U.D.: “LA FISICA NELLA PRATICA”
Obiettivi specifici di apprendimento:
lo studio di questa Unità di
apprendimento
ti
aiuterà
a
trasformare
in
COMPETENZE
PERSONALI le seguenti conoscenze e
abilità
CONOSCENZE:
•Terminologia tecnica specifica e
simbologia corretta
•Conoscenza dei concetti fondamentali
legati all’elettricità attraverso
sperimentazioni pratiche
ABILITA’:
•Saper utilizzare attrezzi e strumenti idonei
•Saper progettare e realizzare semplici
circuiti
•Saper eseguire prove sperimentali con i
progetti realizzati
1
Le leggi della FISICA regolano la vita di tutti i giorni; spiegano i
fenomeni naturali e sono alla base di tutte le invenzioni
Poi lo specchio si
asciuga, il cuore
sparisce, ma se si
appanna di nuovo il
cuore “riappare”
magicamente
Nell’Ollie
Forze segrete che
tengono incollate lo
skate
(sovrapposizione delle forze)
(pellicola di grasso insolubile in
acqua)
Intensità con cui
viene riflessa la
luce quando
attraverso un
qualcosa di
trasparente
(legge di Rayleigh)
Acqua che bolle:
da liquido a
gassoso
La forza delle tue
gambe nelle ruote
(trasferimento di forze con
ingranaggi)
Anche la
traiettoria
del pallone è
questione di
FISICA (Moti)
(passaggi di stato)
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2
Anche il contatto talvolta coinvolge la fisica,
soprattutto se si sprigiona una “scossa”.
Non è questione di feeling ma di ATOMI
Vi mostrerò solo alcune ESPERIENZE SCIENTIFICHE; che
permetteranno agli alunni di comprendere meglio
il fenomeno fisico dell’ELETTRICITA’.
Inizialmente potrebbero
sembrare dei giochi di magia;
ma mi auguro che al termine del
percorso, la magia si trasformi in
“conoscenza”
Come avrete già capito i campi di applicazioni della fisica sono quasi infiniti!
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ELETTRICITÀ
L'elettricità non è stata inventata
dall’uomo; è un fenomeno fisico
naturale e per rendersene conto è
sufficiente togliersi un maglione di
lana che si è indossato tutto il giorno;
o un pigiama indossato tutta la notte
e molto probabilmente si sentirà un
crepitio di micro scariche elettriche
che al buio sono spesso anche visibili
e chiamiamo scintille.
Questo fenomeno si riproduce anche
su larga scala durante i temporali.
Vai all’Unità Didattica:
ELETTRICITA’ STATICA
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MA quando le scintille diventano
ELETTRICITÀ?
?
Ma ATTENZIONE con lo strofinio non riusciresti ad accendere
una lampadina!
Nemmeno sfregando insieme tutte le pecore della Patagonia.
Nel fulmine la scia luminosa non è altro che la "strada"
che percorrono quelle particelle infinitesimali (molto
molto piccole) che si chiamano elettroni.
“ELETTRICITA’ sono elettroni in movimento”
DAL WEB: COLLEGAMENTO
ENERGIA_ENERGIA ELETTRICA_FRECCIA N°1
ATOMO
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SIETE PRONTI a fare la conoscenza delle
misure elettriche ?
Equipaggiamento necessario:
?
?
solo un po’ di FANTASIA!
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Misure elettriche
Come abbiamo già capito, gli elettroni sono già nei materiali, ne fanno parte integrante, ma
così come un sasso lasciato cadere raggiungerà il terreno sottostante, l’elettrone (di "carica"
negativa) da un certo potenziale (consideriamola un'altezza), si può spostare ad un altro
potenziale (un'altra altezza), se attirato da una "carica" positiva.
La differenza tra le due altezze si chiama DIFFERENZA DI
POTENZIALE non si misura in metri (m) ma in Volt (V)
DAL WEB: COLLEGAMENTO
ENERGIA_ENERGIA ELETTRICA_FRECCIA N°3
ddp
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“Tensione” o altezza del trampolino
Immaginiamo che l’elettrone sia un tuffatore, la differenza di altezza tra
piscina e trampolino rappresenta la differenza di potenziale (tensione).
E come possiamo misurare l'altezza del trampolino in metri, così
possiamo misurare la tensione in volt (V).
Disegni:
Igor Arbanas
Noi tutti utilizziamo quotidianamente degli apparecchi infilando una spina in
una presa; in quella presa ci sono 220 volt.
Vuol dire che tra i due "buchi" della presa esiste questa differenza di
potenziale - d.d.p. o tensione (V)
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Corrente “Intensità di corrente”
Tuffatori nell’unità di tempo
La corrente elettrica è il movimento degli elettroni che passano da un potenziale all'altro,
nell'esempio del trampolino si può pensarla come un tuffo continuo di tuffatori.
L'Intensità (I), lo dice la parola, è più specificatamente la quantità di elettroni che si
muovono in un certo tempo (si misura in ampere), ed è quasi come se contassimo quanti
tuffatori si lanciano dal trampolino in un secondo.
