1. definire un corpo elettrizzato e illustrare i differenti tipi di elettrizzazione;

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1 Apprendimento unitario da promuovere. L alunno comprende la natura dei fenomeni elettrici e magnetici, individuandone la relazione e i principali effetti. Compito unitario in situazione. Realizzare, in coppia con un compagno, uno o più circuiti elettrici utilizzabili in una situazione concreta scelta a piacere (ad esempio per gli addobbi luminosi di una festa) e illustrarne il funzionamento alla classe. Obiettivi formativi con standard d apprendimento. L alunno è in grado di: 1. definire un corpo elettrizzato e illustrare i differenti tipi di elettrizzazione; 2. distinguere tra conduttori e isolanti; 3. spiegare che cos è la corrente elettrica e le principali grandezze elettriche; 4. descrivere un circuito elettrico, enunciare e spiegare le leggi di Ohm; 5. descrivere gli effetti della corrente elettrica; 6. spiegare che cos è un magnete e descrivere le interazioni tra elettricità e magnetismo.

2 Articolazione degli obiettivi formativi rispetto al livello di accettabilità 1. Sa spiegare con linguaggio semplice che un corpo è elettrizzato quando nei suoi atomi viene a mancare l equilibrio tra elettroni e protoni; sa rappresentare schematicamente come un corpo si elettrizza per strofinio, contatto, induzione. 2. Dimostra di riconoscere i conduttori e gli isolanti, quando ad esempio il docente (o un compagno) gli chiede di procurare un filo conduttore, da utilizzare nella realizzazione di un circuito, oppure del materiale per isolare i fili di rame. 3. Sa spiegare, utilizzando una terminologia semplice ma specifica, che la corrente elettrica è generata dal movimento di cariche elettriche all interno di un conduttore quando tra i suoi poli si stabilisce una differenza di potenziale; nelle attività di gruppo, sa leggere su un amperometro l intensità di corrente che fluisce in un circuito elettrico. 4. Riconosce, denominandoli esattamente, i principali elementi di un circuito elettrico già predisposto; dimostra di conoscere le leggi di Ohm quando, illustrando il funzionamento di un circuito realizzato in gruppo, afferma che intensità, differenza di potenziale e resistenza sono grandezze collegate e che la resistenza dipende da come è fatto un circuito.

3 5. Rispondendo a domande specifiche del docente, sa dire, ad esempio, che la stufetta elettrica sfrutta l effetto termico o che l elettrolisi dell acqua sfrutta l effetto chimico della corrente elettrica. 6. Sa svolgere semplici esperimenti sulla magnetizzazione dei corpi: ad esempio, sa dimostrare che l acciaio si magnetizza in modo permanente se viene strofinato con una calamita. Sa illustrare in modo essenziale il funzionamento del campanello elettrico, costruito con l aiuto del docente di tecnologia.

4 Attività laboratoriali. I temi dell elettricità e del magnetismo ben si prestano ad essere trattati mediante un approccio sperimentale. Si possono, infatti, allestire senza difficoltà diverse esperienze, utilizzando materiale povero grazie al fatto che i fenomeni elettromagnetici sono facilmente osservabili sia in natura che nella maggior parte degli apparecchi elettrodomestici, utilizzati nella vita di tutti i giorni. Il contributo del docente di tecnologia risulterà particolarmente prezioso nell ideazione e costruzione di pile e circuiti elettrici da realizzare con i ragazzi. L ipotesi progettuale propone un apprendimento unitario da promuovere pragmaticamente per far sì che risulti dotato di senso per i giovani alunni. L acquisizione di tale intero di apprendimento dovrà trasformare gli OSA nelle competenze personali degli allievi, grazie ad una scelta di soluzioni organizzative e di tempi calibrati sulla realtà in cui si opera.

