Precipitatore elettrostatico di fumi

Materiale: beuta, generatore di Van de Graaff, pompetta, sigaretta.

Descrizione

Dalla parte alta della beuta fuoriesce un tubo di gomma nel quale viene inserita una sigaretta accesa.

Da un altro punto della beuta fuoriesce un tubo al quale si collega una pompetta aspira fumo.

All'interno della beuta è presente un elettrodo a punta; fra la beuta e il piano è inoltre inserito un piatto metallico destinato a fungere da secondo elettrodo.

Gli elettrodi sono collegati ad un generatore di alta tensione o a una macchina elettrostatica. Colleghiamo l'elettrodo a punta con il polo negativo e il piatto con il polo positivo.

Dopo aver aspirato il fumo della sigaretta all'interno della beuta mediante la pompetta, accendiamo la macchina elettrostatica.

Notiamo che il fumo si disperde.

Spiegazione

L'elettrodo a punta negativo è in grado di ionizzare le molecole che costituiscono l'aria. Si producono così coppie di ioni positivi e negativi

I primi sono attratti dall'elettrodo a punta, mentre i secondi vengono catturati dalle molecole di fumo caricandole negativamente; le particelle precipitano così verso il piatto metallico.

La sfera al plasma

Essa è costituita da un bulbo, di solito una sfera di sottile vetro trasparente, nel quale sono presenti

dei gas inerti a bassa pressione (200-500 Pa), quindi un grande elettrodo ad alta tensione elettrica al

suo centro. All'accensione del dispositivo, l'elevato campo elettrico, combinato alla bassa pressione

dei gas inerti, riesce a far sprigionare dei suggestivi filamenti – o scariche luminose – discretamente

lunghi, generalmente di colore viola-blu, costituiti principalmente da plasma, ovvero da gas

ionizzato, i quali si andranno a scontrare sulla parete interna del vetro.

La tipica colorazione di luce viola-blu è dovuta principalmente alla presenza di argon, un gas nobile

che, durante il ritorno in atomi elettricamente neutri rilascia radiazioni e bagliori proprio su questa

specifica frequenza elettromagnetica dello spettro di luce visibile, oltre che una piccola parte di

radiazione ultravioletta.

Verso l'esterno, le scariche elettriche si scontrano semplicemente sulla parete interna del vetro,

essendo questa a potenziale elettrico nullo, oppure direttamente a massa/terra (sempre a potenziale

elettrico nullo) se, ad esempio, si sfiora la sfera con altri oggetti collegati a massa o, ad esempio,

con le dita della mano. In questo ultimo caso, una buona parte dell'energia delle scariche elettriche

si concentreranno sulla via puntiforme e più breve verso la massa a terra, ed attraversando, quindi,

tutto il corpo; come già detto, essendo l'intensità di corrente elettrica bassissima, questo non

comporterà danni per la salute fisica.

Se invece si rompe la sfera di vetro, il suggestivo effetto delle scariche viola-blu non si manifesterà

più, in quanto la pressione e i gas saranno semplicemente quelli atmosferici, ed il campo elettrico

riuscirà a generare soltanto una scarica elettrica visibile bianco-gialla, ma solo a pochissimi

millimetri dall'elettrodo centrale.

Costruzione di un circuito elettrico

MATERIALE:

-Piastra a molle-Nodi a croce-Porta lampada con lampada (L )-Interruttore (I)-Pila da 1,5 V e 3 V (due da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di potenziale

ESECUZIONE:Si monta il circuito come nella figura e si chiude il circuito schiacciando l'interruttore.

OSSERVAZIONI

Quando chiudi l'interruttore nel circuito circola corrente elettrica. Cosa cambia se si passa da una pila di 1,5 V a una di 3V?Cambia qualcosa se si s'invertono interruttore e lampadina?

Conduttori o isolanti

MATERIALE:-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di potenziale-Piastra a molle-Nodi a croce-Porta lampada con lampada (L)-Interruttore (I)-Piastre di allumino, ottone, legno polistirolo, pertinax (cos'è?), vetro acrilico (C)

ESECUZIONE:Si monta il circuito come nella figura.

Inserendo le diverse piastre e osservando se la lampada si accende, puoi capire se il materiale inserito è o non è un buon conduttore.

TABELLA:

MATERIALE CONDUTTORE ISOLANTE

alluminio

ottone

legno

polistirolo

pertinax

vetro acrilico

CONCLUSIONE:I materiali alluminio e ottone sono conduttori, le materie sintetiche polistirolo, pertinax e vetro acrilico sono isolanti.

