Forze elettriche

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Forze elettriche
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Concetti 1) forze a distanza 2) differenza di
potenziale e corrente elettrica 3) differenza di
potenziale 4) energia elettrica, circuito
elettrico
Attività 1) Elettrizzare per strofinio 2)
Misurare grandezze elettriche 3) Produrre
differenze di potenziale 4) Produrre luce con
lelettricità
1) Il pendolino elettrostatico 2) Il tester 3)
La pila allaceto 4) E luce sia!
D. Allasia, V. Montel, G. Rinaudo, Dipartimento
di Fisica Sperimentale, Università di
Torino S.I.S. Indirizzo Scienze Naturali e
Indirizzo Fisico - Matematico - A. A. 2006
2007
Forze elettriche-1
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Forze elettriche
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Consegna tutto quello che si può fare con
alcuni oggetti su cui eseguire lo strofinio (biro
di plastica di vario genere, cannucce di
plastica, posate o pettini di plastica, pezzi di
polistirolo per imballo, qualche pezzo di ambra,
palloncini di varie misure), nonché piccoli
oggetti che permettano di evidenziare lo stato
di elettrizzazione delloggetto strofinato
(piccoli pezzi di carta di giornale, di quaderno
o stagnola, pezzi di pellicola trasparente per
alimenti, qualche piccolo frammento di foglia, di
stelo, di filo di cotone o di lana, palline di
polistirolo).

• Occhiello forze a distanza
• lo strofinio modifica localmente le proprietà di
  certi oggetti rendendoli capaci di attrarre
  piccoli oggetti vicini
• loggetto strofinato acquisisce localmente una
  carica elettrica e si elettrizza
• la presenza delloggetto elettrizzato modifica le
  proprietà degli oggetti vicini rendendoli capaci
  di essere attratti
• la parte elettrizzata delloggetto esercita sugli
  oggetti vicini una forza attrattiva, detta forza
  elettrica, che è diretta lungo la retta che li
  congiunge
• anche loggetto attirato esercita a sua volta una
  forza eguale e contraria sulloggetto
  elettrizzato.

• Forze attrattive o repulsive
• oggetti della stessa sostanza acquisiscono per
  strofinio lo stesso tipo di carica elettrica
• due oggetti elettrizzati con lo stesso tipo di
  carica si respingono, quindi fra di loro si
  esercita una forza elettrica repulsiva
• certi oggetti, come il vetro, si caricano per
  strofinio con cariche di tipo diverso da quelle
  acquisite per strofinio dalla plastica o dalla
  gomma, perché, quando sono elettrizzati,
  attirano, anziché respingere, gli oggetti di
  plastica elettrizzati separatamente
• esistono quindi due tipi di carica elettrica, che
  convenzionalmente vengono chiamate cariche
  elettriche positive (come quelle acquisite dal
  vetro per strofinio) e cariche elettriche
  negative (come quelle acquisite per strofinio
  dalla plastica o dalla gomma)
• un oggetto elettrizzato con cariche positive
  attira un oggetto elettrizzato con cariche
  negative, mentre oggetti caricati con cariche
  dello stesso segno si respingono, siano esse
  entrambe positive o entrambe negative
• anche gli oggetti metallici sono attirati da
  oggetti elettrizzati per strofinio
• al contatto con un oggetto elettrizzato per
  strofinio, un oggetto metallico acquisisce parte
  della carica elettrica
• dopo il contatto, loggetto metallico e loggetto
  elettrizzato per strofinio portano cariche dello
  stesso tipo e si respingono

• La corrente elettrica
• la corrente elettrica è costituita dal flusso
  ordinato di particelle elettricamente cariche e
  libere di muoversi allinterno di un conduttore,
• per far circolare la corrente elettrica in un
  circuito occorre che ci sia una sorgente di
  energia che rifornisce alle particelle cariche
  lenergia che dissipano nel loro moto attraverso
  il circuito,
• sono sorgenti di energia elettrica le pile, le
  batterie o, per gli impianti elettrici domestici
  o industriali, le centrali elettriche che
  alimentano la rete elettrica cittadina,
• lenergia fornita è legata alla differenza di
  potenziale elettrico caratteristica della
  sorgente di energia,
• lunità di misura del potenziale elettrico, o
  voltaggio, è il volt (simbolo V),
• in un circuito elettrico lenergia elettrica si
  trasforma in altre forme di energia, come energia
  luminosa, energia termica, oppure energia di
  movimento

Forze elettriche-2
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Il pendolino elettrostatico
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Oggetti una posata di plastica, una pallina
(ottenuta sbriciolando un pezzo di polistirolo),
un sottile filo di nylon, un ago e un piccolo
pezzo di carta di alluminio per alimenti.