5 1 FASE: Rifletti su alcuni fenomeni che conosci Si introdurrà l argomento facendo riflettere i ragazzi su alcuni fenomeni noti dalla vita quotidiana: - La scossa che si prende quando si tocca la portiera dell automobile. - Le scintille che scoccano quando ci si toglie un maglione. - I capelli che si rizzano in testa quando ci si pettina con una spazzola di nylon. - I fulmini che si osservano durante i temporali. Si chiederà ai ragazzi di formulare delle ipotesi per spiegare tali comportamenti attingendo alle loro conoscenze pregresse circa la costituzione atomica della materia (protoni ed elettroni, cariche elettriche positive e negative). Suscitato l interesse e avviata la discussione, si procederà con l indagine circa l elettrizzazione dei corpi.

6 2 FASE: Osserviamo come si elettrizzano i corpi Dopo essere giunti tutti insieme alla conclusione che un corpo è elettricamente carico, o elettrizzato, quando possiede un eccesso di elettroni o di protoni, il docente appronterà diverse attività sperimentali per far osservare agli alunni che l elettrizzazione avviene per strofinio, contatto o induzione.

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8 3 FASE: Tutte le sostanze hanno la stessa forza di attrazione? Si farà verificare agli alunni, mediante attività operative mirate, che non tutti i materiali attraggono gli elettroni con la stessa forza e che essi si classificano in conduttori e isolanti a seconda che attraggano debolmente o intensamente i loro elettroni.

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10 4 FASE: La corrente elettrica, i circuiti elettrici e le leggi di Ohm Dopo aver considerato le cariche elettrostatiche, si tratteranno le cariche elettriche in movimento, che danno origine al fenomeno della corrente elettrica, per il cui utilizzo è necessario l impiego dei circuiti elettrici. Le attività sperimentali, da svolgere con gli alunni, devono condurre questi a comprendere che il circuito elettrico è un percorso chiuso in cui circola corrente, perché tra le sue estremità è presente una differenza di potenziale. Allo scopo, si evidenzieranno gli elementi fondamentali di un circuito: generatore, utilizzatore, conduttore e interruttore. In collaborazione con il docente di Tecnologia, saranno realizzati modellini di circuiti in serie e in parallelo; si potrà anche studiare il funzionamento di apparecchiature elettriche nel processo produttivo. Si tratteranno, inoltre, il concetto di resistenza elettrica e, in particolare, le leggi di Ohm. Per i gruppi di eccellenza, si approfondirà la trattazione formale della 1 e della 2 legge di Ohm.

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12 5 FASE: Osserviamo gli effetti della corrente elettrica Gli alunni hanno appreso nelle fasi precedenti del percorso formativo che ogni conduttore presenta una certa resistenza elettrica la quale ostacola il movimento degli elettroni al suo interno; la resistenza è in un certo senso analoga all attrito e, come conseguenza, determina sviluppo di calore nel conduttore. Tale fenomeno è noto come effetto termico o effetto Joule, dal nome del fisico inglese J. P. Joule ( ) che lo scoprì. Si evidenzierà che alcuni elettrodomestici, come l asciugacapelli, il ferro da stiro, la stufetta elettrica, funzionano proprio in base alla presenza di conduttori ad elevata resistenza o resistenze elettriche. Si affronteranno, infine, sempre sperimentalmente gli effetti chimico e magnetico della corrente elettrica. In particolare, per l effetto magnetico si metterà in evidenza come elettricità e magnetismo si influenzino a vicenda.

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14 Analisi dei risultati: - Quando il circuito è chiuso e le bacchette sono immerse in acqua distillata, la lampadina si accende? Sì No - L acqua distillata conduce/non conduce corrente. - Quando le bacchette sono immerse nella soluzione, a circuito chiuso, la lampadina si accende? Sì No - La soluzione conduce/non conduce corrente. - Alle estremità delle bacchette immerse nella soluzione si formano delle.di gas, indice che stanno avvenendo delle reazioni chimiche.

