica. Se la persona carica, che è stata isolata, tocca un'altra persona che non ha carica, si produrrà una scintilla o una scarica causata dagli elettroni provenienti dalla persona senza carica verso la persona carica attraverso il punto di contatto. Se il punto di contatto è il naso di una persona e l'indice di un’altra, la scintilla può essere molto visibile e fa spesso ridere gli studenti. Quando ricaricate la persona isolata da terra con la bacchetta elettro-magica, questa riceve una carica positiva. Tuttavia, è possibile caricare anche voi stessi con la carica opposta. Per farlo dovete essere isolati anche voi e tenere premuta la bacchetta elettro-magica mentre caricate un'altra persona. In alternativa, potete isolarvi da terra e toccare un grande oggetto conduttivo (la maniglia di una porta, una parete conduttiva). Il tubo di controllo con carica positiva attira gli elettroni dall’oggetto conduttore che tocca e li trasferisce dentro di voi attraverso la cinghia e il bordo metallico del pulsante. Pag. 10 Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Esperimenti Deviare un sottile filo d’acqua Argomento: polarizzazione e induzione, attrazione di carica opposta. Materiali: bacchetta elettro-magica; una bustina stretta di plastica (reperibile nel Kit degli Esperimenti - d’ora in poi KE); un rubinetto o altro in grado di produrre un filo sottile di acqua. Coprite il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica con la bustina di plastica (KE). Ciò impedisce che il tubo si bagni durante l'esperimento. Preparate un flusso sottile d'acqua proveniente da una sorgente d'acqua. Più è sottile e migliore è il risultato visivo. Accendete la bacchetta elettro-magica e avvicinate il tubo di controllo protetto al flusso. Non toccate il flusso. La curvatura del flusso dovrebbe mostrare l'attrazione dell'acqua verso le cariche della bacchetta elettro-magica. Perché? In acqua si osserva induzione elettrostatica - le cariche negative che si muovono verso la bacchetta elettro-magica e il lato del filo che si trova più vicino al tubo di controllo diventa caricato negativamente, mentre il lato opposto si carica positivamente. Le cariche negative sono attratte dalla bacchetta. Quelle positive vengono respinti da essa. Le cariche negative sono più vicine alla bacchetta elettro-magica delle cariche positive, quindi la forza di attrazione del flusso al tubo di controllo è più forte della repulsione da esso. Il risultato è che il filo è attirato verso la bacchetta. Muovere un cilindro conduttore Argomento: induzione, attrazione di cariche opposte. Materiali: bacchetta elettro-magica, cilindro di plastica ricoperta di carta (KE). Posizionate il cilindro su una superficie piana in modo che possa rotolare. Avviate la bacchetta elettro-magica (carica positiva) e tenete il tubo di controllo parallelo al cilindro a circa 1 o 2 cm di distanza. Il cilindro dovrebbe rotolare verso la bacchetta elettro-magica. Quando questo accade, spostate la bacchetta elettro-magica alla stessa velocità del cilindro che rotola verso la bacchetta. Provare a tenere la stessa distanza tra di loro in ogni momento. Osservate quanto velocemente si può ottenere il rotolamento senza contatto tra i due. Perché? Il cilindro è situato all'interno del campo elettrico del tubo di controllo. Il campo elettrico induce cariche opposte sul lato del cilindro e la parete più vicina ad esso. Le cariche opposte si attraggono! Pag. 11 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Sentire il “vento elettrico” Argomento: effetto corona Materiali: bacchetta elettromagica, uno strofinaccio di stoffa umido. Inumidite il palmo della mano con un panno umido e portate l'estremità superiore del tubo di cartone di controllo vicino al palmo della mano, mentre state attivando la bacchetta elettro -magica. Dovreste percepire il freddo provocato dallo spostamento di particelle di aria ionizzata che producono un "vento elettrico". Si può anche sentire uno scoppiettio. Perché? Le cariche elettrostatiche non sono distribuite in modo uniforme sulla superficie del tubo di carta della bacchetta elettro-magica. La concentrazione di carica sulla punta del tubo è così intensa che ionizza l'aria vicino ad essa (effetto corona). Gli