PRIMI PASSI NELL`ELETTRICITA` DELLA SCUOLA MEDIA

Transcript

PRIMI PASSI
NELL’ELETTRICITA’
per la scuola media
A cura del prof. FUSCO FERDINANDO
1
PRIMI PASSI
per la scuola media
Le conoscenze proposte:

Elettrizzazione e cariche elettriche

Le grandezze elettriche

Come costruire una pila elettrica

I circuiti elettrici

Il magnetismo
2
A cura del prof. F U S C O F E R D I N A N D O
PRIMI PASSI
per la scuola media
Le esperienze proposte:

Il pendolino elettrostatico

Utilizzo del tester

La pila all’aceto

La luce

I campi magnetici
3
P R I M I P A S S I N E L L’
L’ E L E T T R I C I T A’
A’
CAP. 1
ELETTRIZZAZIONE e CARICHE ELETTRICHE
ELETTRIZZAZIONE
La parola elettricità deriva da elektron, termine che gli antichi
greci chiamavano una resina naturale, l’ambra, la quale se
strofinata con un panno, attirava a sé corpi leggeri: piume, foglie…
L’ambra, il vetro o la plastica, se strofinati con un panno
acquistano la capacità di esercitare una forza attrattiva o
repulsiva , cioè si elettrizzano ovvero acquisiscono una carica
elettrica.
4
A’
LE CARICHE ELETTRICHE
Strofinando con un panno di lana oggetti
di plastica, di vetro o altri materiali,
avvicinandoli tra loro si attraggono o si
respingono.
Le forze prodotte dallo strofinio sono
dovute allo scambio di cariche elettriche.
Le forze interagenti tra due corpi “trattati”,
possono essere di repulsione o di attrazione,
bisogna quindi distinguere le cariche elettriche che causano il
differente comportamento in due tipi diversi:
le cariche positive (+) e la cariche negative (-).
Cariche elettriche dello stesso segno si respingono e viceversa.
5
A’
CARICA
ELETTRICA
E
STATO
ELETTRICO
L’elettricità è una proprietà della materia ed è propria di due
particelle che costituiscono l’atomo: i protoni e gli elettroni.
Quindi, l’elettricità non si crea, ma può trasferirsi mediante uno
spostamento di elettroni, per esempio con lo strofinio.
Le cariche elettriche dello stesso segno si respingono (- e -)
invece quelle di diverso segno si attraggono (+ e -).
6
A’
CARICA
ELETTRICA
E
STATO
ELETTRICO
Allo stato naturale un corpo, per esempio una bacchetta di vetro,
prima di essere strofinata non presenta fenomeni elettrici, perché
complessivamente tutti i suoi atomi, elettricamente neutri,
determinano uno stato elettrico neutro.
I corpi in cui gli atomi perdono elettroni e quindi risultano
elettricamente positivi (hanno più protoni) si trovano in uno
stato elettrico positivo, ovvero hanno carica elettrica
positiva.
Invece, i corpi nei quali gli atomi acquistano elettroni e quindi
risultano elettricamente negativi (hanno più elettroni) si trovano in
uno stato elettrico negativo, ovvero hanno carica elettrica
negativa.
7
A’
CONDUTTORI E ISOLANTI
I materiali isolanti sono, ad esempio, la gomma e il legno,
perché non hanno la possibilità di far transitare le cariche
elettriche, che non possono quindi muoversi.
I materiali conduttori sono i metalli (il rame, l’alluminio ecc.)
l’acqua, il nostro corpo, la terra; questi non si elettrizzano, ma
disperdono immediatamente le cariche che al loro interno si
spostano facilmente da un punto all’altro.
8
A’
FORZE ELETTRICHE
Elettrizzare per strofinio



Utilizzo di:
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.
oggetti che evidenziano lo stato di elettrizzazione di un
altro oggetto:
piccoli pezzi di giornale, di quaderno o stagnola, pezzi di
pellicola trasparente per alimenti, filo di cotone o lana, palline
di polistirolo.
9
A’
FORZE ELETTRICHE






Forze a distanza
lo strofinio modifica localmente le proprietà di certi oggetti
rendendoli capaci di attrarre piccoli oggetti vicini;
l’oggetto strofinato acquisisce localmente una carica elettrica
e si elettrizza;
la presenza dell’oggetto elettrizzato modifica le proprietà degli
oggetti vicini rendendoli capaci di essere attratti;
la parte elettrizzata dell’oggetto esercita sugli oggetti vicini
una forza attrattiva, detta forza elettrica;
anche l’oggetto attirato esercita a sua volta una forza eguale
e contraria sull’oggetto elettrizzato.
10
A’
FORZE ELETTRICHE