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Generatore elettrico o scala mobile
Ma se si è lasciato cadere un sasso da una certa altezza, quel sasso di certo non tornerà da solo
all'altezza da cui è caduto e questo avviene anche per gli elettroni (tuffatori).
Ed allo stesso modo il tuffatore ha bisogno di qualcosa per salire sul trampolino.
Ma allora come fa ad esserci sempre una tensione di 220V nella nostra presa, anche se ne utilizziamo
la corrente?
Così come il nostro maglione indossato tutto il giorno è stato "elettrizzato" dal nostro stesso
movimento, allo stesso modo esistono degli apparecchi che mantengono artificialmente la tensione
costante: sono i generatori e ce ne sono di vari tipi; quello che tutti nel quotidiano utilizziamo di più è
la batteria (pila).
Si può vedere il generatore come una scala mobile che fa salire i tuffatori al trampolino in maniera
costante e questo permette loro di continuare a tuffarsi.
PILA:
EN CHIMICA IN EN ELETTRICA
CENTRALI:
EN CHIMICA-EN TERMICA-EN CINETICA-EN ECCANICA-EN ELETTRICA
EN POTENZIALE-EN CINETICA-EN MECCANICA-EN ELETTRICA
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Ora FORSE siete in grado di capire meglio la Formulazione matematica
delle relazioni che troveremo sperimentalmente
V=IxR
TENSIONE (ddp) VOLT V
Si misura con il VOLTMETRO
Tensione nelle case:
220 V
Tensione nelle industrie:
380 V
Si può alzare o abbassare
con un
TRASFORMATORE.
V
I
INTENSITÀ Ampere A,
quantità di corrente che
passa in 1 secondo in una
sezione del circuito.
Si misura con un
AMPEROMETRO o
GALVANOMETRO; racchiusi
in un unico strumento
ANALIZZATORE o TESTER
R
RESISTENZA Ohm Ω
La difficoltà che la corrente
incontra a fluire attraverso
un conduttore.
A seconda del materiale,
sezione e lunghezza del
conduttore la R cambia
SECONDA LEGGE DI Ohm
R=ρ x l/s
Natura del
materiale
RESISTIVITÀ
Lunghezza
conduttore in
metri
Sezione, area del
conduttore mm2
S=r2x π
Vai all’Unità Didattica: ELETTRICITÀ STATICA
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Per poter sperimentare questa legge dobbiamo
costruire il CIRCUITO ELETTRICO
Cosa succede all'interno di un circuito elettrico?
La corrente elettrica che fa accendere la
lampadina è un flusso di particelle cariche
chiamate elettroni.
DAL WEB COLLEGAMENTO
ENERGIA-ENERGIA ELETTRICAFRECCIA N°5
Le cariche sono sempre presenti nel filo di rame,
ma si ha corrente elettrica solo se gli elettroni
sono messi in movimento dalla pila che spinge gli
elettroni lungo i fili, un po' come il cuore pompa il
sangue all’interno di arterie e vene.
Questo avviene perché tra i due poli della pila c'è
un dislivello di cariche, chiamato come abbiamo
visto tensione o voltaggio.
Vai all’Unità Didattica: ELETTRICITÀ LABORATORIO
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Seconda legge di Ohm
Formulazione matematica delle relazioni trovate sperimentalmente
Analisi dell‘influenza della lunghezza e della sezione del conduttore
sulla resistenza, a parità di materiale.
Risulta intuitivo supporre che al
raddoppiare della sezione la resistenza
dimezzi e aumenti L’INTENSITÀ.
Così pure che diminuendo la lunghezza
del cavo l'intensità della lampadina
aumenta, segno che, a parità di sezione,
pezzi di cavo più lunghi offrono più
resistenza al passaggio della corrente.
In termini matematici:
CAVO della corrente ottimale :
CORTO e GROSSO
(quindi limitiamo le prolunghe!)
+I
++ R
++ R
Sezione minore
Lunghezza
maggiore
++ I
+R
+R
Sezione
maggiore
Lunghezza
minore
R = ρ x l/s
ρ (K costante)= resistività tipica del materiale (in tabelle)
http://www.scuolamediacoletti.org/les/ohm2.htm
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Per cercare di spiegare la 2° legge di Ohm…
Immaginiamo il percorso dell'elettrone attraverso un materiale conduttore, rettilineo.
Per fare questo assimileremo l'elettrone ad un corridore e analizzeremo cosa
«gli può succedere in gara».
La corrente elettrica passa attraverso un materiale con un certo grado di difficoltà, dovuto
alle caratteristiche fisiche del materiale stesso, ma anche alle dimensioni del conduttore.
È quel "grado di difficoltà" che noi consideriamo è la resistenza elettrica (R) e si misura in
ohm e il suo simbolo è Ω
(omega - ultima lettera alfabeto greco)
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Torniamo al nostro elettrone che ormai sappiamo essere un corridore (dal tuffatore al corridore).