ioni positivi che si formano vicino all'estremità superiore del tubo si allontanano per repulsione. Il movimento di questi ioni crea il "vento elettrico". Il motore a ioni Argomento: scarica effetto corona, repulsione di cariche dello stesso segno. Materiali: bacchetta elettro-magica, supporto in plastica per l’asticella (KE), asticella diritta, “Z” rotante in argento (KE). Inserite l’asticella nel supporto in plastica. Se la Z rotante è preassemblata con il supporto in plastica (a forma a T con punte) è sufficiente che la regoliate sulla parte superiore dell’asticella. In caso contrario, dovete prima montare la Z al supporto di plastica (adattate le punte ai fori e premete leggermente). Quando la Z rotante è sulla parte superiore dello spillo, posizionate la bacchetta elettromagica vicino ad una delle sue estremità appuntite perpendicolarmente all’asticella (vedi immagine). Accendete la bacchetta elettro-magica, fatela andare per alcuni secondi, quindi spingete leggermente la Z in avanti per dare slancio. Tenete la bacchetta elettro-magica in esecuzione a circa 1 cm dalla Z, perpendicolarmente all’asticella, e osservate la rotazione sempre più veloce della Z. Dopo aver spento la bacchetta o averla allontanata, la Z si ferma. Perché? Quando spingete leggermente la Z con la bacchetta elettro-magica accesa, essa viene caricata con la stessa carica positiva della bacchetta e riceve anche un piccolo slancio iniziale. La carica è più concentrata attorno alle punte acuminate della Z dove diventa così intensa che ionizza l'aria. Lo stesso effetto si verifica sulla punta della bacchetta elettro-magica, ma più intenso. Pag. 12 Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Nell’aria ionizzata gli ioni positivi vengono respinti dalle punte della Z. Allo stesso tempo vengono respinti ancora più fortemente dalla punta della bacchetta. Questo vento "elettrico" dunque spinge letteralmente le punte in avanti, facendo aumentare la velocità e ruotare la Z. Accendere una lampada con la bacchetta elettro-magica Argomento: corrente elettrica. Materiali: bacchetta elettro-magica, lampada al neon (KE). Le lampade al neon sono spesso utilizzate come tester per determinare se una sorgente di tensione è AC (alternata) o DC (continua). Quando la sorgente è DC, si illuminerà solo l'elettrodo caricato negativamente. Quando la sorgente proviene da una fonte AC, entrambi gli elettrodi si illumineranno. Oscurate la stanza, tenete un capo della lampada al neon con le dita, e portate la bacchetta elettro-magica accesa vicino all’altro capo. Osservate il colore rossoarancione del bagliore della scarica nel gas dentro il bulbo. Dopo aver attentamente osservato la lampadina tremolante si noterà che solo un elettrodo della parte interna si illumina indicando che la sorgente è continua (DC), la bacchetta elettro-magica. La lampada al neon può anche essere utilizzata per determinare la polarità della carica elettrica: l’elettrodo che si illumina è quello negativo. Un altro aspetto interessante di questo esperimento è che la bacchetta elettro-magica carica il gas che si trova all'interno della lampada creando un plasma! Il processo con cui si accende la luce nella lampada è lo stesso processo di una tv al plasma. L’adesione elettrostatica Argomento: induzione, condensatore semplice. Materiali: bacchetta elettro-magica, pellicola di plastica (KE), piccolo poster di carta (KE). Questo è un esperimento molto interessante che apre tutta una serie di nuove applicazioni per la bacchetta elettro-magica. Prima proviamo un paio di cose. A) Premete la pellicola di plastica contro una parete. Accendete la bacchetta elettro-magica e colpite la pellicola con il tubo di cartone muovendo la bacchetta su e giù lungo la pellicola. Lasciate andare la pellicola. Nota: è anche possibile attaccare la pellicola senza toccarla. Basta muovere la bacchetta elettro-magica su e giù tenendola perpendicolare al muro vicino alla pellicola. Pag. 13 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit B) Affiggete un foglio di carta alla parete nello stesso modo. Controllate quale cadrà prima. Perché? La bacchetta elettro-magica carica, al contatto di un materiale (pellicola di plastica o carta) lo carica con una carica