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16 6 FASE: Osserviamo i fenomeni magnetici Lo studio degli effetti provocati dalla corrente elettrica ha fatto rilevare agli alunni la relazione esistente tra elettricità e magnetismo. Oltre ad osservare il comportamento dei magneti, sia naturali che artificiali, e i differenti procedimenti di magnetizzazione, si potranno approfondire, se il contesto della classe lo consente, gli aspetti storici connessi agli esperimenti di Oersted ( ), che verificò sperimentalmente il legame tra i fenomeni elettrici e quelli magnetici dando inizio ad una nuova branca della Fisica chiamata elettromagnetismo. Altri approfondimenti potrebbero riguardare lo studio del campo magnetico terrestre, la bussola, l induzione elettromagnetica e gli esperimenti di Faraday, che nel 1831 dimostrò come un campo magnetico in movimento crei una corrente elettrica. Con la collaborazione del docente di Tecnologia si potrebbe studiare specificamente il funzionamento dell elettrocalamita, della dinamo e dell alternatore. Si propongono alcune attività sperimentali da svolgere con gli alunni.

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19 Introdurre l elettricità e collegamento con tecnologie

20 Cosa intendiamo per elettricità? Si può rispondere più o meno così: elettricità è ciò che scorre nei fili di un cavo di un apparecchio elettrico - se l apparecchio è accesso. Ci possiamo immaginare l elettricità come un qualcosa che si trova da qualche parte e che da un punto può raggiungerne un altro. Solitamente di un corpo si può dire se ha quantità di moto o no: lo vediamo dal fatto che si muova o meno L elettricità ha un ruolo importante nella tecnica. Le applicazioni possibili si dividono in due grandi categorie. Ma non abbiamo nessun organo di senso predisposto a percepire il contenuto di elettricità di un oggetto. Percepiamo l elettricità quando prendiamo la scossa, ma ovviamente vogliamo evitarlo perché è pericoloso/fastidioso.

21 Una classe di applicazioni ha a che fare con la possibilità data dall elettricità di trasmettere e immagazzinare energia. Infatti l elettricità è un portatore di energia molto pratico. Di conseguenza, molti apparecchi elettrici servono a trasferire l energia dall elettricità a un altro portatore o da un altro portatore all elettricità. Alcuni esempi sono il motore elettrico, il generatore e tutti gli apparecchi di riscaldamento elettrici. Nella seconda classe di applicazioni l elettricità viene utilizzata per la trasmissione, l immagazzinamento e l elaborazione di dati: di musica, di testi scritti e parlati, di immagini, numeri e altri segni. Questo campo della tecnica è detto elettronica.

22 Costruire un elettroscopio! L'elettroscopio è uno strumento che permette di riconoscere se un corpo è carico elettricamente: è un rivelatore di carica

23 Scopo: Verifica della proprietà delle cariche elettriche; Capire che si può elettrizzare un oggetto per contatto o per induzione; Capire cosa si intende per conduttore e per isolante. Materiale necessario: 15 cm di filo di rame isolato tipo antenna TV; Due pezzetti di carta d alluminio di dimensioni cm 2x1; Un barattolo in vetro con coperchio forabile; Pinze, forbici, un punteruolo; Biro in plastica, cacciavite, bacchetta in metallo, carta, filo di rame, un palloncino di gomma gonfio; Panno di lana (per caricare i corpi). Costruzione Praticare con un punteruolo un foro nel coperchio del barattolo e far passare un pezzo di filo per antenna di circa 10 cm. Alle estremità del filo si deve togliere l isolante bianco (circa 1 cm) e l estremità che finirà all interno del barattolo deve essere piegata ad uncino. Si preparano due piccoli foglietti di alluminio (2x1 cm) e si appendono al gancio di rame creato. Si richiude il barattolo avendo l accortezza di far in modo che i fogliettini di alluminio rimangano sospesi. All estremità esterna del filo per antenna si mette una pallina di alluminio.

