Obiettivi specifici di apprendimento CONOSCENZE · una presa; in quella presa ci sono 220 volt....

U.D.: “LA FISICA NELLA PRATICA”

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

Obiettivi specifici di apprendimento: lo studio di questa Unità di apprendimento ti aiuterà a trasformare in COMPETENZE PERSONALI le seguenti conoscenze e abilità

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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 (pellicola di grasso insolubile in acqua)

Intensità con cui viene riflessa la luce quando attraverso un qualcosa di trasparente (legge di Rayleigh)

Nell’Ollie Forze segrete che tengono incollate lo skate (sovrapposizione delle forze)

La forza delle tue gambe nelle ruote (trasferimento di forze con ingranaggi)

Acqua che bolle: da liquido a gassoso (passaggi di stato)

Anche la traiettoria del pallone è questione di FISICA (Moti)

2 Scuola Secondaria di primo grado “Jean Piaget” Prof.ssa Rossella D’Imporzano

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;

Come avrete già capito i campi di applicazioni della fisica sono quasi infiniti! 3

ma mi auguro che al termine del percorso, la magia si trasformi in “conoscenza”

Scuola Secondaria di primo grado “Jean Piaget” Prof.ssa Rossella D’Imporzano

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


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.

DAL WEB: COLLEGAMENTO ENERGIA_ENERGIA ELETTRICA_FRECCIA N°1

ATOMO

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”

?


http://www2.educarsialfuturo.it/quadernidelsole/iquadernidelsole.swf

Equipaggiamento necessario:

SIETE PRONTI a fare la conoscenza delle misure elettriche ?

solo un po’ di FANTASIA!

? ?


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

Misure elettriche

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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.



“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).

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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Disegni: Igor Arbanas


http://www.electroyou.it/image.php?id=3895

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.


http://www.electroyou.it/image.php?id=3898

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.

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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


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

V I 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

Natura del materiale

RESISTIVITÀ

Lunghezza conduttore in

metri

R=ρ x l/s

Sezione, area del conduttore mm2

S=r2x π

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 x R

Ora FORSE siete in grado di capire meglio la Formulazione matematica delle relazioni che troveremo sperimentalmente

Vai all’Unità Didattica: ELETTRICITÀ STATICA 11 Scuola Secondaria di primo grado “Jean Piaget” Prof.ssa Rossella D’Imporzano

Per poter sperimentare questa legge dobbiamo costruire il CIRCUITO ELETTRICO

DAL WEB COLLEGAMENTO

ENERGIA-ENERGIA ELETTRICA-FRECCIA N°5

Cosa succede all'interno di un circuito elettrico?

La corrente elettrica che fa accendere la lampadina è un flusso di particelle cariche chiamate elettroni.

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 12 Scuola Secondaria di primo grado “Jean Piaget” Prof.ssa Rossella D’Imporzano







http://www.scuolamediacoletti.org/les/ohm2.htm

Formulazione matematica delle relazioni trovate sperimentalmente Analisi dell‘influenza della lunghezza e della sezione del conduttore

sulla resistenza, a parità di materiale.

Seconda legge di Ohm

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.

ρ (K costante)= resistività tipica del materiale (in tabelle)

In termini matematici: R = ρ x l/s

+ I

Sezione minore ++ R

Lunghezza maggiore ++ R

++ I

Lunghezza minore + R

Sezione maggiore

+ R

CAVO della corrente ottimale : CORTO e GROSSO

(quindi limitiamo le prolunghe!)


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…


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.


• SEZIONE (S)

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

Dimensioni

S = r2x π area in mm2


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.

http://www.youtube.com/watch?v=tqbU42pFcM8&feature=relmfu

Lezioni Dunwoody College - Prof.ssa Eeris Fritz

http://www.youtube.com/watch?v=QAsSCrngkMs&feature=related

Minneapolis, Minnesota






http://www.ilportaledeibambini.net/didattica.php?code=144&page=I_Quiz_di_Scienza_Divertente&scheda=382&titolo=Elettricit%E0&language=2

QUIZ


I fogli di allumino appallottolati sono poi ottimali per evitare la formazione di

elettricità statica nei vostri panni inseriti nell’asciugabiancheria

Schede dal sito:

www.rosarioberardi.it

HTTP://ELETTRODOMUS.BLOGSPOT.IT/

IGOR ARBANAS

bibliografia

http://www.youtube.com/watch?v=RN051XolSHw

http://www.scuolamediacoletti.org/les/percorso_elettricita.htm

http://www.funsci.com/fun3_it/elettro/elettro.htm

http://www.electroyou.it/elettrodomus/wiki/elettricita-spiegata-anche-ai-bambini




http://www.rosarioberardi.it/

http://elettrodomus.blogspot.it/

http://elettrodomus.blogspot.it/






















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