Anzi, contiamone tre, uguali identici:
tre cloni che fanno una gara su una spiaggia:
• uno corre sul bagnasciuga,
• uno con l'acqua alle ginocchia,
• l'altro con l'acqua che arriva al petto.
Non si avranno dubbi sul risultato della gara.
Il primo corridore attraversa un materiale, l'aria, che offre la minor "resistenza" al suo passaggio;
il secondo si muove già nell'acqua che invece possiede maggior "resistenza",
ma deve trasportare il suo corpo attraverso l'aria che ne offre meno;
il terzo si troverà a muoversi e trasportarsi quasi interamente immerso avendo i maggiori problemi.
Si capisce che la resistenza è data dal materiale che l'elettrone attraversa;
ma si intuisce che c'è dell'altro…
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Resistività
Di fatto ogni materiale possiede una "resistenza elettrica specifica" od "intrinseca"
detta resistività.
Per capire meglio si pensi al corridore 1
ARIA
al corridore 3
ACQUA
e si pensi ancora ad un quarto che corra in un materiale più denso che ne so, nel miele
MIELE
e ad un quinto che lo faccia immerso in palline da ping-pong
PALLINE
La difficoltà che ognuno di loro avrà nello stesso percorso sarà diversa.
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Dimensioni
• SEZIONE (S) S = r2x π area in mm2
Più GRANDE sarà la sezione del conduttore, MINORE sarà la resistenza che offrirà.
Metaforicamente se assimiliamo S alla larghezza di una pista, potremmo pensare alla
differenza tra una maratona fatta nelle vie del centro e una fatta su un autostrada
(possibilmente chiusa al traffico).
• LUNGHEZZA (l) in metri
Più LUNGO sarà il conduttore, MAGGIORE sarà la resistenza.
Basti pensare che alla partenza di una maratona vi è un marasma, mentre i corridori
all'arrivo sono tutti distanziati; inversamente gli arrivi dei 100m piani sono tutti ravvicinati
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Temperatura
Un fattore importante che influenza la resistenza elettrica di un materiale, è la temperatura.
Per spiegarne l'astruso motivo dovremmo guardare a livello atomico, ma per semplicità; ci
accontenteremo di avvicinarci al concetto approssimando un pochinotanto… non me ne
vogliano i professori di scienze.
TEMPERATURA DEL CONDUTTORE
Abbiamo detto che il nostro elettrone-corridore corre lungo un conduttore che può essere di
diverso materiale e quindi offrire una resistenza diversa, ma in realtà anche la temperatura del
materiale conduttore stesso può rendere la corsa più o meno difficoltosa; e per analogia
potremmo pensare allora che non si tratti di una semplice corsa ma di una corsa ad ostacoli, i
cui ostacoli appunto si alzano e si abbassano a seconda della temperatura del conduttore.
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La maggior parte dei materiali conduttori (e la totalità dei metalli) offre un aumento
di resistività all'aumentare della temperatura.
In altre parole: più caldo fa, più la resistenza aumenta; più freddo fa, più diminuisce.
NB: Alcuni materiali hanno un coefficiente di temperatura negativo, cioè la resistività
diminuisce all'aumentare della temperatura.
Ne sono un esempio il carbone, la grafite e le loro leghe.
TEMPERATURA DATA DAL PASSAGGIO DI CORRENTE
C'è da fare ancora una considerazione sulla temperatura.
Il nostro corridore più fatica farà a portare a termine la sua corsa e più si accalorerà,
causando a sua volta un aumento di temperatura del conduttore (del filo).
Questo comporta che un aumento eccessivo di temperatura può causare il
collasso del conduttore…
La portata deve tener conto della resistenza del conduttore, ovvero è data dalla sua lunghezza
e sezione, dal materiale che lo compone; ma va tenuta presente inoltre l'intensità di corrente
(I) che l'attraverserà ossia quanti CORRIDORI devono passare.
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Lezioni Dunwoody College - Prof.ssa Eeris Fritz
http://www.youtube.com/watch?v=QAsSCrngkMs&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=tqbU42pFcM8&feature=relmfu
Minneapolis, Minnesota
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QUIZ
http://www.ilportaledeibambini.net/didattica.php?code=144&page=I_Quiz_
di_Scienza_Divertente&scheda=382&titolo=Elettricit%E0&language=2
bibliografia
http://www.electroyou.it/elettrodomus/wiki/elettricita-spiegata-anche-ai-bambini
http://www.youtube.com/watch?v=RN051XolSHw
http://www.scuolamediacoletti.org/les/percorso_elettricita.htm
http://www.funsci.com/fun3_it/elettro/elettro.htm
IGOR ARBANAS
HTTP://ELETTRODOMUS.BLOGSPOT.IT/
Schede dal sito:
www.rosarioberardi.it
I fogli di allumino appallottolati sono poi
ottimali per evitare la formazione di
elettricità statica nei vostri panni inseriti
nell’asciugabiancheria
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