positiva. L'adesione avviene perché la carica che è sul materiale induce cariche opposte sulla superficie della parete. Nota: il caricamento del materiale senza contatto avviene perché la bacchetta elettro-magica ionizza l'aria in prossimità del tubo di carta. Gli ioni vengono depositati su tutte le superfici vicine e le caricano. La carta cade prima e la pellicola di plastica sta su molto più a lungo perché: Una parete è normalmente un conduttore. La pellicola di plastica è un isolante. La dispersione di carica dalla pellicola in plastica è piuttosto lenta, anche se è in contatto con una superficie conduttrice. La pellicola di plastica può rimanere sul muro per giorni. La carta è un conduttore debole. "Incollata" ad una parete conduttiva, perde la carica molto più velocemente della pellicola di plastica. Ripetete il passaggio A) e attaccate un foglio di carta alla parete sopra la pellicola di plastica. Questo "sandwich" composto da muroplastica-carta è un conduttore-isolante-conduttore, che è il più semplice condensatore che ci sia. E un condensatore, come abbiamo appreso, mantiene la sua carica per un tempo molto lungo! Così il "sandwich" può rimanere sulla parete per settimane. Che cosa si può fare con questo? Potete decorare una stanza per una festa utilizzando l’adesione elettrostatica semplicemente con l’"incollaggio" della vostra decorazione di carta sulla pellicola di plastica; Creare una lavagnetta in ufficio da "incollare" su un grande foglio di plastica sul muro e poi "incollare" note cartacee o immagini su di esso. Alle fiere o convegni in cui non è possibile utilizzare nastro adesivo o colla per mettere il vostro logo, si può semplicemente "incollare", la pellicola di plastica con la bacchetta elettromagica e poi "incollare" il vostro logo sulla parte superiore. Nota: il sottostante foglio di plastica deve essere più largo della carta incollata su di esso. Esso non deve avere necessariamente la stessa forma della carta, ma è importante che la carta non sporga oltre il foglio di plastica. La carta non deve essere a contatto diretto del muro, solo la plastica! Pag. 14 Altre idee e suggerimenti possono essere trovati sui siti www.unitechtoys.com e su www.reinventore.it Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Far volare i dischi volanti Argomento: repulsione delle cariche uguali Materiali: bacchetta elettro-magica, stampini per dolci in alluminio (KE) . Impilate gli stampini in alluminio capovolti uno sopra l'altro sulla parte superiore della bacchetta elettro-magica. Attivate la bacchetta elettro-magica e guardate gli stampini decollare uno dopo l'altro. Perché? Gli stampini in alluminio sono conduttori. A contatto con la bacchetta tutti loro si caricano con la stessa carica e iniziano a respingersi l’un l'altro. Lo stampino superiore sarà respinto per primo, e l’ultimo stampino a decollare verrà respinto dalla bacchetta. Il motore elettrostatico Argomento: attrazione e repulsione delle cariche elettriche, motori elettrostatici. Materiali: bacchetta elettro-magica, supporto in plastica per le asticelle (KE), 2 asticelle corte (KE), cilindro di plastica ricoperto di carta (barattolo) (KE), pellicola di plastica con incluse lamine a forma di strisce (KE), 2 elastici. I motori elettrostatici sono semplicemente motori elettrici a basso attrito, basati sull’attrazione e repulsione delle cariche elettriche. Per costruire il motore, avvolgete il cilindro di plastica ricoperto di carta con la pellicola di plastica che ha le strisce di lamina incollate su di essa. E’ importante essere sicuri che le strisce di lamina siano esposte all’esterno - si dovrebbe sentire il metallo quando toccate il cilindro. Tenete fermo al suo posto il foglio di plastica con gli elastici. Ora inserite il cilindro sull’asticella e l’asticella nel supporto di plastica. Il modo più semplice per farlo è quello di montarli capovolti! Inserire per prima l’asticella metallica nel supporto in plastica. Poi prendete il supporto di plastica e capovolgete il cilindro. Fate scorrere l’asticella attraverso i fori all'interno del cilindro fino a che incontra la parte superiore del barattolo. Se capovolto, potete vedere bene dove l’asticella va inserita. Mettete il motore montato su una