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, tra di loro si esercita una forza elettrica repulsiva;
esistono quindi due tipi di carica elettrica, convenzionalmente:
cariche elettriche positive
ad esempio acquisite dal vetro per strofinio e
cariche elettriche negative
ad esempio quelle acquisite per strofinio dalla plastica;
11
A’
FORZE ELETTRICHE




Forze attrattive o repulsive
oggetti elettrizzati con cariche dello stesso segno si
respingono, mentre oggetti caricati con cariche di segno
opposto si attraggono;
al contatto con un oggetto elettrizzato per strofinio, un
oggetto metallico acquisisce parte della carica elettrica;
dopo il contatto, l’oggetto metallico e l’oggetto elettrizzato per
strofinio portano cariche dello stesso tipo e si respingono
12
A’
I ESPERIENZA
IL PENDOLINO ELETTROSTATICO





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.
Oggetti:
una posata di plastica, una pallina di polistirolo, un filo di
nylon, un ago e un pezzo di carta di alluminio per alimenti.
13
A’
I ESPERIENZA





La fisica
la forza elettrica è la forza che l’oggetto elettrizzato esercita
sull’oggetto attirato;
lo strofinio modifica localmente le proprietà di certi oggetti
rendendoli capaci di attrarre piccoli oggetti vicini;
l’oggetto strofinato acquisisce localmente una
carica elettrica e si elettrizza;
l’oggetto attirato esercita a sua volta una forza eguale
e contraria sull’oggetto elettrizzato.
14
A’
I ESPERIENZA






Attività:
con l’ago fare passare il filo attraverso la pallina e fare un
nodo;
coprire la pallina con la carta di alluminio e appendere il filo su
un supporto in modo che possa dondolare liberamente;
avvicinare al pendolino una posata di plastica e osservare il
comportamento dell’uno in rapporto con l’altra;
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.
15
A’
CAP. 2
LE GRANDEZZE ELETTRICHE



