EL2-1_5ETT ANALOGIA IDRAULICAAutore: __________________________________________ Data: _________Classe: ____

ATTENZIONE

Il significato dei simboli usati in questa e nelle prossime esercitazioni è spiegato dettagliatamente nella guida http://www.classiperlo.altervista.org/Materiale/Generale/Simboli.doc (scaricala e consultala in caso di dubbi).

Il simbolo della manina in colore blu indica una domanda alla quale bisogna OBBLIGATORIAMENTE rispondere scrivendo in colore blu.

Il simbolo della manina in colore blu con la scritta Cou New indica un codice che va incollato usando Courier New in colore blu.

Il simbolo della manina in nero indica una o più immagini o schermate da incollare (protette col tuo watermark, le tue iniziali di Nome e Cognome)

Il simbolo della manina col simbolo degli Ohm indica una formula da scrivere o completare:

Il simbolo della manina con colori attenuati indica un'operazione che bisogna svolgere, senza rispondere a nessuna domanda (non vuol dire che non devi fare nulla – significa solo che non devi scrivere niente!).

Il simbolo della manina col ciak video indica un video da registrare con Gif Recorder (http://gifrecorder.com/)e da salvare in formato gif nella cartella dell'esercitazione.recupero.

Questo simbolo indica un video di esempio o di spiegazioni da guardare su YouTube

A) OPERAZIONI PRELIMINARI

A1) Compila l'intestazione del documento scrivendo Nome, Cognome e Classe

A2) Nel tuo disco Z (di rete), nella sottocartella Sistemi/Esercitazioni, crea una nuova cartella di nome ES2

A3) Crea una sottocartella di ES2 con nome uguale a quello di questa esercitazione (EL2-1_5ETT Analogia idraulica)

A4) All'interno della sottocartella EL2-1_5ETT Analogia idraulica salva questo file Word

B) LA CARICA ELETTRICA E CORRENTE

ANALOGIARapporto di somiglianza tra alcuni elementi costitutivi di due oggetti, tale da far

dedurre mentalmente un certo grado di somiglianza tra gli oggetti stessi.

Entro certi limiti è possibile stabilire un'analogia fra gli elementi di un circuito elettrico (composto da fili, componenti, generatori) e gli elementi di un circuito idraulico (formato da tubi, pompe etc).

In un circuito elettrico, gli elementi che si muovono sono gli elettroni. Ogni elettrone porta una carica elettrica negativa, perciò in un conduttore vi è un movimento di cariche elettriche.

B1) Completa questa tabella sfruttando l'analogia fra circuito e sistema idraulico:SISTEMA ELEMENTO UNITA' DI MISURA SI MUOVE NEICircuito elettrico Carica elettrica ConduttoriSistema idraulico

B2) La precedente analogia non è perfetta. Spiegami perché. (SUGGERIMENTO: esistono due tipi di cariche elettriche...).

La corrente è una misura della velocità con cui si muovono le cariche elettriche in un conduttore.

B3) Completa questa tabella sfruttando l'analogia fra circuito e sistema idraulico:SISTEMA ELEMENTO UNITA' DI MISURACircuito elettrico Corrente elettricaSistema idraulico

L'unità di misura della corrente, Ampere (A), è equivalente a 1C/s, cioè un Coulomb di carica al secondo.

B4) Se in un conduttore transitano 0,1 C di carica ogni 10ms, quanto vale la corrente? Scrivi qui sotto i calcoli e il risultato:

B5) Il valore calcolato al punto B4 è una corrente media o una corrente istantanea? Spiegami la differenza...

B6) Che calcolo bisognerebbe fare in teoria per misurare la corrente istantanea in un conduttore?

CORRENTE E CARICA

La formula per il calcolo della corrente I a partire dalla carica Q è questa:

I= lim∆t →0

Q (t+∆ t )−Q(t)∆ t

La differenza Q(t+Δt)-Q(t) rappresenta l'incremento della carica nell'intervallo Δt

Considera un serbatoio di liquido riempito da un tubo di immissione:

B7) Se all'inizio nel serbatoio c'erano 5 litri di liquido e dopo 10 secondi ci sono 6 litri di liquido, qual è la portata del tubo di immissione? Scrivi calcoli e risultato:

B8) Quanto vale l'intervallo di tempo Δt nell'esperimento precedente?

B9) Stabilisci le analogie fra la formula usata al punto B7 e la formula che definisce la corrente I in base alla carica Q:

C) LEGGE DI KIRCHHOFF AI NODI

La somma delle correnti entranti in un nodo di un circuito è sempre uguale alla somma delle correnti uscenti dal nodo.

L'analogo di un nodo in un circuito è la giuntura fra tre o più tubature:

C1) Formula l'analogo della legge di K. ai nodi per un sistema idraulico:

D) TENSIONE

La differenza di potenziale (o tensione) fra due punti di un circuito è analoga al dislivello esistente fra due punti di un sistema idraulico.