superficie piana e fate girare il cilindro a mano. Dovrebbe girare liberamente se lo avete costruito correttamente. Posizionate la bacchetta elettromagica su un lato del cilindro e l’altra asticella metallica sul lato opposto. Entrambi dovrebbero essere alla stessa distanza di circa 1/2 o 1 cm dalla sommità del cilindro. Accendete la bacchetta elettro-magica. Il cilindro dovrebbe girare. Pag. 15 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Perché? La bacchetta elettro-magica ionizza l'aria vicino al tubo di carta. La ionizzazione più intensa avviene vicino all'estremità superiore del tubo di cartone. Quando poniamo questa estremità vicino alla superficie del cilindro, la striscia più vicina del foglio viene caricata dal flusso di ioni positivi respinti dalla bacchetta elettro-magica. Le strisce cariche positivamente si respingono con il tubo con la stessa carica. Questa forza perpendicolare di repulsione elettrostatica fa ruotare il barattolo. Quando la striscia carica va in corrispondenza dell’asticella tenuta vicino al cilindro sul lato opposto, si scarica. Così, ogni settore che passa davanti al tubo di cartone della bacchetta elettro-magica è caricato positivamente e ogni settore che passa davanti all’asticella viene scaricato. Il tubo di cartone attira il settore che si avvicina e respinge il settore che gli è appena passato davanti. Quasi l'opposto accade allo spillo. Esso attrae il settore con carica positiva che gli si sta avvicinando. Il pendolo elettrostatico Argomento: attrazione e repulsione di cariche elettriche. Materiali: bacchetta elettro-magica, supporto in plastica per le asticelle (KE), asticella piegata (KE), perlina su filo da pesca (KE), supporto di plastica con fessure (KE), 2 piastrine metalliche (KE). Inserite l’asticella piegata nel supporto in plastica. Fissate il filo da pesca sull’asticella piegata, con la perlina penzoloni. Inserite le 2 piastrine di metallo nelle fessure sul supporto di plastica. Posizionate il supporto di plastica con le piastrine sotto l’asticella piegata con la perlina tra le piastrine. Toccate una piastrina di metallo con il dito e teneteli a contatto durante tutto l’esperimento. Avvicinate all'altra piastrina la bacchetta elettro-magica. Quando la bacchetta elettro-magica è accesa la perlina sospesa dovrebbe rimbalzare tra le due piastrine metalliche provocando un suono di batteria. Interrompete il contatto del vostro dito appoggiato alla piastrina e il movimento ritmico dovrebbe fermarsi. Perché? Ristabilite di nuovo il contatto tra dito e piastrina, il movimento ritmico riprenderà. Perché? Questa dimostrazione è una bella combinazione dei principi di induzione e di attrazionerepulsione. La perlina neutra e conduttrice è attratta dalla piastra positiva a causa dell’induzione. Una volta che tocca la piastrina essa acquisisce la stessa carica e viene respinta via. La piastrina che viene messa a terra con il contatto del dito sulla piastrina non ha alcuna carica. Quando la perlina carica si avvicina, viene indotta una carica elettrica negativa dal campo elettrico della perlina. Al contatto la perlina si scarica e cade in posizione intermedia tra le due piastrine a causa della forza di gravità. Il campo elettrico della bacchetta elettro-magica attrae la perlina inducendo una carica negativa e al contatto la carica con la stessa carica. Il processo si ripete ... Pag. 16 Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI Il segreto della bacchetta elettro-magica: Come abbiamo spiegato in precedenza, la bacchetta elettro-magica è messa a terra attraverso il bordo conduttore metallico del pulsante di alimentazione mediante il contatto con il corpo conduttore dell’operatore che tiene in mano la bacchetta. L'operatore tipicamente perde carica statica all'istante; tuttavia, se è presente un qualsiasi isolante (scarpe, pavimento coperto con plastica), l'operatore si carica. La carica è opposta alla carica della bacchetta elettro-magica. Il dito in contatto con la piastrina in alcuni casi può effettivamente caricare la piastrina con una carica negativa e accelerare l'attrazione-repulsione. Questo può tradursi in movimento veloce e intenso della perlina con un suono forte. Comprendere l’induzione Argomento: caricare per induzione. Materiali: bacchetta elettro-magica, cilindro di plastica ricoperto di carta (KE), supporto di plastica per il cilindro (KE), elastico (KE), fiocco di fili metallizzati (KE). Abbiamo introdotto l’induzione elettrostatica quando abbiamo parlato dei principi di trasmissione di carica all'interno della bacchetta elettro-magica, senza un contatto diretto tra le spazzole, la cinghia sui rulli. Per mostrare la ridistribuzione di carica nel campo elettrico prodotto da un altro oggetto, abbiamo bisogno di un oggetto conduttore, di un oggetto carico, e di una sorta di indicatore della ridistribuzione di carica. Un cilindro di plastica coperto di carta sarà il nostro oggetto conduttore. Usiamo carta e cartone nel nostro kit di esperimenti al posto del metallo in quanto la carta elimina la scossa dovuta a ridistribuzioni lente della carica. Con un elastico, fissate il fiocco su un'estremità del cilindro. Posizionate il cilindro sul supporto in plastica. Ciò isola il cilindro conduttivo da altri oggetti conduttori. Esperimento 1: Accendete la bacchetta elettro-magica e avvicinatevi al cilindro verso l’estremità senza fiocco. Non toccate il cilindro. Tenete la bacchetta elettro-magica a circa 4 cm dal fondo del cilindro. Si noti che non appena la bacchetta elettro-magica ha avvicinato il cilindro, i filamenti del fiocco sul lato opposto hanno iniziato a rizzarsi. Attendete qualche secondo fino a quando tutti i filamenti stiano ritti e allontanate la bacchetta elettro-magica. Accendete la bacchetta elettro-magica e lentamente avvicinatela al fiocco a circa 7-8 cm di distanza. Noterete che il fiocco si curva via dalla bacchetta elettro-magica. Cosa fare se ... risoluzione dei problemi Se si tocca accidentalmente il cilindro con la bacchetta elettro-magica dovrete “metterlo a terra” toccandolo con l'altra mano. Pag. 17 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Perché? Secondo la teoria dell’induzione elettrostatica, quando mettiamo un cilindro conduttore nel campo elettrico della bacchetta elettro-magica, comincia ad accadere una ridistribuzione di carica. Il campo elettrico positivo della bacchetta elettro-magica attira gli elettroni nel cilindro conduttore e lascia gli atomi carenti di elettroni sulla parte terminale. La parte del cilindro vicino alla bacchetta elettro-magica viene caricata negativamente, e la parte finale con il fiocco si carica positivamente. La bacchetta elettro-magica ionizza l'aria intorno e richiama elettroni dall’aria. Gli ioni positivi sono allontanati. Essi sono immediatamente attratti dalla parte finale con carica negativa del cilindro. Il cilindro accumula sempre più cariche positive. Per dimostrare il caricamento del cilindro, ci avviciniamo al fiocco con la bacchetta elettro-magica carica. Il fiocco si piega allontanandosi perché il bacchetta elettro-magica e il fiocco hanno la stessa carica, così si respingono l’un l'altro. I filamenti del fiocco hanno la stessa carica e anch’essi si respingono a vicenda. Esperimento 2: Toccate il cilindro con la mano per “metterlo a terra”. I filamenti del fiocco dovrebbero afflosciarsi. Mettete 2 dita della vostra mano libera sulla parte superiore del cilindro vicino all’estremità con il fiocco. Accendete la bacchetta elettro-magica e avvicinatela all'altra estremità del cilindro, senza toccarlo (a circa 8-10 cm). Tenetela per 3-5 secondi. Non aspettatevi che i filamenti del fiocco divergano! CONTEMPORANEAMENTE rimuovete sia la mano libera sia la bacchetta elettro-magica. Ora, i filamenti del fiocco devono allontanarsi l'uno dall'altro. I filamenti divergenti del fiocco indicano la presenza di una carica. Accendete la bacchetta elettro-magica per alcuni secondi lontana dal fiocco e poi lentamente avvicinatela al fiocco. Il fiocco dovrebbe attrarsi alla bacchetta elettro-magica dimostrando che la carica sul cilindro e sul fiocco è negativa. Ricordate, la bacchetta elettro-magica carica è positiva. In questo esperimento abbiamo dato a un oggetto la carica opposta da ciò che avevamo. Pag. 18 Come è successo? Quando ci avviciniamo a una estremità del Science Kit Un segreto: Quando in questo esperimento utilizziamo il cilindro ricoperto di carta, esso ci permette di mantenere la