Le grandezze elettriche che si trovano in un circuito elettrico
sono:
la differenza di potenziale o tensione elettrica;
la corrente elettrica;
la resistenza elettrica del circuito;
16
A’
LA DIFFERENZA DI POTENZIALE
Come avviene la circolazione di corrente elettrica in un filo?
Serve una “spintarella” agli elettroni che si muovono
dal punto a potenziale maggiore a quello
a potenziale minore.
Succede come tra queste due bottiglie:
il liquido si sposta dal recipiente
che contiene più acqua a quello
che ne contiene meno.
17
A’
La capacità più o meno grande di una pila di spingere gli
elettroni lungo un circuito elettrico si chiama tensione elettrica
o differenza di potenziale (D.d.P).
La sua unità di misura è il Volt (V).
18
A’
LA PILA ELETTRICA
L’ inventore della pila è Alessandro Volta.
Grazie a questa invenzione,
riuscì a dimostrare che si può
generare energia tramite
reazioni chimiche.
Poli elettrici
Nella pila ci sono due lamelle chiamate poli o elettrodi.
Grazie a processi chimici che si svolgono al suo interno, sul polo
positivo si accumulano cariche positive e su quello negativo si
accumulano cariche negative.
19
A’
LA PILA ELETTRICA
Un fisico dell’Ottocento, John Daniell, inventò una pila simile a
quella di Volta.
Daniell utilizzò lo zinco, il rame.
Mettendo una barretta di zinco nella soluzione di zinco, la
barretta cede altri elettroni positivi alla propria soluzione.
Il rame invece cede elettroni negativi. Il risultato è, quindi:
 Sullo zinco rimangono elettroni in eccesso e la barretta si
carica negativamente.
 Sul rame si depositano ioni positivi in eccesso e la barretta si
carica positivamente.
20
A’
IL VOLTMETRO
Lo strumento che misura la differenza di potenziale ai capi di
una pila elettrica o tra due punti di un circuito elettrico si
chiama Voltmetro.
21
A’
LA CORRENTE ELETTRICA
Cariche elettriche in movimento, cioè un flusso di elettroni che si
muove attraverso un conduttore, prendono il nome di
corrente elettrica.
L’ intensità della corrente, simbolo I, è data dal numero di
cariche elettriche che in un secondo attraversano
il circuito.
eAtomo
eAtomo
e-
e-
Atomo
Atomo
e-
Atomo
e-
e-
Atomo
Atomo
corpo conduttore
22
A’
Il Coulomb, simbolo C, è l’unità di misura della quantità di
carica elettrica.
1 C è formato da circa 6,24 * 1018 la carica dell’elettrone,
cioè 6·240·000·000·000·000·000 elettroni !!!
L’unità di misura dell’intensità di corrente elettrica è
l’Ampere, simbolo A, e prende il nome dallo scienziato
francese André-Marie Ampère.
Una corrente elettrica ha l’intensità di un A quando attraverso
un circuito elettrico passa un Coulomb in un secondo.
23
A’
L’ AMPEROMETRO
Lo strumento che misura quanti Ampère di corrente circolano
in un circuito si chiama Amperometro.
24
A’
L’ENERGIA TERMICA
Gli elettroni, scorrendo nei conduttori, producono energia
termica. Questo effetto si chiama effetto termico o
effetto Joule, dal nome del fisico inglese vissuto
nell’ottocento, James Prescott Joule, che lo ha studiato per
primo.
Grazie all’effetto termico parte dell’energia prodotta da una
pila si trasforma in energia termica.
Quest’ultima viene ceduta all’ambiente come calore.
25
A’
CORRENTE ELETTRICA
è formata da
cariche elettriche
che percorrono
circuiti conduttori
generando
nei
conduttori
provocando
esercitando forze
su
reazioni chimiche
ad esempio
l’elettrolisi dell’acqua
energia termica
stufe elettriche
forni elettrici
magneti
altri circuiti
percorsi da
corrente
come accade nei
motori elettrici
26
A’
CORRENTE ELETTRICA
Che si misura in
simbolo
Ampère
A
può essere generata
da
pile
dal movimento
di spire
conduttrici
all’interno di
campi
magnetici
Ad
esempio
nelle
dinamo e
alternatori
apparecchi in
grado di stabilire
tra i loro
poli
delle
V
simbolo
Volt
Che si
misurano in
tensioni elettriche
27
A’
LA RESISTENZA ELETTRICA
La resistenza elettrica è una grandezza fisica scalare,
che misura la tendenza di un conduttore
ad opporsi al passaggio di una
corrente elettrica, quando
è sottoposto ad una tensione elettrica.
Questa opposizione dipende
dal materiale con cui è realizzato,
dalle sue dimensioni e
dalla sua temperatura.
Resistenza campione
28
A’
LA RESISTENZA ELETTRICA
Uno degli effetti del passaggio di corrente in un conduttore
è il suo riscaldamento (effetto Joule).
L‘unità di misura della resistenza elettrica è l‘Ohm, indicato
con la lettera greca maiuscola omega Ω.
In generale, non esistono materiali a resistenza nulla o
infinita, cioè, non esiste in natura né un perfetto conduttore
elettrico né un perfetto isolante elettrico e si può scrivere
che:
0<R<+∞
29
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER






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 );
Oggetti:
multimetro digitale, pila elettrica.
30
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER


Selezione sul Tester
Il multimetro digitale o Tester
ha diverse funzioni che si scelgono
usando l’apposito selettore:
V (Volt), per misure di tensione elettrica;
A (Ampere), per misure di corrente elettrica;
 (Ohm), per misure di resistenza elettrica;
selettore
ohm
volt
ampere
31
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER



La fisica
Quindi, per far circolare la corrente elettrica in un circuito
occorre che ci sia una sorgente di energia che rifornisce alle
particelle cariche l’energia che dissipano nel loro moto
attraverso il circuito;
sono sorgenti di energia elettrica le pile, le batterie o
accumulatori, per gli impianti elettrici domestici o industriali,
le centrali elettriche che alimentano la rete elettrica
cittadina;
32
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER



La fisica
In un circuito elettrico l’energia elettrica si trasforma in altre
forme di energia, come energia luminosa, energia termica,
oppure energia di movimento;
il corpo umano ha una elevata resistenza elettrica, che
comporta una bassissima corrente elettrica se ai suoi capi
viene collegata una pila da 4,5 V.
Però, se si applicasse una tensione di 220 V, come quella
della rete elettrica domestica, la corrente diventerebbe tale da
provocare effetti molto dannosi per il corpo umano.
33
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER
COM