La corrente nei liquidi

MATERIALE:- Un alimentatore -Piastra a molle-Nodi a croce-Porta lampada con lampada (L)-Interruttore (I)- Fili di collegamento, elettrodi. -Una serie di becher, acqua, sale e zucchero.

ESECUZIONE:Costruisci il circuito come in figura.

Inserisci i due elettrodi nel becher contenete acqua. La lampadina si accende? Ripeti l'esperimento inserendo gli elettrodi nell'acqua con zucchero. Succede qualcosa? Inserisci gli elettrodi in acqua con sale. Prova ad aumentare gradualmente la concentrazione

di sale.

CONCLUSIONE:Quali soluzioni conducono la corrente?Cosa succede se aumenti la concentrazione di sale?

Deviatore e 2 lampadine

MATERIALI:-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di potenziale-Piastra a molle-Nodi a croce-2 porta lampada con lampade (L1 e L2 )-Deviatore (D)-Interruttore (I)

ESECUZIONE:Realizza il circuito come mostrato nella figura. Aziona la levetta del commutatore e osserva.

CONCLUSIONE:A seconda della posizione dell’interruttore si accende o la prima lampadina o la seconda.

2 deviatori e una lampadina

MATERIALE:-Pila da 1,5 V e 3 V (2 da 1,5 V in serie) o eventualmente alimentatore con analoga differenza di potenziale-Piastra a molle-Interruttore (I)-Nodi a croce-1 porta lampada con lampada (L )-Deviatori (D1 e D2)

ESECUZIONE:Realizza il circuito come mostrato nella figura. Aziona i deviatori e osserva.

CONCLUSIONI:L'uso di due deviatori collegati come nell'esempio è molto diffuso negli impianti elettrici domestici perché permette di accendere o spegnere una lampadina da due punti diversi dell'ambiente.

Il Levitron

Che cosa sostiene la trottola in aria?

La forza magnetica solleva la trottola dalla base.

Puoi pensare la base come un magnete con il polo nord rivolto verso l'alto e la trottola come uno con il polo nord rivolto verso il basso. Il principio è che due poli uguali (per esempio, due nord) si respingono e due poli opposti si attraggono, con forze direttamente proporzionali alla vicinanza degli stessi. Poiché l'intensità delle forze dipende dalla distanza, domina la repulsione nord-nord e la trottola è magneticamente respinta dalla base. Quindi rimane sospesa per aria, nel punto in cui questa repulsione verso l'alto bilancia la forza di gravità, orientata verso il basso, cioè nel punto di equilibrio dove la forza totale è zero.

Perché ha bisogno di ruotare?

Per impedire che la trottola si capovolga. Se la trottola non girasse, il suo polo sud si rivolgerebbe verso il basso e sarebbe attratto dalla base. Se la trottola gira, invece, grazie all'effetto giroscopico, tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa e non si rovescia.

La lente di Fresnel

La lente Fresnel permette la costruzione di ottiche di grande dimensione e piccola distanza focale

senza l'ingombro, lo spessore ed il peso del materiale necessario per costruire una lente sferica

convenzionale con lo stesso potere convergente.

Il risultato è ottenuto frazionando la lente sferica in una serie di sezioni. Per ogni sezione lo

spessore della lente viene limitato ma viene mantenuta la stessa curvatura come illustrato in figura.

La costruzione di un elettromagnete

MATERIALE

-Filo di rame smaltato (o filo elettrico isolato)

-Pila

-Interruttore

- Resistore o lampadina.

-Nucleo di ferro dolce

-Cavi di collegamento

- Piccoli oggetti di ferro, magneti.

ESECUZIONE

Per costruire l'elettromagnete, un filo di rame smaltato è stato avvolto attorno ad un nucleo di ferro e successivamente, come mostrato in figura, collegato ai poli della pila.

L'avvolgimento con nucleo di ferro dolce si comporta come un magnete quando è percorso da corrente.

Campanello.Osserviamo il seguente schema :

La lettera A indica un punto fisso (realizzato in pratica da un perno). La lettera B indica un contatto mobile (realizzato da una punta metallica). La lettera C indica un percussore (realizzato da una sferetta metallica). L'arco AC indica un conduttore mobile di ferro dolce (realizzato da un conduttore elastico di ferro dolce). La lettera D indica un dispositivo acustico (realizzato da un apposito corpo metallico cavo). La lettera E indica un elettromagnete.

Normalmente, in assenza di corrente, il conduttore mobile AC è appoggiato al contatto B .

Quando si pigia il tasto T , il circuito viene chiuso e passa corrente nell'elettromagnete il quale si magnetizza ed attira a sé il conduttore mobile. Il percussore C urta il dispositivo acustico ma il contatto B si stacca.

