programma svolto - ISIS "Gobetti Volta"

PROGRAMMA SVOLTO
MATERIA: FISICA
PROF. BONACCINI RICCARDO
CLASSE 4 B MI
A.S. 2011/2012
MODULO DI INGRESSO RICHIAMO DEI PREREQUISITI
Proporzionalità diretta, inversa, quadratica . Moto rettilineo uniforme e moto uniformemente
accelerato. Principi della dinamica. Lavoro meccanico, potenza ed energia. Energia cinetica.
Energia potenziale gravitazionale. Energia meccanica. Principio di conservazione dell’energia
meccanica.
MODULO 1 IL PROBLEMA ENERGETICO: CAMBIAMENTI CLIMATICI E FONTI
ENERGETICHE RINNOVABILI
Unità 1 I cambiamenti climatici Differenza fra climatologia e meteorologia. Effetto serra naturale e
antropogenico. Dati scientifici sulle correlazioni fra aumento della concentrazione di anidride
carbonica e aumento medio della temperatura globale. Ruolo dell’I.P.C.C. (Intergovernmental
Panel on Climate Change). Effetti osservati dei cambiamenti climatici in atto.
Unità 2 Il problema delle fonti energetiche Importanza dell’energia elettrica nel mondo
contemporaneo. Fonti energetiche primarie e secondarie, rinnovabili e non rinnovabili. Cenni
all’evoluzione storica dell’utilizzo delle fonti energetiche e dei relativi problemi ambientali.
Distribuzione dei consumi energetici per area geografica e per fonte utilizzata. Problemi ambientali
dovuti all’utilizzo di combustibili fossili. Strategie per il risparmio energetico.
Unità 3 Le fonti energetiche rinnovabili Principi di funzionamento, confronto fra vantaggi e
svantaggi, possibilità di sviluppi futuri delle tecnologie per la produzione di energia elettrica:
centrali termoelettriche, termonucleari, idroelettriche, geotermiche; impianti fotovoltaici, centrali
solari a concentrazione, pannelli solari termici; impianti eolici, celle a combustibile; energia dalle
biomasse.
Lezioni multimediali: video e presentazioni multimediali su tutti gli argomenti del modulo
didattico.
Lab. di Fisica: Utilizzo di un modellino didattico di auto ad idrogeno, discussione su vantaggi e
svantaggi nell’utilizzo delle celle a combustibile e sulla possibilità di affiancarle alla produzione di
energia elettrica con fonti rinnovabili.
Conferenza: In data 21 Dicembre 2011 la classe ha partecipato ad una conferenza su
“Cambiamenti climatici e risposte istituzionali per contrastarli” tenuta dalla Dott.ssa Valentina
Grasso, del consorzio CNR Ibimet, presso l’Aula Perini del Liceo Gobetti.
MODULO 2 FENOMENI ELETTRICI
Unità 1 Carica elettrica legge di Coulomb Fenomeni elettrostatici nella vita quotidiana.
Elettrizzazione per strofinio e carica elettrica: l’elettroscopio a foglie.
. Isolanti e conduttori. Interpretazione microscopica dei fenomeni elettrostatici: richiami di struttura
atomica. Legge di Coulomb ed unità della carica elettrica. Costante dielettrica relativa.
Unità 2 Campo elettrico Introduzione al concetto di campo di forza. Campo elettrico e vettore
campo elettrico. Linee di forza: definizione e proprietà. Il campo elettrico nei conduttori: schermo
elettrostatico, gabbia di Faraday e loro applicazioni.
Unità 3 Corrente elettrica continua Differenza di potenziale ed intensità di corrente: definizione e
unità di misura. Ruolo del generatore di tensione in un circuito elettrico in corrente continua. Prima
legge di Ohm e resistenza elettrica. Potenza elettrica ed effetto Joule. Cenni alla superconduttività.
Lab. di Fisica: Esperienze di elettrostatica con bacchette di vetro e di ebanite e con l’elettroscopio
a foglie.
MODULO 3 FENOMENI MAGNETICI
Unità 1 Campo magnetico Magneti naturali ed artificiali. Interazione fra magneti e poli magnetici.
Differenze ed analogie con l’interazione fra cariche elettriche. Direzione e verso del vettore campo
magnetico e relative linee di forza. Campo magnetico terrestre.
Unità 2 Interazione fra correnti elettriche e campo magnetico: Esperienza di Oersted. Forza
magnetica su un filo rettilineo percorso da corrente: intensità B del vettore campo magnetico, regola
della mano destra per individuare il verso della forza. Interazione fra fili rettilinei percorsi da
corrente: esperimento di Ampère, permeabilità magnetica assoluta, definizione dell’unità di
intensità di corrente. Solenoide: caratteristiche, legge fisica per determinare il campo magnetico,
linee di forza. Motore elettrico in corrente continua: principio di funzionamento, ruolo del
commutatore. Materiali ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici: comportamento in presenza
di un campo magnetico esterno, interpretazione microscopica del ferromagnetismo a partire dai
domini di Weiss, permeabilità magnetica relativa e suscettività magnetica.
Lezioni multimediali: Video e simulazioni al computer su: linee di forza del campo magnetico
prodotto da magnete a barra, pianeta Terra, filo rettilineo percorso da corrente, solenoide;
esperienza di Ampère; motore elettrico in corrente continua; comportamento magnetico e relativa
interpretazione microscopica di materiali ferromagnetici, paramagnetici e diamagnetici.
Lab. di Fisica: Visualizzazione delle linee di forza del campo magnetico con la limatura di ferro.
Riproduzione dell’esperienza di Oersted. Utilizzo di un modello didattico di motore elettrico in
corrente continua.
MODULO 4 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
Unità 1 Correnti indotte Correnti indotte nelle esperienze di Faraday. Flusso del campo magnetico
attraverso la superficie interna ad un circuito elettrico. Legge di Faraday-Neumann. Legge di Lenz
come applicazione del principio di conservazione dell’energia e sua applicazione alle esperienze di
Faraday. Legge di Faraday-Neumann in forma di derivata temporale.
Unità 2 Corrente alternata Principio di funzionamento di un alternatore e sua interpretazione in base
alla legge di Faraday-Neumann. Derivazione dell’andamento sinusoidale della tensione elettrica per
una corrente alternata come conseguenza della legge di Faraday-Neumann applicata all’alternatore.
Andamento temporale della corrente alternata e sue caratteristiche: periodo, frequenza, pulsazione
ed ampiezza. Valori efficaci di intensità di corrente e tensione.
Unità 3 Applicazioni dell’induzione elettromagnetica Principio di funzionamento del trasformatore,
differenza fra elevatore e riduttore, relazione fra intensità di corrente, tensione elettrica e numero di
avvolgimenti. Rete di distribuzione dell’energia elettrica: motivazioni dell’alta tensione, utilizzo del
trasformatore.
Lezioni multimediali: Simulazioni al computer e brevi video su esperienze di Faraday,
applicazione della legge di Lenz, principio di funzionamento di un alternatore.
Lab. di Fisica: Riproduzione delle esperienze di Faraday sulle correnti indotte.
Bagno a Ripoli, 29 Maggio 2012
L’insegnante
prof. Riccardo Bonaccini
Gli studenti