• Attività
• con lago fare passare il filo attraverso la
  pallina e fermarlo con un nodo
• coprire la pallina con uno strato di carta di
  alluminio e appendere il filo con la pallina su
  un supporto in modo che possa dondolare
  liberamente
• avvicinare al pendolino una posata di plastica e
  osservare il comportamento delluno in rapporto
  con dellaltra
• strofinare poi energicamente la posata con un
  panno di lana, avvicinare la parte elettrizzata
  al pendolino e osservare,
• provare a toccare il pendolino con la posata e
  osservare che cosa succede.

• Concetti
• attrazione e repulsione elettrica cariche
  opposte si attirano, cariche eguali si respingono
  
• forze a distanza la forza di attrazione o di
  repulsione elettrica agisce a distanza e cresce
  col diminuire della distanza

• Aspetti didattici
• scoprire le forze che agiscono a distanza
• correlare linterazione fra oggetti elettrizzati
  con la loro distanza

• Riferimenti
• - N. Ardley- Giochiamo con lelettricità-
• Fabbri, 1992
• www.iapht.unito.it

Attacco (spunti e continuità) - la magia
dellattrazione elettrica storie e leggende
Forze elettriche-3a
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Il pendolino elettrostatico
Contesto - la conduzione dell attività a
livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti
i livelli - osservazioni più impegnative e misure
più raffinate vanno adattate alla classe e al
momento, anche in previsione di un raccordo con
la scuola secondaria superiore

• La fisica
• la forza elettrica è la forza che loggetto
  elettrizzato esercita sulloggetto leggero
  attirato
• lo strofinio modifica localmente le proprietà di
  certi oggetti rendendoli capaci di attrarre
  piccoli oggetti vicini
• loggetto strofinato acquisisce localmente una
  carica elettrica e si elettrizza
• la presenza delloggetto elettrizzato modifica
  le proprietà degli oggetti vicini rendendoli
  capaci di essere attratti
• la parte elettrizzata delloggetto esercita sugli
  oggetti vicini una forza attrattiva, la forza
  elettrica, che è diretta lungo la retta che li
  congiunge
• anche loggetto attirato esercita a sua volta una
  forza eguale e contraria sulloggetto
  elettrizzato.

Forze elettriche-3b
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Il tester
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059

• Oggetti multimetro digitale, pila elettrica
• Il multimetro digitale ha diverse funzioni che si
  scelgono posizionando la barretta di selezione.
• V (volt), per misure di tensione elettrica ci
  sono 5 possibilità di fondo scala, 200 mV, 2 V,
  20 V, 200 V, 1000 V
• A (ampere), per misure di corrente elettrica ci
  sono 4 possibilità di fondo scala, 2 mA, 20 mA,
  200 mA, 10 A
• ?) (ohm), per misure di resistenza elettrica, ci
  sono 6 possibilità di fondo scala, 200 ? 2 k?,
  20 k?, 200 k?, 2 M?, 20 M?
• Scegliere sempre il fondo scala appena superiore
  al voltaggio max atteso dalla misura, per
  migliore precisione.
• Controllare che il pulsante DC/AC non sia
  schiacciato per avere la misura in corrente
  continua (deve comparire nel visore il simbolo
  , con la selezione AC compare il simbolo ?)
• Ingresso dei segnali inserire un cavo
  nellingresso COM (ingresso comune) e laltro
  nellingresso al lato destro, tranne per le
  misure di alte correnti in cui laltro connettore
  va collegato allingresso a sinistra del COM.

selettore

• Concetti
• tensione elettrica e sua unità di misura (volt -
  simbolo V)
• corrente elettrica e sua unità di misura (ampere
  - simbolo A)
• resistenza elettrica e sua unità di misura (ohm
  - simbolo ?)

• Aspetti didattici
• imparare a usare lo strumento di misura delle
  grandezze elettriche

• Riferimenti
• - N. Ardley- Giochiamo con lelettricità-
• Fabbri, 1992
• www.iapht.unito.it

Attacco (spunti e continuità) la magia delle
grandezze elettriche che non si vedono ma di
cui si conoscono molto bene gli effetti
Forze elettriche-4a
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Il tester
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Attività utilizzare un multimetro digitale per
la misura di diverse grandezze elettriche Misura
della tensione di una pila - posizionare il
selettore su 20 V - collegare lingresso COM al
polo - di una pila da 4,5 V, lingresso ? A V
al polo della pila e verificare che la tensione
ai capi della pila è effettivamente vicino ai 4,5
V nominali - scambiare i due collegamenti e
verificare che sul visore la misura della
tensione compare con il segno - - misurare la
tensione di altre pile elettriche Misure
elettriche nel corpo umano - posizionare il
selettore su 20 M? - tenere in una mano il cavo
collegato allingresso COM e nellaltra il cavo
collegato allingresso ? A V cercando di fare
un buon contatto e misurare la resistenza
elettrica - rimisurare la resistenza dopo aver
inumidito leggermente le dita - posizionare il
selettore su 2V e ripetere la misura precedente,
prima con le mani ben asciutte e poi con le dita
inumidite - formare una catena di due o tre
persone che si tengono (strettamente) per mano e
misurare la tensione fra linizio e la fine della
catena - posizionare il selettore su 2mA e
verificare che la corrente è minore di 2mA -
ripetere la misura collegando in serie una pila
da 4,5V e misurare la corrente che circola con le
dita inumidite.

