CORSI SPECIALI DI ABILITAZIONE ALL'INSEGNAMENTO SECONDARIO
Corso di Laboratorio di Didattica della Fisica
Docente: Prof.ssa Stevani
TITOLO
Collocazione
curricolare
La corrente elettrica
3^ media inferiore
1° quadrimestre
Tempo previsto
6h
Prerequisiti
Saper effettuare misurazioni, raccogliere dati, costruire dati, costruire e
interpretare grafici
Saper descrivere il fenomeno dell'elettrizzazione anche con semplici
esperimenti
Sapere che le forze elettriche agiscono a distanza
Sapere che le cariche elettriche sono di due tipi e che possono essere isolate
Sapere che cariche uguali si respingono mentre cariche opposte si
attraggono
Saper spiegare l'elettrizzazione utilizzando la struttura dell'atomo
Sapere che la corrente elettrica è un flusso di elettroni attraverso un
conduttore
Conoscere i principali elementi di un circuito elettrico (generatore,
conduttore, interruttore, utilizzatore)
Conoscere le definizioni e le unità di misura di tensione, corrente,
resistenza
Conoscere le tre leggi di Ohm
Saper risolvere problemi in cui applicare le tre leggi di Ohm
Conoscere i pericoli dell'elettricità e le principali regole per evitarli
Riconoscere i principali conduttori ed isolanti
Saper applicare le leggi di Ohm in problemi
Contenuti
• La corrente elettrica
• I circuiti elettrici
• Buoni e cattivi conduttori
• Le grandezze elettriche
• Le leggi di Ohm
• Circuiti in serie e in parallelo
• Applicazioni e rappresentazione sul piano cartesiano delle leggi di Ohm
Attività di laboratorio
Verifica
Collegamenti
pluridisciplinari
Realizzazione di un semplice circuito elettrico
Relazione tra intensità e differenza di potenziale
Realizzazione di circuiti con filo conduttore di diversa sezione
Realizzazione di circuiti con filo conduttore di diversa lunghezza
Relazione tra intensità e differenza di potenziale
Resistenze collegate in parallelo
Resistenze collegate in parallelo
Corrente elettrica e calore
Effetto chimico della corrente
Test, relazione laboratorio comprensiva di rappresentazioni grafiche e
tabulari
•
•
Educazione sanitaria: i pericoli dell’elettricità e loro prevenzione
Educazione tecnica: l’energia elettrica, le centrali elettriche
Viene di seguito proposto la mappa concettuale che riassume quanto lo studente deve conoscere
per svolgere l'attività di laboratorio.
Il circuito elettrico
Obiettivo
Si vuol dimostrare che un sistema composto da un generatore, un conduttore ed un
utilizzatore costituisce un circuito in cui fluisce una corrente elettrica, cioè un circuito elettrico.
Materiali
o pila piatta da 4,5 volt
fermacampioni
o lampadina da 3,5 volt con
portalampada
o foglio di cartone spesso (cm 30 x
30)
o filo elettrico abbastanza lungo
o due morsetti a bocca dì
coccodrillo
o forbici da elettricista
o fermacampioni
o gomma
o pezzette di ferro
Esecuzione
o •Taglia a metà il filo elettrico e a ogni estremità togli il rivestimento per due centimetri in
modo che sporgano i fili di rame.
o Fissa con il nastro adesivo la pila sul carto
ne e collega con uno dei due fili un polo della
pila alla lampadina, così come vedi in figura.
o Collega il secondo filo all'altro polo della pila.
o Fissa con i fermacampioni il fiio elettrico al !
cartone.
o Alle estremità libere dei fili attacca i morsetti.
o Poni a contatto i morsetti e osserva.
o Ripeti l'esperimento inserendo tra i morsetti 1
prima la gomma e poi il pezzette di ferro.
o Osserva.
