Scheda “CHE COS’È L’ENERGIA”
La scheda propone alcune domande ai ragazzi che risponderanno esponendo la loro visione
dell’argomento e facendo proposte concrete di applicazione delle tecnologie pulite per la produzione
di energia rinnovabile.
Difficoltà
Facile
Tempo di esecuzione
30 minuti
Elenco materiali
Una scheda esperienza “Cos’è l’energia” per
ogni studente
Modalità di esecuzione
Distribuire a ogni studente la scheda spiegandone gli
obiettivi e le modalità di compilazione; lasciare almeno
10 minuti per completare la scheda.
Come funziona
La prima parte della scheda richiede l’indicazione di
aggettivi e azioni che normalmente sono associate alla
parola energia: sarà interessante verificare se gli
studenti attribuiscano all’energia significati positivi,
negativi o neutri indice della visione generale di ogni
studente rispetto all’argomento.
La scheda richiede quindi di effettuare alcuni
ragionamenti in merito alle fonti energetiche esauribili e rinnovabili stimolando a proporre idee per un
uso consapevole dell’energia che permetta di poter permettere il funzionamento dei principali servizi
presenti in un ambiente urbano e quello rurale (rappresentato da una fattoria). Nella parte finale
della scheda si evidenziano le principali azioni che implicano il consumo di energia a casa per capire
se i ragazzi attribuiscono a queste azioni una più o meno spiccata relazione con i principali problemi
ambientali.
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1. Scrivi 5 aggettivi che assoceresti alla parola energia
2. Scrivi almeno 5 azioni della tua giornata alle quali assoceresti la parola energia
3. Scrivi per quale scopo useresti le seguenti fonti energetiche
petrolio
scopo_________________
perché__________________
metano
scopo__________________
perché__________________
energia solare
scopo__________________
perché__________________
acqua
scopo__________________
perché___________________
vento
scopo__________________
perché___________________
4. Devi fornire energia ad una città dove ci sono: abitazioni, trasporti, servizi, industrie ecc.
Illustra le proposte che tu adotteresti al fine di utilizzare tecnologie il più possibile sostenibili
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________
5. Fai le stesse considerazioni di cui sopra per fornire energia ad una fattoria dove ci sono:
produzione di prodotti agricoli, allevamento, abitazioni, fienile ecc.
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6. l’uso dell’energia a casa ha , secondo te, qualche rapporto con i problemi ambientali?
si
no
perché________________________________________________________________________
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7. indica se usi l’energia nelle seguenti situazioni:
vado in bicicletta
faccio del pane tostato
faccio ginnastica
faccio lavori in casa
accendo le luci
faccio una doccia
uso la lavatrice
cucino un pasto
mangio un pasto
accendo la stufa
faccio un foro con un trapano
lavo i piatti manualmente
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ATTIVITÀ “L’ELETTROCALAMITA”
Un qualsiasi pezzo di ferro può diventare una calamita. L’esperienza permette di creare un campo
elettromagnetico attorno a una bacchetta di acciaio, realizzando un elettromagnete, usando oggetti
che si possono facilmente trovare a casa o che si possono acquistare in una ferramenta.
Difficoltà
Facile
Tempo di esecuzione
10 minuti
Elenco materiali
Cavo elettrico spellato alle estremità
Un lungo chiodo di ferro
Tre graffette
Una batteria da 4,5 V
Nastro adesivo
Una piccola ciotola di plastica o legno
REPERIBILITÀ
I chiodi sono acquistabili nei negozi di ferramenta; fili
elettrici e le batterie nei negozi di materiale elettrico.
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Modalità di esecuzione
1. Per fare in modo che il cavo conduca l'elettricità è necessario rimuovere l'isolamento dalle sue
estremità, che verranno quindi avvolte attorno ai terminali della batteria.
2. Mettere gli strumenti in una piccola ciotola in plastica o di legno. È una buona idea contenere
l'energia con cui si sta lavorando all'interno di una ciotola che non conduca elettricità
3. Avvolgere il chiodo afferrando il cavo a circa 20 centimetri dalla fine e avvicinarlo alla testa del
chiodo avvolgendolo attorno ad esso. Continuare ad avvolgere il chiodo in modo che il
secondo giro di cavo tocchi il primo ma evitando che si sovrapponga. Continuare ad avvolgere
il chiodo fino a ricoprirlo totalmente. È fondamentale avvolgere il chiodo con il cavo sempre
nella stessa direzione, in modo da permettere all'elettricità di scorrere in un'unica direzione.