Attività:

Misura della tensione di una pila:
•
•
•
•
-
AV
+
posizionare il selettore su 20 V;
collegare l’ingresso COM al polo - di una pila da 4,5 V,
l’ingresso “ 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;
34
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER

Attività:

Misure elettriche nel corpo umano
•
•
•
•
posizionare il selettore su 10 K;
tenere in una mano il cavo collegato all’ingresso COM e
nell’altra il cavo collegato all’ingresso “ 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;
35
A’
II ESPERIENZA
IL TESTER
•
•
•
Attività:
formare una catena di due o tre persone che si tengono
(strettamente) per mano e misurare la tensione fra l’inizio 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
COM  A V
una pila da 4,5V e misurare la corrente
che circola con le dita inumidite.
+
-


36
A’
CAP. 3
LA PILA ALL’ACETO








Concetti
cariche elettriche
tensione elettrica
corrente elettrica
Oggetti:
lamine di rame ed lamine di alluminio;
vasetti di vetro con diametro maggiore di quello delle lamine;
cavetti elettrici, aceto, tester;
37
A’
III ESPERIENZA
LA PILA ALL’ACETO




La fisica
per mantenere una corrente elettrica nel circuito è essenziale
avere una pila elettrica o un altro dispositivo che tenga in
moto le cariche elettriche;
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, di rame, tende a perdere elettroni,
l’altro, di zinco o alluminio, tende a mandare in soluzione lo
ione positivo e quindi rimane carico negativamente.
38
A’
III ESPERIENZA
LA PILA ALL’ACETO






Attività:
lamina di rame
lamina di alluminio
unire una lamina di rame con
una di alluminio.
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 nell’ultimo vasetto inserire
l’elettrodo singolo del tipo che manca
e collegarlo a uno degli ingressi del tester.
con la selezione del tester posta su “V”
si può misurare la
differenza di potenziale prodotta, con la selezione posta su
"mA" si misura la corrente.
39
A’
CAP. 3
I CIRCUITI ELETTRICI
Un circuito conduttore è il percorso in cui scorre la corrente
elettrica. Si può realizzare un circuito utilizzando:
una lampadina, una pila e due fili metallici (conduttori).
Collegando la lampadina con la pila
tramite i due fili metallici in modo da
fare circolare la corrente,
la lampadina si accende
grazie al passaggio degli Elettroni.
Un circuito elettrico può essere chiuso o interrotto.
E’ chiuso quando la corrente scorre ininterrottamente anche
dentro la pila. Per interrompere un circuito si utilizza un
dispositivo chiamato interruttore, che ha lo scopo di aprire e
chiudere il circuito elettrico.
40
A’
Nel circuito elettrico si individuano quindi:
Il generatore = pila elettrica;
L’ utilizzatore o carico elettrico = la lampadina;
I conduttori = mezzi di trasporto della corrente elettrica;
L’ interruttore = per stabilire o interrompere la corrente
elettrica;
41
A’
DISPOSIZIONE DEGLI UTILIZZATORI IN UN
CIRCUITO ELETTRICO
In un circuito elettrico, gli utilizzatori possono essere disposti:

in serie;

in parallelo;