Staccandosi il conduttore mobile AC dal contatto B, il circuito si apre e non passa più corrente. Non passando corrente, l'elettromagnete si smagnetizza e il conduttore AC mobile ed elastico torna nella posizione di riposo ripristinando il contatto B e richiudendo il circuito.

Richiudendosi il circuito, ritorna a passare corrente, l'elettromagnete si magnetizza, il conduttore mobile viene attirato verso l'elettromagnete, il percussore urta il dispositivo acustico ecc. ecc.

Finché si tiene premuto il tasto T , il processo appena descritto rimane attivo ed il campanello ... suona !!!

Campo magnetico e correnti elettriche

http://catalogo.museogalileo.it/multimedia/EsperienzaOersted.html

PARTE1Riproduciamo ora l'esperienza di Oersted.

Colleghiamo i 2 poli al generatore o a una serie di pile.Aumentando sempre di più la corrente gli aghetti si avvicinano alla perpendicolare, come si vede in figura.

Spiegazione

La corrente genera nello spazio attorno al conduttore un campo magnetico le cui linee di forza sono circonferenze concentriche perpendicolari al conduttore che a sua volta si trova nel centro delle medesime.

Graficamente :

Campo magnetico e correnti elettriche

PARTE 2

L'esperienza di Faraday

L'esperienza di Faraday mise in evidenza che un conduttore percorso da corrente subisce una forza quando si trova in un campo magnetico.

DESCRIZIONE

Un filo conduttore è posto nel campo magnetico generato da un magnete a ferro di cavallo. Chiudendo il circuito di può verificare che il filo subisce una forza.

Invertendo il collegamento con l'alimentatore e quindi invertendo il verso della corrente si può osservare che cambia anche il verso della forza.

CONCLUSIONE

I magneti sono in grado di esercitare forze sui conduttori percorsi da corrente elettrica.

Campo magnetico e correnti elettriche

PARTE 3

Interazione campo magnetico-corrente con produzione di lavoro meccanico.

DESCRIZIONE

L'apparato sperimentale è costituito da un magnete permanente al neodimio rivestito di materiale conduttore, da una batteria (1,5 V) e da un telaio realizzato con un filo di materiale conduttore. Il telaio è a contatto con il polo positivo della batteria e con il magnete.

Quando il circuito è attraversato da corrente ciascun ramo del circuito è sottoposto ad una forza che fa ruotare il telaio.

Il verso di rotazione dipende da come è orientato il magnete.

Campo magnetico e correnti elettriche

PARTE 4

Dopo che Oersted ebbe dimostrato che un filo percorso da corrente genera un campo magnetico, si cercò di verificare l'effetto simmetrico e cioè se fosse possibile ottenere correnti elettriche da campi magnetici.

Faraday nel 1831 riuscì a scoprire che in particolari condizioni un campo magnetico può generare una corrente.

DESCRIZIONE

La bobina è collegata ad un amperometro, uno strumento che serve a misurare la corrente.

Prova ad avvicinare e ad allontanare il magnete alla bobina. Cosa osservi?

SPIEGAZIONE

Non si ha passaggio di corrente se il magnete è fermo. Il passaggio di corrente si verifica solo nel caso in cui il magnete viene avvicinato o allontanato dal circuito.

Si ha corrente quando un circuito viene attraversato da un campo magnetico esterno che per qualche ragione varia nel tempo.

IL GENERATORE DI CORRENTE e IL MOTORE ELETTRICO

Un generatore elettrico è una macchina elettrica che trasforma energia meccanica in energia elettrica.

I generatori elettrici impiegati negli impianti per la produzione di elettricità sono strumenti piuttosto complessi, ma il loro principio di funzionamento è molto semplice. Schematicamente sono costituiti da un rotore che contiene uno o più avvolgimenti di filo conduttore (bobine). Il rotore viene messo in rotazione all'interno di un magnete fisso detto statore.

Quello che avviene in un motore elettrico è esattamente l'inverso di quello che avviene nel generatore di corrente. L'interazione fra il campo magnetico dello statore e del rotore si traduce in una coppia di forze che imprime al rotore un moto rotatorio . L'energia elettrica fornita al rotore è trasformata in energia meccanica.