carica sul cilindro e sul fiocco per dimostrare che ha la stessa carica della bacchetta elettro-magica. Tuttavia, se usiamo invece un conduttore metallico isolato da terra, come un cucchiaio da tè, con il fiocco attaccato ad una estremità, sulla cima di un bicchiere di polistirolo, lo stesso esperimento mostra che quando allontaniamo la bacchetta elettromagica le cariche positive e negative si ricombinano. Gli elettroni si muovono più velocemente attraverso il metallo e formano atomi neutri. Parte della carica rimarrà ancora sul fiocco, ma i filamenti cadranno visibilmente. Il fiocco perde gran parte della carica. Un segreto: E’ importante seguire esattamente le istruzioni di questo esperimento. La chiave è quella di rimuovere la mano e la bacchetta elettro-magica, allo stesso tempo. Se si mantiene la mano sul cilindro una frazione di secondo in più, il cilindro si scarica e i filamenti non divergono. Se si rimuove prima la mano e la bacchetta un po' più tardi, il cilindro viene caricato positivamente. Carica per induzione: Il fiocco si ricarica con carica positiva ogni volta che vi avvicinate la bacchetta elettro-magica accesa e la tenete vicino per 3-5 secondi. Non è necessario che tocchiate il fiocco per ricaricarlo, semplicemente avvicinatelo. Quando il fiocco “sboccia” divergendo e si piega lontano dalla bacchetta, sapete che è stato ricaricato. Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI cilindro conduttore con la bacchetta elettro-magica, la sua carica positiva attrae elettroni. L'altro lato diventa carente di elettroni e diventa caricato positivamente. Quando tocchiamo il cilindro vicino a questa estremità carica positivamente, induciamo il movimento degli elettroni dalla nostra mano nel cilindro per compensare la carica. Quando abbiamo contemporaneamente ritirato la mano e la bacchetta elettro-magica, il cilindro avrà elettroni in più e la carica totale rimanente sul cilindro sarà negativa. La carica lentamente si ridistribuirà sull'intero cilindro compreso il fiocco, inducendo il fiocco a divergere. La bottiglia di Leida Argomento: condensatori, immagazzinare carica usando un condensatore semplice. Materiali: bacchetta elettro-magica, cilindro di plastica ricoperto di carta (KE), 2 elastici (KE), 2 asticelle diritte (KE), pellicola di plastica (KE), supporto in plastica dell’asticella (KE), asticella piegata (KE), perlina su filo da pesca (KE), acqua di rubinetto o acqua salata. Ora costruiamo e facciamo esperimenti con una classica bottiglia di Leida riempita d'acqua. La nostra bottiglia assomiglierà alla prima bottiglia di Leida mai costruita. L'invenzione della bottiglia di Leida fu un passo enorme per il progresso scientifico. Ha fatto da pioniere a una serie di esperimenti che alla fine hanno portato alla creazione del primo condensatore utilizzato per immagazzinare energia elettrica. Nel diciottesimo secolo in Europa, al tempo dei Lumi, la cultura e la scienza progredirono. Due scienziati fecero indipendentemente la stessa invenzione durante questo periodo. La prima invenzione fu denominata “bottiglia di Kleist”, dal nome di Ewald Georg von Kleist, un decano della cattedrale di Kammin, Prussia. Egli costruì e sperimentò questo dispositivo nel 1745. La seconda invenzione è nota come “bottiglia di Leida” (1746). La creò Pieter van Musschenbroek, professore di matematica e fisica presso l'Università di Leida in Olanda. La bottiglia di Leida divenne popolare quando Musschenbroek ebbe inviato una relazione al suo collega in Francia, dicendo: Vorrei parlarvi di un esperimento nuovo ma terribile, che vi consiglio di non provare mai, né io lo riproverò, che l'ho sperimentato e sono sopravvissuto per grazia di Dio, non lo farò di nuovo per tutto il regno di Francia. Subito dopo descrisse l'esperimento nei minimi dettagli, come se incoraggiasse le persone a condurre questo "esperimento terribile". Il consiglio "Non provatelo mai" attirò un sacco di interesse, non solo in Europa, ma anche in America, dove Benjamin Franklin aveva lavorato su una teoria di cariche positive e negative. È documentato che in Francia, il re Luigi XV utilizzò la bottiglia di Leida per il divertire con uno shock i suoi soldati, e più tardi scaricò una batteria di bottiglie