Avvolgere il cavo in direzioni diverse significa far scorrere l'elettricità in direzioni diverse, e ciò
provocherà l'impossibilità di creare un campo magnetico.
4. Collegare le estremità del cavo alla batteria avvolgendo le due parti esposte del cavo
rispettivamente al polo positivo e a quello negativo della batteria. Usare un po' di nastro
adesivo per tenere ferme le estremità del cavo.
Il lato della batteria a cui si attaccherà il cavo determinerà la polarità del campo
magnetico che si sta creando. Scambiare i cavi significa scambiare anche i poli. In un
verso o nell'altro, il chiodo verrà comunque magnetizzato.
Quando si attacca la seconda estremità del cavo, la batteria comincerà
immediatamente a condurre elettricità attraverso la spirale del cavo. Il chiodo diventerà
bollente, quindi prestare attenzione a non scottarsi.
5. Testare il magnete. Una volta collegati i cavi alla batteria e cominciato il flusso di elettricità, il
chiodo verrà magnetizzato. Verificare la magnetizzazione avvicinando il chiodo a una graffetta
o ad un altro piccolo oggetto di metallo. Se il chiodo attira l'oggetto di metallo allora il magnete
sta funzionando.
Come funziona
Per costruire un elettromagnete, la corrente elettrica deve scorre attraverso un pezzo di metallo
creando un campo magnetico; per fare questo c’è bisogno di una fonte di elettricità, di un conduttore
e di un elemento metallico.
I campi magnetici vengono prodotti quando tutti gli elettroni in un oggetto metallico ruotano nella
stessa direzione, come fenomeno naturale o in un magnete creato artificialmente oppure quando
vengono stimolati da un campo elettromagnetico.
Durante lo svolgimento dell’esperimento la batteria si scalda molto: il percorso degli elettroni è corto
e largo e gli elettroni si muovono in gran quantità. Questo fatto esaurisce prestissimo la batteria che
va poi smaltita come rifiuto pericoloso per l’ambiente. Si consiglia pertanto di evitare di prolungare il
collegamento alla batteria appena si è verificato l’effetto magnetico della corrente.
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ATTIVITÀ “LA DINAMO”
Mediante il funzionamento di una dinamo da
bicicletta viene osservata la trasformazione di
energia meccanica in energia luminosa.
Difficoltà
Facile
Tempo di esecuzione
10 minuti
Elenco materiali
una dinamo da bicicletta
una lampadina da 3 min a 6 max volt
un porta lampada
due pezzi di filo elettrico con le estremità
spellate
una fettuccia resistente lunga 1,5 m circa
Modalità di esecuzione
Avvitare la lampadina al centro del portalampada;
Collegare una estremità di ciascun filo a ciascuna delle estremità del portalampada;
Collegare l’altra estremità di ciascun filo alle due parti metalliche che sporgono dalla base
della dinamo;
Legare la fettuccia prima della rondella;
Avvolgere completamente la fettuccia attorno alla rondella;
Tenendo in mano la dinamo tirare con decisione l’estremo libero della fettuccia;
La lampadina si accende;
Lo stesso sistema dinamo-lampadina può venir collegato a una ruota idraulica ottenendo così
un esempio di energia idroelettrica o a pale eoliche ottenendo un esempio di energia eolica;
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Come funziona
Per cercare di capire il funzionamento della dinamo, occorre richiamare alla mente un fenomeno ben
noto: il magnetismo. Com’è noto, la calamita (o magnete permanente) è in grado di interagire,
mediante una forza, con un’altra calamita (si pensi al caso della forza esercitata sull’ago magnetico di
una bussola da parte della Terra che sappiamo essere un enorme magnete) o con materiali
suscettibili di magnetizzazione (cioè di divenire magneti a loro volta come, ad esempio, alcuni metalli
tra i quali il ferro).
Un altro aspetto di interesse è quello relativo ai fenomeni
derivanti dal movimento di un magnete. Se, infatti, un
magnete viene posto in movimento, si rileva nello spazio ad
esso circostante, laddove la natura dei materiali lo consenta,
il passaggio di una corrente elettrica. Di fronte a questo fatto,
l’esperienza ci permette di arrivare alla conclusione che il
movimento del magnete produce preventivamente nello
spazio circostante una tensione elettrica in seguito alla quale
si può manifestare, se il mezzo materiale è idoneo (materiale
conduttore) e non vi sono ostacoli lungo il percorso, il
passaggio di corrente.