Diavoletto di Cartesio

DESCRIZIONE:

E’ un curioso giocattolo che utilizza il principio di Archimede. Consiste in un oggetto a forma di diavoletto, internamente cavo. La parte interna comunica con l’esterno attraverso un minuscolo forellino posto all’estremità della coda. Il diavoletto è immerso in un cilindro di vetro contenente acqua e superiormente chiuso da una membrana di gomma. Premendo sulla membrana, aumenta la pressione e un po’ d’acqua penetra all’interno del diavoletto, aumentandone il peso e facendolo scendere lungo il tubo di vetro. Per farlo risalire, basta diminuire la pressione sulla membrana: l’acqua esce sotto la spinta dell’aria interna, non più equilibrata da quella esterna, e il diavoletto risale.

Fonografo

Edison annunciò l'invenzione del fonografo il 21 novembre. Il primo schizzo del Fonografo apparso sui diari di Edison risale al 12 agosto 1877 e il 6 dicembre dello stesso anno ne diede una dimostrazione pratica ai propri collaboratori.Essi si trovavano di fronte ad un oggetto costituito da un rullo di ottone (cilindro fonografico) di circa 10 cm di diametro e di lunghezza, sostenuto da un asse filettato. Sul cilindro era tracciato un solco a spirale di 2,5 mm di larghezza e la superficie del cilindro era ricoperta da un foglio di stagnola. Durante la registrazione, il cilindro ruotava e la stagnola veniva sfiorata dalla puntina collegata alla membrana vibrante. La puntina, seguendo le oscillazioni della membrana, incideva una traccia profonda nella stagnola che, tesa sopra al solco, poteva cedere sotto la pressione. Per la riproduzione, il processo sarebbe stato inverso, con l'unica differenza che in questo caso veniva utilizzata una seconda membrana, molto più elastica, posta all'altra estremità dell'apparecchio. Il solco nella stagnola con le sue variazioni di profondità, faceva vibrare la membrana restituendo il suono registrato. Il funzionamento era quindi alternativamente di registratore o riproduttore. È possibile ascoltare e guardare in azione il fonografo grazie a questi video.Per nulla scoraggiato dallo scetticismo dei collaboratori, Edison iniziò così a girare la manovella che metteva in moto il sistema e parlando in direzione del diaframma pronunciò la seguente frase: "Mary had a little lamb" ("Mary aveva un agnellino"). Una volta riportato il cilindro al punto di partenza, sistemò l'ago sulla seconda membrana nel solco impresso nella stagnola dalla prima, riprese a girare la manovella e il fonografo ripeté un suono vagamente simile alla frase pronunciata poco prima. La qualità era pessima, ma le basi erano state poste.

Specchi parabolici

Periscopio

Doppio cono

L'apparente comportamento anomalo seguito dal doppio cono è facilmente spiegabile ricorrendo al teorema fisico detto del moto del centro di massa (o baricentro):"Il moto di un sistema continuo di punti materiali soggetto a forze esterne è determinato solo dal moto del suo baricentro dotato dell'intera massa del sistema e soggetto al risultante delle forze esterne". Il baricentro del doppio cono si trova sull'asse di rotazione in corrispondenza del diametro massimoIl teorema del moto del centro di massa afferma che ciò che conta ai fini del moto di un corpo esteso è il moto del suo baricentro e non quello delle sue parti. In effetti, ad una osservazione più attenta, il baricentro del doppio cono scende durante il moto, anche se il sistema sembra apparentemente salire. Si legge infatti nell'inventario del 1818: "Piano inclinato per cui ascendendo un grave il suo centro di gravità discende".Dunque non si ha alcuna violazione delle leggi della fisica, ma il doppio cono manifesta semplicemente il moto di rotolamento spontaneo nella direzione in cui il suo baricentro può scendere, moto che solo apparentemente sembra essere in salita. L'occhio si fissa sulle guide e in particolare sulla loro inclinazione rispetto al verso di rotolamento del corpo su di esse, mentre bisogna considerare il moto del baricentro del solido prima di concludere che esso manifesta un comportamento anomalo.Il baricentro del doppio cono scende grazie alla particolare combinazione dei valori degli angoli d'inclinazione delle guide, di divergenza delle stesse e di quello al vertice del doppio cono. Con riferimento al disegno schematico, il "trucco" è presto svelato. Infatti a ogni giro del corpo il suo asse di rotazione scende, poiché a mano a mano che ci si avvicina ai vertici la distanza tra ogniuno dei due punti di contatto con la guida e l'asse di rotazione diminuisce più velocemente di quanto si guadagni in altezza per il fatto che le guide sono inclinate. Quindi globalmente l'asse di rotazione scende e il centro di massa del doppio cono con esso (la linea blu ne indica la traiettoria durante il moto).Come ulteriore prova a conferma di quanto appena affermato, si può misurare l'altezza dell'asse di rotazione del doppio prima e dopo: il suo abbassamento è di poco più di 10 millimetri.