di Leida collegate tra loro su un cerchio di 700 monaci uniti mano nella mano. Le bottiglie di Leida di grande capacità al momento della scarica possono essere mortali per piccoli animali e sono vietate per il test su persone. La nostra piccola bottiglia di Leida ha una capacità molto piccola e non è sufficiente per produrre una scintilla significativa. La sua capacità, tuttavia, è abbastanza buona per dimostrare la presenza di cariche. Pag. 19 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Esperimento: Inserite una asticella verticalmente attraverso il centro dell'anello che si trova all'interno del contenitore cilindrico. Attaccate il secondo spillo alla superficie esterna del contenitore con gli elastici (uno vicino alla parte superiore e uno in prossimità del fondo). Riempite il contenitore con acqua di rubinetto fino a raggiungere l'anello all'interno - il marcatore del livello dell'acqua. Cercate di non bagnare la carta. 1. Mettere elastici Posizionate il contenitore sopra la pellicola di plastica. 2. Inserire asticelle Ora avete creato un semplice condensatore - un “sandwich” fatto da conduttore – isolante – conduttore. Mettendolo sopra la pellicola di plastica lo avete anche isolato da terra. Il contenitore cilindrico è fatto di plastica, che è un isolante. La carta all'esterno e l’acqua all'interno sono conduttori. Abbiamo discusso la conducibilità della carta e dell’acqua all'inizio di questo libretto. I due conduttori - carta e acqua - sono isolati l'uno dall'altro dalle pareti in plastica del contenitore. Abbiamo anche utilizzato la pellicola di plastica per isolare la carta conduttrice da terra (per esempio, un tavolo conduttore). Una asticella di metallo conduttore è a diretto contatto con l'acqua e l’altra è a contatto con la carta. Attaccate la perlina con il filo da pesca corto alla fine dell’asticella piegata. Inserite lo spillo curvo nel supporto in plastica. Mettetela da parte per usarla in un secondo momento come indicatore della carica sulle asticelle. 3. Tenuta corretta Carichiamo la bottiglia di Leida. Accendete la bacchetta elettro -magica tenendo il contenitore con la mano libera, come mostrato in figura. Il vostro corpo serve come messa a terra, quindi per ottenere i migliori risultati si prega di assicurarsi che non siate isolati da terra da suole isolanti delle scarpe. 4. Caricamento corretto In questo esperimento puntate la bacchetta verso l’asticella interna e caricate per 10-20 secondi. Pag. 20 Tenere il cilindro con la mano toccando l’asticella di metallo Carichiamo l’acqua attraverso l’asticella inserita nella parte centrale del contenitore toccando l’asticella con il tubo di controllo della bacchetta elettro-magica accesa. Si consiglia un tempo di ricarica di 15-20 secondi. E' importante assicurarsi che la bacchetta elettromagica non punti direttamente all’asticella esterna (verificare l'immagine per il corretto posizionamento). Ritirate la bacchetta elettro -magica e la vostra mano dal conte- Science Kit GUIDA AGLI ESPERIMENTI nitore. Avvicinate la perlina sospesa al filo ponendola tra le due asticelle. Essa rimbalzerà tra l’una e l’altra continuamente. Perché? La perlina rimbalza tra le asticelle perché una volta che entra nel campo elettrico delle asticelle viene attratta all’asticella più vicina a causa dell’induzione elettrostatica. Essa viene caricata con una carica simile, respinta, e attratta alla seconda asticella con carica opposta. A contatto con la seconda asticella essa acquisisce la carica opposta e viene respinta. È importante comprendere che la perlina porta via una piccola carica dalla prima asticella e la trasferisce alla seconda. Questo neutralizza leggermente la seconda asticella. Poi la perlina acquisisce una piccola carica opposta dalla seconda asticella e la porta alla prima. Il contatto con la prima asticella comporta che la perlina neutralizzi parzialmente anch’essa. 5. Perlina rimbalzina Così la perlina rimbalza ripetutamente tra le due asticelle, trasferendo le cariche da una all'altra. Alla fine la carica sulle asticelle diventa così bassa che non può più indurre carica nella perlina. Come si fa a caricare la bottiglia di Leida? Non appena ci avviciniamo all’asticella di metallo conduttore con