Risultati
o Quando i morsetti sono a contatto, la lampadina .perché nel filo passa Il circuito e
aperto/chiuso
o Che cosa accade inserendo tra i
morsetti la gomma? E inserendo il
pezzetto di ferro? Giustifica la risposta.
o Prendi una pila e accosta la lingua alle due lamelle. Quale sensazione provi? Sapresti
spiegare perché
Relazione tra intensità e differenza di potenziale
Obiettivo
Si vuole dimostrare che intensità e resistenza sono grandezze inversamente proporzionali
Materiali
o Tre pile di tensione diversa (1,5 volt; 4,5 volt; 9 volt)
o Tre lampadine uguali da 4,5 volt
o Filo elettrico
Esecuzione
o Collega ciascuna pila a una lampadina utilizzando il filo elettrico
o Osserva con attenzione
Risultati
o Qual è la pila che da la luce più fioca?
o Qual è la pila che da la luce più intensa?
o Aumentando la tensione, l'intensità di corrente aumenta/diminuisce.
o Le due grandezze sono……………..proporzionali.
o Che cosa succede dopo un po' di tempo alla lampadina collegata alla pila avente
tensione maggiore?
o Sapresti spiegare perché
Relazione tra intensità e resistenza (realizzazione di circuiti con filo conduttore di diversa sezione)
Obiettivo
Si vuole dimostrare che intensità e resistenza sono grandezze inversamente proporzionali
Materiali
o Amperometro
o pila da 4,5 volt
o due fili elettrici di diversa sezione ma di uguale lunghezza
Esecuzione
o Costruisci un circuito elettrico utilizzando il filo conduttore di sezione minore.
o Chiudi il circuito e osserva la luce emessa dalla lampadina.
o Annota il valore dell'intensità di corrente che leggi sull'amperometro.
o Ripeti l'esperimento utilizzando il filo conduttore di maggiore sezione
Risultati
o A parità di lunghezza, oppone maggiore resistenza al passaggio di corrente il filo
conduttore
con sezione.............................................
o Usando il filo con sezione minore, la luce emessa dalla lampadina è……….................;
l'amperometro segna una corrente di intensità pari a…………. ampère. Usando il filo
con sezione maggiore, la luce emessa dalla lampadina è……………………; l'amperometro segna una corrente di intensità pari a ampère.
Aumentando la resistenza, l'intensità aumenta / diminuisce.
Le due grandezze sono……………………………………….proporzionali
Resistenze collegate in parallelo
Obiettivo Si vuole dimostrare che in un circuito con resistenze poste in parallelo la resistenza
complessiva è minore di ciascuna costituente il sistema
Materiale occorrente Tre resistenze: una di 22 Ω, una di 39 Ω, una di 69 Ω;
amperometro,voltometro, pila di 9 V; fili di collegamento, uno dei quali con interruttore; alcuni
pezzetti di filo di rame nudo (senza la guaina di rame).
Esecuzione Collega le tre resistenze in parallelo, cioè unisci tra loro le estremità destre e tra loro
quelle sinistre, legandole con i fili di rame. Inserisci il sistema nel circuito della figura sottostante,
chiudi l'interrattore e leggi i valori sugli strumenti:
V = 7,55 V ; i = 650 mA = 0,65 A
Con la legge di Ohm, calcoliamo la resistenza del sistema: R = V/i = 7,55/0,65 = 11,62 Ω
Collegamento di resistenze in parallelo
Risultati La resistenza complessiva è minore/maggiore di ciascuna delle tre costituenti il sistema.
Spiegazione del fenomeno: il cammino degli elettroni di conduzione è agevolato dal fatto che si
possono distribuire in tre conduttori, anziché affollarsi in uno solo; la situazione è paragonabile a
quella dell'acqua che, anziché essere costretta a scorrere in un solo canale, può suddividersi in tre
diversi canali.
Resistenze collegate in serie
ObiettivoSi vuole dimostrare che in un circuito con resistenze poste in serie la resistenza
complessiva è uguale alla somma delle singole resistenze costituenti il sistema
Materiale occorrente: le tre resistenze di 22 Ω, una di 39 Ω, una di 69 Ω; amperometro, voltmetro,
pila da 9V; fili di collegamento, uno dei quali con interruttore; alcuni pezzetti di filo di rame nudo
(senza la guaina di plastica).
Esecuzione Collega le tre resistenze in serie, cioè una di seguito all'altra, legandole con i fili di
rame. Inserire il sistema nel circuito della figura , chiudere l'interruttore e leggere i valori sugli
strumenti: F=8,33 V ; i= 0,064 A
Con la legge di Ohm, calcola la resistenza del sistema: R = V/i = 8,33/0,064 = 130,16 Ω.