Onde stazionarie

Trova la frequenza fondamentale (a) e poi le frequenze superiori.

Che relazione c'è fra di esse?

Altoparlante fatto con un piatto di carta

Materiale : piatto di cartone , filo di rame, accendino, colla , nastro adesivo e cartoncino 7cm x 10cm , magnete .

Spiegazione

La corrente che esce dall'amplificatore o dal telefonino e percorre la bobina è una corrente modulata continua che genera un campo magnetico variabile.

L'interazione tra il campo magnetico variabile prodotto dalla spira di rame e il magnete fisso genera la vibrazione che si trasmette al piatto riproducendo il suono.

La sfera delle densità

La sfera galleggia in acqua a temperature inferiori a 20°C, mentre affonda in acqua calda.

Spiegazione

La spinta di Archimede è la forza che un corpo immerso in un fluido riceve dal basso verso l'alto. Tale spinta è pari al peso del fluido spostato, dunque è direttamente proporzionale alla densità del fluido stesso.

Se la temperatura dell'acqua aumenta, la sua densità diminuisce e quindi diminuisce la spinta di Archimede a cui è soggetta la sfera, causandone il suo affondamento.

Termometro galileiano

Il principio di funzionamento è identico a quello

della sfera delle densità.

Il dispositivo è costituito da un cilindro di vetro

contenente un liquido la cui densità diminuisce

sensibilmente al crescere della temperatura.

All'interno del cilindro sono contenute delle

ampolline di vetro contenenti del liquido colorato.

Tali ampolline hanno densità medie differenti fra

di loro e ad esse sono appese delle targhette su cui

viene indicata la temperatura.

Spiegazione

Quando il dispositivo ha raggiunto l'equilibrio termico con l'ambiente esterno, si può leggere la

temperatura osservando il numero riportato sulla più bassa fra le ampolline rimaste a galla. Se

l'ambiente esterno si trova a temperatura molto bassa, il liquido all'interno del cilindro risulta avere

una densità maggiore di quella di qualsiasi ampollina, e quindi rimarranno tutte a galla. Al contrario

ad alte temperature andranno tutte a fondo.

A temperature intermedie cadranno sul fondo solo le ampolline con densità superiore a quella del

liquido: quella che si trova al livello più basso fra quelle galleggianti avrà densità appena inferiore a

quella del liquido e quindi ne indicherà approssimativamente la temperatura. Ci si può chiedere

perché le ampolline non cambino densità, in quanto la temperatura cambia anche per loro. La

risposta è molto semplice: il vetro di cui è costituito il loro "guscio" si dilata e si contrae in modo

del tutto trascurabile per queste variazioni di temperatura (il termometro lavora con temperature

vicine a quella ambiente). Risulta quindi che il volume delle ampolline può essere considerato

sempre costante e quindi anche la loro densità.

Il radiometro

Il radiometro offre un'occasione per discutere di come diverse teorie si siano susseguite per spiegarne il funzionamento. Si parte dalla teoria elettromagnetica per arrivare alla teoria cinetica dei gas.Inizialmente si riteneva che le pale venissero mosse dalla “pressione della luce” (prevista da Maxwell). Ci si aspettava che la spinta fosse maggiore sul lato chiaro perché maggiormente riflettente. Le pale però girano nell'altro senso, come spinte dal lato scuro.La successiva spiegazione coinvolgeva la teoria cinetica dei gas: il lato più scuro delle pale subisce un riscaldamento a causa del maggiore assorbimento della radiazione. Il gas nelle vicinanze dei lati scuri incrementa la propria velocità di agitazione termica esercitando una maggiore forza sulle pale. Maxwell, analizzando tale teoria, sostenne che l'espansione dei gas dovuta al riscaldamento non era sufficiente a spingere le pale.La spiegazione attualmente accreditata fu proposta nel 1879 da Reynolds. Essa si basa sull'analisi del comportamento di un gas rarefatto e della sua interazione con il bordo delle pale. Infatti localmente la più alta quantità di moto delle molecole vicino il bordo più caldo non è perfettamente compensato da una più ridotta frequenza di collisione.

La cicloide.

Proprietà della cicloide

è una curva tautocrona: un grave, lasciato cadere lungo una concavità con profilo

cicloidale, impiega sempre lo stesso tempo per raggiungere il fondo indipendentemente

dall'altezza da cui viene lanciato;

è una curva brachistocrona, una curva di minimo tempo in quanto, tra le traiettorie che

un grave può seguire per muoversi tra due punti, quella a forma cicloidale è quella

percorribile nel minor tempo.