D1) Completa l'analogia:Così come il liquido scorre a causa del dislivello che c'è fra punti diversi di un sistema idraulico, in un circuito...

D2) Completa questa tabella sfruttando l'analogia fra circuito e sistema idraulico:SISTEMA ELEMENTO UNITA' DI MISURACircuito elettrico Tensione elettricaSistema idraulico

D3) Completa l'analogia:In un sistema idraulico il liquido scorre sempre da un punto posto a un livello maggiore verso un punto posto a un livello inferiore; in un circuito....

E) GENERATORE E UTILIZZATORE

Il generatore di tensione è analogo a una pompa idraulica, la quale fa salire il liquido a un livello più elevato.

E1) Osserva attentamente la figura qui sotto:

E2) Descrivi con parole tue il sistema idraulico rappresentato in figura, soffermandoti in particolare sulle funzioni della pompa:

E3) Osserva attentamente la figura qui sotto:

E4) Qual è il punto del circuito in figura che si trova al potenziale più alto? E qual è il punto al potenziale più basso?

E5) Nel circuito in figura, come scorre la corrente? Da quale punto verso quale punto?

E6) Completa l'analogia:La pompa idraulica deve compiere un lavoro per sollevare il liquido e consuma energia (combustibile). La batteria...

La lampadina, nel circuito qui sopra, rappresenta un utilizzatore.

E7) Proponi qualche equivalente idraulico per l'utilizzatore:

F) LEGGE DI KIRCHHOFF ALLE MAGLIE

La somma delle tensioni presenti in una maglia è sempre zero.

F1) Scrivi le due leggi di K. per le due maglie del circuito mostrato in figura qui sotto:

EQUAZIONI TOPOLOGICHE

Le leggi di K. ai nodi e alle maglie valgono indipendentemente dal tipo di componenti presenti nel circuito. Si dice che sono equazioni topologiche, cioè che riguardano la forma del circuito (e non quello che si trova nel circuito stesso).

Come in un circuito la somma delle tensioni in una maglia dà sempre zero, così in un sistema idraulico la somma dei dislivelli lungo un percorso chiuso è sempre zero.

F2) Osserva attentamente la figura qui sotto:

F3) Stabilisci l'analogia fra l'equazione di K. a una maglia e la figura qui sopra:

G) RESISTENZE E RESISTORI

Fissato un certo dislivello, la sezione dei tubi determina la portata di liquido (tanto più la sezione è stretta, tanto minore è la portata).

G1) Completa questa tabella sfruttando l'analogia fra circuito e sistema idraulico:SISTEMA ELEMENTO UNITA' DI MISURACircuito elettricoSistema idraulico Sezione del tubo

G2) L'analogia precedente è imperfetta, in quanto all'aumentare della sezione (completa la frase) ...

Possiamo stabilire un'analogia un po' migliore fra la conduttanza elettrica G e la sezione di un tubo.

CONDUTTANZA ELETTRICA

La conduttanza è il reciproco della resistenza (G = 1/R) e si misura in Siemens (S). Un Siemens è uguale a Ω-1

G3) Supponi di avere un resistore da 100 Ω. Quanto vale la sua conduttanza G? Scrivi qui sotto calcoli e risultato:

G4) Scrivi la legge di Ohm di un resistore usando la conduttanza G:

Purtroppo anche l'analogia fra conduttanza e la resistenza è imperfetta. Infatti non esiste un'equivalente della legge di Ohm per un sistema idraulico!

G5) Prova a scrivere l'equivalente (che però non vale!) della legge di Ohm per un sistema idraulico, usando S per indicare la sezione, D per indicare il dislivello e P per indicare la portata di liquido:

Entro certi limiti l'analogia fra resistenza e sezione dei tubi può anche essere estesa al collegamento di due resistori in serie o in parallelo.

G6) Spiegami in che modo la serie di due resistori potrebbe essere descritta con un'analogia idraulica:

G7) Spiegami in che modo il parallelo di due resistori potrebbe essere descritta con un'analogia idraulica:

H) OPERAZIONI FINALI

H1) Controlla di aver risposto a tutte le domande e incollato tutte le schermate. Tutte le

caselline dovrebbero avere un segno X, per indicare che hai risposto

H2) Comprimi le immagini contenute in questo file Word (seleziona un'immagine, scheda Formato e poi Comprimi immagini e infine Applica a tutte le immagini del documento) in modo da ridurne le dimensioni.

H3) Controlla che la cartella di questa esercitazione contenga i seguenti file con i nomi qui indicati:

Nome del file Tipo DescrizioneEL2-1_5ETT Analogia idraulica Word Il file di questa esercitazione

H4) Chiudi tutti i file, zippa la cartella di questa esercitazione e inviala all'insegnante su Classiperlo.