L’idea quindi che sta alla base del funzionamento della
dinamo, come pure di altre macchine elettriche, è, in estrema
sintesi, quella di sfruttare l’opportunità di ottenere dell’energia
elettrica (che si manifesta nella produzione di tensione e
corrente) mediante un apparato che prevede
l’accoppiamento di magnete e materiale conduttore, in moto
relativo tra loro, secondo un’architettura studiata allo scopo.
L’energia elettrica è frutto in realtà della conversione
dell’energia meccanica che occorre spendere per mantenere
il magnete e il conduttore in moto relativo. Nel caso della dinamo, la soluzione tipicamente adottata
prevede un sistema (detto armatura) di una o più coppie di magneti in quiete che circondano il
conduttore (detto indotto) in moto rotatorio.
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ATTIVITÀ “PILA FAI DA TE”
Produrre energia elettrica può essere un esperimento molto gratificante. Le batterie sono basate su
principio che vede passare la corrente tra due metalli mediante un’apposita soluzione, anche in casa
possiamo produrre energia elettrica ricreando delle batterie naturali.
Difficoltà
Facile
Tempo di esecuzione
10 minuti
Elenco materiali
3 barattoli di plastica delle stesse dimensioni
3 lamine di zinco
3 lamine di rame
aceto
filo elettrico
LED
Reperibilità
Le lamine di zinco e rame sono acquistabili nei
negozi di ferramenta, filo nei negozi di materiale
elettrico.
Modalità di esecuzione
1) Versare la stessa quantità di aceto all’interno dei tre barattoli di plastica
2) Inserire all’interno di ciascun barattolo 1 lamina di zinco e 1 di rame
3) Collegare una lamina di rame del primo barattolo a quella di zinco del secondo con un
pezzo di filo elettrico; collegare la lamina di rame del secondo barattolo alla lamina di zinco
del terzo barattolo con un pezzo di filo elettrico
4) Collegare la lamina di zinco del primo barattolo al LED
5) Collegare la lamina di rame del terzo barattolo al LED (stando attenti alla polarità)
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Come funziona
Gli atomi di rame (Cu) attirano gli elettroni verso di sé con una forza maggiore di quanto non facciano
gli atomi di zinco (Zn). Se mettete a contatto un pezzo di rame con un pezzo di zinco, molti elettroni
passeranno dallo zinco al rame. Concentrandosi sul rame, questi elettroni tendono però a
respingersi.
Quando il potenziale di repulsione diventa pari a quello con il quale il rame richiama gli elettroni dallo
zinco, questo trasferimento si arresta. Purtroppo non è possibile sfruttare il contatto di queste due
lamine per produrre energia elettrica perché il trasferimento di cariche si arresta immediatamente.
Invece, se inserite queste due lamine in una soluzione conduttrice e le collegate esternamente con
un filo metallico, le reazioni che avvengono agli elettrodi riforniscono il circuito di cariche. In questo
modo, il processo di produzione di energia elettrica continua e diventa utilizzabile.
Come soluzione conduttrice, potete prendere qualsiasi elettrolita, quindi una soluzione acquosa di un
acido o di una base o di un sale. La pila funziona proprio perché l’aceto è acido. Fate prove anche
con altre soluzioni conduttrici. Come sapete, anche frutti e ortaggi possiedono al proprio interno
succhi
ricchi
di
ioni
che
sono
quindi
dei
conduttori
elettrici.
Come ogni batteria, anche questa ha una durata limitata. Infatti, dopo poco tempo, sugli elettrodi di
questa pila avvengono delle reazioni chimiche di un altro tipo che li polarizzano ed impediscono alla
reazione di proseguire. La forza elettro-motrice (fem) cala e la pila non funziona più. Normalmente,
quello che avviene è una produzione di idrogeno sull'elettrodo di rame e sull'elettrodo di zinco si
formano dei composti di ossidazione che ostacolano il contatto tra il metallo e l'elettrolita. A questo
punto, si dice che gli elettrodi sono polarizzati. Per ottenere una maggiore durata della pila e una
maggiore erogazione di energia elettrica, occorre utilizzare un elettrolita più adatto.
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Scheda “LE FONTI DI ENERGIA”
Data________________Scuola
_____________________________________________Classe_______
Elencate tutte le fonti di energie che conoscete, datene una definizione, e cercate di individuare gli
aspetti positivi e negativi di ciascuna di esse.
FONTE
DEFINIZIONE
PRO
CONTRO
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FONTE
DEFINIZIONE
PRO
CONTRO
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