Addiziona le tre resistenze (22 + 39 + 69) Ω = 130 Ω
Collegamento di resistenze in serie
Risultati Questo risultato è pressocchè uguale al quello sperimentale, possiamo affermare di avere
scoperto che nel collegamento in serie, la resistenza complessiva è uguale alla ……. delle singole
resistenze.
Se le resistenze R1, R2, R3 , ....vengono collegate in serie, la resistenza del loro insieme è R = R1+
R2+ R3 +....
La spiegazione è semplice: ciascuna resistenza è un ostacolo posto sul cammino degli elettroni di
conduzione; e gli ostacoli, essendo posti uno di seguito all'altro, si sommano.
Corrente elettrica e calore
Obiettivo
Si vuole dimostrare che una corrente elettrica, attraversando un conduttore, produce calore.
Materali
o filo elettrico
o termometro
o pila
Esecuzione
o Avvolgi il filo attorno al bulbo del termometro in modo che le spire non si tocchino.
o Collega i due estremi del filo ai poli della pila.
o Aspetta qualche istante e controlla la colonnina di mercurio
Risultati
o La temperatura segnata dal termometro aumenta / diminuisce al passaggio della corrente.
o Si può concludere che una corrente elettrica, attraversando un conduttore,
produce………….
Effetto chimico della corrente
Obiettivo
Si vuole dimostrare che oltre ai conduttori solidi esistono anche dei conduttori liquidi rappresentati
da soluzioni formate da acqua e da particolari sostanze, gli elettroliti, che si dissociano in ioni
positivi e ioni negativi. Sono elettroliti gli acidi, le basi e i sali.
Effetto chimico della corrente elettrica
Materiali
Materiali o recipiente in vetro
o due bacchette di rame (o di
carbone)
o sale da cucina
o acqua distillata
o filo elettrico
o pila da 9 volt
o lampadina
o interruttore
Esecuzione
Risultati
• Metti nel recipiente l'acqua distillata.
• Costruisci un circuito con il filo elettrico, l'interruttore, la pila, la lampadina (come
vedi in figura).
• Collega ogni capo del filo a una bacchetta
di rame.
• immergi le bacchette nell'acqua distillata.
• Chiudi il circuito e osserva: la lampadina
si accende?
• Apri il circuito ed estrai le bacchette.
• Aggiungi del sale nell'acqua fino a ottenere una soluzione molto concentrata.
• Immergi nuovamente le bacchette e chiudi il circuito: la lampadina si accende?
• Osserva con attenzione le estremità delle bacchette immerse in acqua. Che cosa
noti?
• Quando le bacchette sono immerse in acqua distillata e chiudi il circuito, la
lampadina si accende? [si [NO]
• L'acqua distillata conduce /non conduce corrente.
• Quando le bacchette sono immerse nella soluzione concentrata e chiudi il
circuito, la lampadina si accende? jsi] [NÒ]
• La soluzione conducé/ non conduce corrente.
• Alle estremità delle bacchette immerse nella soluzione si formano delle…… …
Al termine dell’ attività di laboratorio viene proposto una verifica finale con esercizi di diversa
tipologia e difficoltà.
1) Vero o falso?
Il verso della corrente elettrica è quello del moto delle cariche negative
La corrente elettrica nei metalli è un flusso di elettroni.
L'amperometro è uno strumento per misurare la carica elettrica.
L'unità di misura della resistenza elettrica è l'ohm
Le resistenze collegate in parallelo si sommano.
Si ha corto circuito quando i poli del generatore sono collegati tra loro mediante conduttori
privi di resistenza elettrica.
V
V
V
V
V
V F
2) Inserisci al posto giusto le parole scritte in corsivo.
La tensione elettrica si misura con il .............. e la sua unità di misura è il........... ; l'intensit à della
corrente si misura con I' ............... e la sua unità di misura è I' ........... ; il primo strumento deve
essere collegato in .............. con l'utilizzatore, il secondo invece in ............
ampere, parallelo, voltmetro, amperometro, volt, serie
Se due resistenze R vengono collegate in ............. , la resistenza complessiva diventa 2R, se
vengono collegate in ............. , diventa R/2. Se le resistenze R sono cinque, collegandole come
sopra si ottengono resistenze complessive....... e .........