in serie-parallelo;
42
A’
CIRCUITO ELETTRICO IN SERIE
Un circuito elettrico è di tipo serie quando gli utilizzatori sono
disposti uno di seguito all’altro e perciò la corrente elettrica che
attraversa gli utilizzatori è la stessa per tutti.
Il difetto di questo tipo di circuito è che funziona esclusivamente
con tutti gli utilizzatori integri, se infatti anche uno solo di essi è
danneggiato, il circuito non funziona!
43
A’
CIRCUITO ELETTRICO IN PARALLELO
Si dice che un circuito elettrico è di tipo parallelo quando tutti
gli utilizzatori sono collegati a due punti (detti nodi).
In questa tipologia di circuiti,
gli elettroni che attraversano gli
utilizzatori non saranno gli stessi,
e la corrente per il singolo utilizzatore
dipenderà da quest’ultimo.
Al contrario del circuito in serie, gli utilizzatori in parallelo sono
tutti indipendenti e il danneggiamento di uno non compromette
assolutamente il mal funzionamento degli altri.
44
A’
CIRCUITO ELETTRICO SERIE - PARALLELO
In questi circuiti si ha una combinazione delle tipologie di
circuiti visti precedentemente.
Alcuni utilizzatori saranno collegati in serie, ed alcune di queste
serie saranno in parallelo ad altre serie di utilizzatori.
45
A’
LA PRIMA LEGGE DI OHM
La legge di Ohm stabilisce in maniera molto semplice le
relazioni esistenti tra le seguenti tre grandezze elettriche:
tensione (V), corrente (I) e resistenza (R).
Questa legge e stata enunciata dal famoso fisico tedesco
George Simon Ohm.
L'enunciato suona esattamente così:
"L'intensità di corrente in un circuito è direttamente
proporzionale alla tensione ad esso applicata ed inversamente
proporzionale alla resistenza del circuito stesso".
La sua espressione matematica è:
I=V/R
46
A’
L’ espressione matematica
I=V/R
permette di calcolare che permette di calcolare la corrente
conoscendo la tensione e la resistenza. Da questa formula
derivano:
V=I*R
e
R=V/I
che permettono di determinare la tensione o la resistenza
quando siano note le altre due grandezze.
47
A’
Ad esempio, possiamo affermare che, in un circuito elettrico se
la differenza di potenziale applicata tra due suoi punti è uguale
ad 1 Volt e la resistenza parziale del tratto compreso tra questi
due punti è di 1 Ohm, in questo tratto circola la corrente di 1
Ampere.
VAB
VR
48
A’
LA SECONDA LEGGE DI OHM
Mentre la prima legge è ampiamente usata in applicazioni
circuitali, la seconda legge studia il valore della resistenza dei
componenti stessi (anche di un filo elettrico, dato che anche
un filo elettrico reale oppone una certa resistenza al flusso di
corrente) al variare delle sue caratteristiche fisiche.
La sua formulazione è la seguente:
R=ρ*l
S
49
A’
LA SECONDA LEGGE DI OHM
R= ρ*l
S
dove l è la lunghezza del filo o della resistenza, S la sua sezione
e ρ la sua resistività.
La resistività ρ è una proprietà intrinseca della materia, e il suo
valore cambia a seconda del materiale usato.
Ad esempio per il rame ricotto: ρ = 0.0172 * 10-6 Ω·m
50
A’
LA LEGGE DI OHM GENERALIZZATA
Prendendo in esame un generico circuito elettrico composto da
un generatore e da resistenze, possiamo affermare, in base alla
Legge di Ohm generalizzata, che la somma delle tensioni sulle
Due resistenze equivale alla tensione ai capi del generatore.
Cioè:
VAB = VR1 + VR2 = R1* I + R2* I = I * (R1 + R2)
VAB
VR1
I
VR2
51
A’
IV ESPERIENZA
LA LUCE









Concetti
la pila come sorgente di energia elettrica;
la corrente, per circolare, necessita di un circuito chiuso;
in un circuito elettrico l’energia elettrica si trasforma in altre
forme di energia, come energia luminosa, energia termica,
oppure energia di movimento.
Oggetti:
gli elementi del circuito sono:
pila;
lampadina da torcia elettrica;
cavetti elettrici;
tester;
52
A’
IV ESPERIENZA
LA LUCE





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
movimento;
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;
53
A’
IV ESPERIENZA
LA LUCE

La fisica
L’effetto termico
Quando un filo di rame è attraversato da corrente elettrica la
sua temperatura aumenta.
Se il materiale, attraversato da una corrente elettrica,
diventa incandescente, questo produce calore e luce.
LAMPADA A
INCANDESCENZA
54
A’
IV ESPERIENZA
LA LUCE
La lampadina
La lampadina a incandescenza è formata da:
1. Il filamento, cioè una sottile spirale, che diventa
incandescente quando la lampadina si accende.
2. La ghiera, che è fatta di metallo.
3. Il bottone, che è anch’esso fatto di metallo.

55
A’
IV ESPERIENZA
LA LUCE


Attività
provare ad accendere la lampadina connettendola ai morsetti
della pila;