• La fisica
• la pila è una sorgente (generatore) di tensione
  elettrica
• il corpo umano ha una elevata resistenza
  elettrica, che però si abbassa notevolmente se la
  pelle è umida
• anche il corpo umano funziona come un modesto
  generatore di tensione elettrica, grazie ai sali
  disciolti nei fluidi che impregnano le cellule
• la corrente che circola nel corpo è modesta,
  anche se ai capi viene collegata una pila da 4,5
  V
• quando però si applicasse una tensione di 220 V,
  come quella della rete, la corrente diventerebbe
  di parecchi mA e darebbe effetti molto dannosi
  per le cellule.

Forze elettriche-4b
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La pila allaceto
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Oggetti alcune lamine di rame ed altrettante di
alluminio, alcuni vasetti di vetro e con diametro
maggiore di quello delle lamine, cavetti
elettrici, aceto, tester.

• Attività
• unire una lamina di rame con una di alluminio
  (coppia bimetallica foto a )
• prendere un numero di vasetti pari agli elettrodi
  che si ha intenzione di impiegare e riempirli di
  aceto
• inserire i due elettrodi di una coppia a cavallo
  di due vasetti avendo cura che in ogni vasetto ci
  siano sempre due elettrodi di tipo diverso
• nel primo e nellultimo vasetto inserire
  lelettrodo singolo del tipo che manca e
  collegarlo a uno degli ingressi del tester (foto
  b)
• con la selezione del tester posta su V si può
  misurare la differenza di potenziale prodotto,
  con la selezione posta su "mA" si misura la
  corrente

Attacco (spunti e continuità) - la magia
dellelettricità storie e leggende

• Concetti
• cariche elettriche
• tensione elettrica
• corrente elettrica

• Riferimenti
• - N. Ardley- Giochiamo con lelettricità -
  Fabbri, 1992
• www.iapht.unito.it

• Aspetti didattici
• la tensione elettrica (ddp) in analogia con
  differenze di livello
• la pila come sorgente di energia elettrica

Forze elettriche-5a
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La pila allaceto
Contesto - la conduzione dell attività a
livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti
i livelli - osservazioni più impegnative e misure
più raffinate vanno adattate alla classe e al
momento, anche in previsione di un raccordo con
la scuola secondaria superiore

• La fisica
• per mantenere la corrente elettrica nel circuito
  è essenziale avere una pila elettrica o qualche
  altro dispositivo che tenga in moto le cariche
  la pila ha leffetto di separare le cariche
  positive e negative
• la pila svolge questo ruolo, grazie alle diverse
  reazioni chimiche che avvengono vicino ai suoi
  due poli.
• i due poli sono composti da metalli diversi e si
  comportano diversamente nei confronti delle
  cariche elettriche
• - uno (il rame) tende a perdere
  elettroni
• - laltro (lo zinco o lalluminio)
  tende a mandare in soluzione lo ione positivo (e
  quindi rimane carico
• negativamente)

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E luce sia!
Preparazione di Esperienze Didattiche di Fisica
- classe A059
Oggetti una lampadina da torcia elettrica,
cavetti elettrici, tester,

• Attività
• Attività introduttive provare ad accendere la
  lampadina connettendola in modo corretto ai
  morsetti (polarità) della pila
• montare il circuito come in figura

• Concetti
• la corrente, per circolare, necessita di un
  circuito chiuso
• gli elementi del circuito sono pila, lampadina,
  tester
• in un circuito elettrico lenergia elettrica si
  trasforma in altre forme di energia, come energia
  luminosa, energia termica, oppure energia di
  movimento

Attacco (spunti e continuità) - la magia
dellelettricità storie e leggende

• Aspetti didattici
• circuito chiuso
• la pila come sorgente di energia elettrica

• Riferimenti
• - N. Ardley- Giochiamo con lelettricità-
• Fabbri, 1992
• www.iapht.unito.it

Forze elettriche-6a
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E luce sia!
Contesto - la conduzione dell attività a
livello ludico e qualitativo è fattibile a tutti
i livelli - osservazioni più impegnative e misure
più raffinate vanno adattate alla classe e al
momento, anche in previsione di un raccordo con
la scuola secondaria superiore

• La fisica
• perché la corrente scorra occorre che il circuito
  sia chiuso e che ci sia una sorgente di energia
  (pila) che tiene le cariche in moto
• la corrente, circolando nel filamento
  sottilissimo della lampadina, lo scalda (effetto
  Joule)
• il filamento, diventato incandescente, emette
  luce
• trasformazioni di energia energia. elettrica ?
  energia termica ? energia radiante

Forze elettriche-6b