R/5, parallelo, 5R, serie
3) Nei gruppi di parole seguenti trova l'intruso
Corrente elettrica, elettroni, newton, ampere
circuito elettrico, generatore elettrico, fulmine, interruttore, utilizzatore
Amperometro, multimetro universale, corrente elettrica, dinamometro, milliampere
4) Quesiti con proposte di risposta
Un generatore elettrico è un dispositivo capace di
1. generare cariche elettriche
2. mantenere pressoché costante la tensione elettrica tra due suoi punti detti poli
3. neutralizzare i protoni, facendoli diventare neutroni
Un voltmetro è uno strumento
F
F
F
F
F
1. per misurare l'intensità di corrente
2. per mantenere una certa tensione tra due punti di un circuito
3. per misurare la tensione tra due punti di un circuito
La resistenza elettrica di un conduttore è
1. il rapporto tra la sua lunghezza e l'intensità della corrente che lo percorre
2. il prodotto della tensione tra i suoi estremi e l'intensità della corrente che lo percorre
3. il rapporto tra la tensione tra i suoi estremi e l'intensit à della corrente che lo percorre
5) Associazioni
generatore elettrico
amperometro
tensione elettrica
resistenza elettrica
utilizzatore
elettroni e protoni
resistenze collegate in serie
a tensione ai capi dell'utilizzatore è di 20 V
ohm
motore elettrico
pila
cariche elettriche
voltmetro
intensità di corrente
la forza elettromotrice del generatore è maggiore
20V
si sommano
Esercizi e problemi
6)Se il voltmetro segna 50 V e la resistenza dell'utilizzatore è 250 Ω, quale è l'intensità della
corrente nel circuito?
7)
I sottostanti circuiti contengono resistenze identiche. In ciascun circuito il voltmetro V misura una
differenza di potenziale. Qual è l’ordine corretto di voltaggio misurato, dal più alto al più basso ?
A.
A> B> C>D B.
B>C>A>D C.
D>A>C>B D.
C>B>A>D
8) In un circuito elettrico con la differenza di potenziale di 30 volt sono inserite resistenze diverse.
a) Completa la seguente tabella calcolando, per ogni resistenza data, i corrispondenti valori
dell'intensità:
R (ohm)
1
2 3
4
5
6
1 (ampère)
b) Indica con y l'intensità e con x la resistenza e riporta i dati della tabella sul piano carte siano.
Quale grafico ottieni?
e) Quale relazione lega l'intensità e la resistenza?
9) Per la legge di Ohm, tra la differenza di potenziale, la resistenza di un conduttore e l'inten sità di
corrente esiste la relazione V = R x I
• Calcola la resistenza nel caso in cui la differenza di potenziale sia 480 volt e l'intensità di
corrente sia 20 ampère.
• Mantenendo costante la resistenza calcolata, completa la seguente tabella:
I (ampère)
V (volt)
5 .......
..... 240
15 20
....... 480
• Indica con x l'intensità e con y la differenza di potenziale e riporta i dati sul piano carte
siano. Quale grafico ottieni?
• Quale relazione lega la differenza di potenziale e l'intensità di corrente?
Pericoli dell’elettricità e loro prevenzione
Accade spesso di sentire parlare di infortuni causati dall'elettricità; ogni anno, infatti, sono molte le
persone che muoiono folgorate dalla corrente elettrica.
Il corpo umano è un buon conduttore di elettricità poiché nel suo interno sono presenti soluzioni
saline. Se si viene a contatto con la corrente elettrica, le cariche attraversano il corpo per scaricarsi
a terra e provocano la folgorazione della persona. Anche correnti di bassa intensità e bassa
tensione possono provocare la morte.
La resistenza di un ferro da stiro può essere di 50 ohm. La resistenza bassa del ferro da stiro
consente il passaggio di corrente con intensità alta, che si trasforma in una grande quantità di
energia termica: I = 220 V / 50= 4,4 A. Questa intensità di corrente è piuttosto elevata e
pericoosa. Gli effetti nocivi sul corpo umano, infatti, sono dovuti alla intensità della corrente che
lo attraversa. La resistenza del corpo umano ha quindi una grande importanza per limitare i
danni della corrente elettrica. Quando la resistenza è molto grande, circa 300 000
se la pelle è secca, i pericoli sono minori. Calcola l’intensità di corrente che passa nel nostro corpo, s
e la pelle è perfettamente secca: I = 220 V / 300 000 Ω
= 0,0007 A. Dalla sottostante tabella ricavi che la scossa avvertita non è particolarmente pericolosa.