montare il circuito come in figura
+
-
amperometro
A
lampadina
56
A’
CAP. 5
IL MAGNETISMO
La magnetite è un particolare minerale del ferro
in grado di attirare a se piccoli oggetti di ferro.
Gli oggetti che hanno questa capacità in natura
si chiamano magneti o calamite naturali.
Prendendo in esame delle calamite si può notare che:
La calamita esercita la sua forza magnetica solo su alcuni
materiali come ad esempio il ferro, il nichel e di cobalto.
La calamita esercita la sua forza di
attrazione solo alle estremità e non
nella zona centrale, detta zona neutra.
57
A’
IL MAGNETISMO
 Una calamita libera di girare (bussola) si dispone sempre
secondo la direzione del nord e
del sud geografico.
 I poli di una calamita esercitano
forze differenti:
Poli dello stesso tipo si respingono
Poli di tipo diverso si attraggono.
 Le cariche elettriche possono essere separate, i poli
magnetici non si possono assolutamente separare,
esistono solo insieme nella stessa calamita.
Se infatti dividiamo una calamita in due
otterremo due calamite con i propri poli.
58
A’
IL MAGNETISMO
IL CAMPO MAGNETICO
In seguito alle forze esercitate dalla calamita, nello spazio che la
circonda si forma un campo magnetico.
Un campo magnetico è costituito da linee di forze magnetiche
che vanno dal polo Nord al polo Sud che fanno sentire il
proprio effetto anche se vi sono sostanze interposte
come l’acqua, l’aria o il vetro.
59
A’
IL MAGNETISMO
IL CAMPO MAGNETICO
Possiamo vedere il
campo magnetico attraverso
la disposizione che assume
della limatura di ferro lasciata
cadere su una calamita.
Anche la Terra ha un proprio
campo magnetico.
60
A’
IL MAGNETISMO
I MAGNETINI ELEMENTARI
Dalla proprietà dei magneti per cui suddividendoli in più parti si
ottengono altrettanti magneti (non poter separare i poli), si può
dedurre che una calamita, anche se esercita la sua proprietà solo
sui poli, è magnetica in tutte le sue parti.
Secondo la scienza infatti, una calamita è composta infiniti
magneti, detti magnetini elementari, allineati ordinatamente.
61
A’
IL MAGNETISMO
All’interno della calamita però gli effetti delle coppie polo nord e
polo sud si annullano a vicenda, solo alle estremità dunque
rimangono affacciati lasciando la zona centrale bilanciata.
62
A’
IL MAGNETISMO
In realtà, tutti i corpi sono formati da magnetini elementari,
i quali però, a differenza delle calamite, sono disposti
disordinatamente annullando così la loro proprietà
magnetica.
Alcuni oggetti però, come il ferro il cobalto l’acciaio ecc. hanno
una proprietà particolare: se vengono avvicinati o messi in
contatto con un magnete, i loro magnetini elementari si
ordinano orientandosi in un verso comune.
63
A’
IL MAGNETISMO
CALAMITE ARTIFICIALI
Se in conseguenza all’esposizione ad una calamita una sostanza
acquista capacità magnetiche, viene chiamato magnete o
calamita artificiale.
Possiamo dividere le calamite artificiali in due gruppi:
 Calamite artificiali permanenti come l’acciaio e leghe di
alnico, che mantengono nel tempo la loro capacità magnetica.
 Calamite artificiali temporanee: come il ferro, che perdono
la loro capacità in tempi più o meno brevi.
64
A’
IL MAGNETISMO
I FENOMENI ELETTROMAGNETICI
L’elettricità e il magnetismo sono due fenomeni strettamente
correlati fra loro.
Infatti, due scienziati Christian Oersted
e Michael Faraday
hanno scoperto rispettivamente come
dall’elettricità si possono creare campi
magnetici e come dai magneti si possa creare l’elettricità.
65
A’
IL MAGNETISMO
Nel 1820 il fisico danese Christian Oersted scoprì che, ogni
volta che in un filo conduttore passa della corrente elettrica,
l’ago di una bussola posto nelle vicinanze devia.
Questo avviene perché la presenza di corrente elettrica crea un
campo magnetico in grado di cambiare la direzione dell’ago che
indica nord e sud.
66
A’
IL MAGNETISMO
Il passaggio di corrente elettrica in un
conduttore avvolto, solenoide,
crea l’effetto elettromagnetico che è il
fenomeno che permette di trasformare
un avvolgimento in un magnete.
Viene utilizzato per la
costruzione di vari
apparecchi, ad esempio il
campanello elettrico.
67
A’
IL MAGNETISMO
Invece, qualche decina d’anni dopo la scoperta di Oersted ,
il fisico Michael Faraday scoprì il fenomeno inverso.
Infatti, se in mezzo a un solenoide si fa scorrere un magnete, si
origina corrente elettrica.
animazione
68
A’
IL MAGNETISMO
La corrente elettrica prodotta dal solenoide si chiama corrente
indotta e il fenomeno viene definito
induzione elettromagnetica.
La corrente non circola sempre nello stesso verso e ha
un’intensità che varia in base alla velocità con cui si muove
il magnete (ad esempio la dinamo della bicicletta).
Il fenomeno dell’induzione elettromagnetica viene sfruttato per il
funzionamento dei motori e dei generatori elettrici.
69
A’
IL MAGNETISMO
IL MOTORE ELETTRICO
Grazie all’ effetto magnetico, l’energia di una pila può essere
trasformata in energia cinetica, cioè in energia di movimento.
animazione
Realizzando un circuito come quello della figura, si può costruire
un semplice motore elettrico. Infatti, nella bussola l‘ago
magnetico, chiudendo e aprendo il circuito, comincia a girare.
70
A’
IL MAGNETISMO
IL MOTORE ELETTRICO – video
1. il più
più semplice motore elettrico
2. motore elettrico caratteristico
3. motore elettrico istruttivo
71
A’
IL MAGNETISMO
IL MOTORE ELETTRICO
In un motorino elettrico più complesso,
il circuito si apre e
si chiude automaticamente.
Al posto dell’ago magnetico c’è una
bobina che tende a ruotare
quando nella bobina,
cioè il circuito elettrico
alimentato dalla pila,
circola corrente elettrica.
Quindi, l’effetto magnetico della corrente consiste nel
trasformare l’energia elettrica della pila in movimento e
quindi in lavoro.
72
A’
IL MAGNETISMO
I GENERATORI ELETTRICI
Grazie al fenomeno dell’induzione elettromagnetica, si può
trasformare l’energia di movimento in energia elettrica.
Sulla base di questo principio funzionano, per esempio, la
dinamo che è un dispositivo che produce corrente elettrica
continua, e gli alternatori che producono corrente elettrica
alternata;
quest’ultimi sono presenti nelle centrali idroelettriche e
termoelettriche, dove si producono grandi quantità di energia
elettrica.
73
A’
IL MAGNETISMO
I GENERATORI ELETTRICI
Il funzionamento è l’opposto che per i motori.
In pratica, si farà girare la bobina
con una forza esterna e quindi, per effetto
dell’induzione elettromagnetica,
si genererà tensione
nell’avvolgimento del generatore.
Da ciò se ne deduce che alcune
macchine elettriche sono
reversibili, cioè possono
funzionare sia da generatore
che da motore.
A’
IL MAGNETISMO
I GENERATORI ELETTRICI – video
Esempio di semplice generatore elettrico alternativo:
Video
75
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI













Concetti
Il campo magnetico;
Il circuito elettrico come magnete;
Interazione tra campo magnetico e corrente come motore e
come generatore.
Oggetti:
due magneti;
quattro bussole;
una pila;
una bobina;
cavetti elettrici
Un chiodo;
Dispositivo che crea un campo magnetico;
millivoltmetro
76
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI

La fisica

le linee di forza del campo magnetico;

l’indivisibilità, per un magnete, del polo nord dal polo sud;

l’effetto elettromagnetico;

l’induzione elettromagnetica;
77
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI
Attività 1
Una bussola lontano e vicino a un magnete:
sua orientazione.
Esplorazione con una bussola dello spazio
intorno a un magnete.

Una piattaforma di bussole lontano
e vicino a un magnete:
loro orientazione
78
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI
Attività 2
Campo magnetico dovuto ad una
corrente elettrica in un filo
conduttore e una bussola:
esplorazione degli effetti magnetici
di una corrente elettrica.
Esperimento di Oersted:
linee di campo intorno a un filo
percorso da corrente.
79
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI
Attività 3
La corrente circolando in un filo conduttore produce un
campo magnetico.
Se il conduttore è avvolto intorno ad un chiodo, la corrente
magnetizza il chiodo, quindi quest’ultimo diventa una calamita e
attrae gli spilli.
80
A’
V ESPERIENZA
FENOMENI MAGNETICI
Attività 4
La Legge di Faraday-Neumann-Lenz.
Generazione per induzione elettromagnetica:
un filo, collegato ad un millivoltmetro, e che viene spostato in un
campo magnetico.
Il valore della tensione indotta
sarà funzione della velocità con
la quale si sposta il conduttore.
81
A’
FINE
PRESENTAZIONE
82

PRIMI PASSI NELL`ELETTRICITA` DELLA SCUOLA MEDIA

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