la bacchetta elettro-magica accesa, il forte campo elettrico della bacchetta elettro-magica con carica positiva per induzione provoca il movimento degli elettroni liberi all'interno dell’asticella, attraendoli verso la punta dell’asticella. La parte opposta dell’asticella si carica positivamente. Allo stesso tempo, gli elettroni liberi in acqua vengono attratti dall’asticella positiva e scorrono lungo l’asticella verso la bacchetta elettro-magica. Sia attraverso il contatto con il tubo di controllo o sia per induzione, lo spillo centrale e l'acqua diventano carichi positivamente. L'acqua caricata positivamente risiede all'interno del contenitore di plastica, che è un isolante. Il campo elettrico dell’acqua provoca polarizzazione all'interno dell'isolante. Così gli atomi si deformano e gli elettroni interni ad essi si orientano lungo il campo elettrico positivo dell’acqua, incontro ad esso. Allo stesso tempo, i nuclei vengono spinti lontano dall’acqua. Il forte campo elettrico dell’acqua induce gli elettroni liberi nella carta ad essere attratti verso l'interno del contenitore e così catturare elettroni supplementari dal corpo umano conduttivo attraverso la mano che tiene il contenitore. Così, quando togliamo la bacchetta elettromagica e la mano che mette a terra il contenitore, si finisce per avere delle cariche equivalenti su entrambi i conduttori. Queste cariche hanno una barriera che non consente loro di neutralizzarsi l’un l'altra senza un mezzo esterno. Il rimbalzo della perlina tra i due spilli trasferisce una piccola parte di cariche in ogni ciclo, riducendo alla fine la carica al minimo. In teoria, se questi due spilli avessero modo di toccarsi, produrrebbero una scintilla allo scarica. Nel nostro caso, la capacità della bottiglia è piccola. Anche se la scintilla fosse osservata nel buio completo, sarebbe abbastanza difficile da vedere. Per vostro divertimento potete sperimentare riempiendo la bottiglia di Leida con liquidi diversi, come aceto o acqua salata. Pag. 21 GUIDA AGLI ESPERIMENTI Science Kit Risoluzione dei problemi della bacchetta elettro-magica La bacchetta elettro-magica non fa alcun ronzio quando si preme il pulsante di accensione. Molto probabilmente questo è un problema della batteria. Verificate che le batterie siano completamente cariche e installate correttamente. Potrebbe essere necessario installare batterie nuove. Assicurarsi che il vano batteria sia fissato saldamente. Se la reinstallazione delle batterie non funziona, allora è un problema del motore. A volte si può far ripartire un motore "dormiente" toccando il vano motore più volte con la mano. Dovete forzare il motore e può ripartire. Se questo non va, si prega di contattare la società di produzione in base alle informazioni fornite sulla scatola. La bacchetta elettro-magica produce un ronzio ma non funziona. Questo tipo di problema può essere avere origini diverse: 1. In alcune condizioni atmosferiche, l'acqua può condensare all'interno del tubo di controllo di cartone. È possibile usare un asciugacapelli per asciugare l'interno del tubo di controllo. Raramente, in luoghi umidi, l'acqua può condensare all'interno della cavità della bacchetta elettro-magica. Può essere utile anche soffiare per asciugare la struttura di plastica. 2. La tua bacchetta elettro-magica abbisogna di pulizia interna a causa sia di uno strato di lubrificante che copre la cinghia e i rulli, o a causa di polvere o umidità. In questo caso si rimanda al video postato su Youtube www.unitechtoys.com con le istruzioni da seguire passo passo su come pulire la tua bacchetta. La mia bacchetta elettro-magica sembra funzionare bene ma le sagome fluttuano in aria troppo basse sopra la bacchetta. L’umidità neutralizza l’elettricità statica e provoca la dissipazione molto rapidamente. Inoltre, le sagome che volano in un ambiente umido assorbono acqua dall'aria e diventano pesanti. Se sono umide, allora asciugate la bacchetta e gli oggetti volanti - con molta attenzione – e ciò risolverà la situazione. In caso contrario, le batterie possono essere un po’ scariche. Potrebbe essere necessario sostituirle. E se questo non ha va, allora potrebbe essere il primo sintomo che la tua bacchetta ha bisogno di pulizia. Pag. 22