Tab. 1 Effetto della intensità di corrente sull’organismo
I ntensità della
corrente
in A mpère, A
0,001
0,005
0,015
0,070
Effetto
Viene avvertito la
scossa
L’effetto della scossa
è doloroso
La scossa fa perdere il
controllo muscolare
La corrente passa
attraverso il cuore e
la scossa è mortale
Ma se le mani sono bagnate la scossa è mortale, perché la resistenza si abbassa a circa 200
Ω. L’acqua che bagna le mani contiene in soluzione ioni positivi e negativi, che facilitano il passaggi
o della
corrente:
I = 220 V / 200 Ω
= 1,1 A
Ugualmente pericolosa è la scossa che può colpirti, se tocchi con mani bagnate, il polo (+)
della batteria di un’auto: I = 12 V / 200 Ω = 0,06 A
Legge di Ohm. Fili ad alto potenziale
L‛uccello non viene folgorato perché fra i due piedi non c‛è differenza di potenziale.
Pertanto, nessuna corrente fluisce nel corpo del volatile
Che cosa fare se una persona resta folgorata? Innanzitutto è necessario mantenere la calma;
evitare di toccare l'infortunato nel caso in cui sia ancora aggrappato al conduttore di corrente e
staccare tempestivamente l'interruttore generale; se ciò non è possibile, si può allontanare
l'infortunato dal conduttore usando un bastone di materiale isolante. È comunque molto
importante fare azione di prevenzione per evitare gli incidenti:
- controllare spesso che il rivestimento dei fili elettrici non sia consumato;
-
sostituire contamente spine,prese e interruttori danneggiati;
evitare riparazioni provvisorie;
non usare apparecchi elettrici con mani e piedi bagnati o quando si fa il bagno;
non toccare contemporaneamente un ap parecchio elettrico e un oggetto metallico;
non toccare un elettrodomestico caduto in acqua: togliere prima la corrente;
non riparare prese o interruttori con oggetti metallici senza avere prima staccato la corrente;
non riparare utilizzatori se sono inseriti nella rete elettrica.
Esistono inoltre alcune precauzioni importanti da prendere: tutti gli elettrodomestici devono essere
collegati a terra, in modo che, in caso di guasto, il circuito si chiuda attraverso la presa di terra e non
attraverso il corpo di chi lo usa.
In ogni impianto esiste un cavo collegato a terra; le prese hanno tre punti d'attacco e le spine tre
boccole: la boccola centrale "collega l'apparecchio elettrico a terra. La più recente legislazione
prevede l'obbligo di installare in casa un interruttore salvavita.
Educazione tecnica: Le centrali elettriche
Gli elettroni, muovendosi da un punto all'altro del conduttore, devono vincere una certa
resistenza; per fare questo, compiono un lavoro e perciò possiedono energia. Tale energia viene
detta energia elettrica. L'energia elettrica, a partire dai primi anni del XX secolo, è diventata
insostituibile nelle case, nelle industrie e nei trasporti poiché offre molti vantaggi: fa funzionare
macchi-nari che rendono meno gravoso il lavoro, può essere facilmente trasportata a
distanza mediante cavi e può essere trasformata in molte altre forme di energia. L'energia
prodotta nelle centrali viene immessa nei fili delle linee di distribuzione ad alta tensione (oltre
100.000 volt) e a bassa intensità, onde ridurre la resistenza che provocherebbe perdita di energia
sotto forma di calore. Essendo estremamente pericoloso avvicinarsi ai cavi, le linee sono poste a
grande altezza dal suolo grazie a grossi tralicci distribuiti lungo il percorso. In prossimità dei
luoghi dove deve essere utilizzata, la corrente viene fatta passare in trasformatori che riducono la
tensione a valori più bassi (a 380 volt o a 220 volt) adatti, rispettivamente, al funzionamento
degli apparecchi industriali e domestici.