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25 Conduzione dell esperimento: Elettrizzare per strofinio una bacchetta di plastica o un palloncino e avvicinarlo alla pallina di alluminio esterna al barattolo si potranno osservare due cose: 1) Avvicinando, ma NON toccando, la pallina di alluminio i foglietti interni si muovono allontanandosi. L oggetto carico induce delle cariche sulla pallina di alluminio che quindi si carica. Le cariche vengono prelevare dai fogliettini di alluminio che, essendo carichi della stessa carica, si allontanano. Non appena allontaniamo l oggetto carico i foglietti di alluminio ritornano nella posizione iniziale perché le cariche si ridistribuiscono uniformemente;

26 2) Avvicinando e TOCCANDO la pallina con l oggetto carico i foglietti interni si allontanano perché le cariche si trasmettono dall oggetto carico all elettroscopio. Non appena allontano l oggetto carico i foglietti rimangono nella posizione assunta perché, per contatto, l elettroscopio si è caricato; 3) Toccare l elettroscopio carico con diversi materiali. RISULTATO: Solo alcuni materiali scaricano l elettroscopio, altri non lo modificano. In pratica, biro in plastica, cacciavite, provetta in vetro e foglio di carta non scaricano l elettroscopio; la bacchetta di metallo e il filo di rame si comportano nel modo opposto; 4) Toccare l elettroscopio carico con un dito. RISULTATO: L elettroscopio si scarica (i pezzetti di alluminio si richiudono).

27 Conclusione: L elettroscopio è uno strumento in grado di rilevare la presenza di cariche elettriche. Un corpo può essere caricato, oltre che per strofinio, anche per contatto e per induzione. Per strofinio i due oggetti che si strofinano tendono a caricarsi positivamente l uno e negativamente l altro a seconda della affinità dei materiali nei confronti delle cariche positive e negative. Per contatto un oggetto carico trasferisce all altro (inizialmente neutro) parte delle cariche in esso presenti in eccesso. Per induzione un oggetto si carica a causa di una disomogenea distribuzione di cariche indotta dalla presenza nelle vicinanze di un oggetto carico. I vari materiali si comportano nei confronti del passaggio di cariche in modo differente: quelli che permettono un agevole passaggio delle cariche sono detti conduttori, quelli che non lo permettono sono detti isolanti. In realtà non sempre è netta la classificazione, pertanto si parla di buoni e cattivi conduttori o di buoni e cattivi isolanti.

28 La corsa delle lattine Scopo: Verifica della proprietà dell induzione elettrica dei corpi elettrizzati Materiale necessario: Palloncino gonfio caricato per strofinio con panno di lana, lattina di alluminio su piano liscio Conduzione dell esperimento: Elettrizzare per strofinio il palloncino e avvicinarlo alla lattina di alluminio senza toccarla: La lattina inizia a rotolare perché su di essa vengono indotte cariche elettriche di segno opposto a quelle del palloncino. Conclusione: Il palloncino carico induce delle cariche sulla lattina di alluminio che quindi si carica. Le cariche, di segno opposto, si attraggono e nasce quindi una forza che fa rotolare la lattina sul piano.

29 Il campanello elettrico Un oggetto caricato elettrostaticamente attira, per induzione un altro oggetto Scopo: Verifica della proprietà dell induzione elettrica dei corpi elettrizzati I conduttori collegati alla massa scaricano i corpi. Materiale necessario: Palloncino caricato per strofinio, 2 lattine di alluminio, una bacchetta isolante (penna bic), filo da cucito, filo di rame abbastanza lungo Costruzione Si stacca la linguetta di una delle lattine ed appenderla con il filo da cucito alla penna bic, facendo in modo che il filo da cucito sia lungo la metà dell altezza delle lattine. Si pongono le due lattine ad una distanza di circa 3 cm e si pone la linguetta sospesa in mezzo alle due lattine. Una delle lattine deve essere collegata tramite filo di rame ad una massa metallica (infisso metallico o termosifone)

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31 Conduzione dell esperimento: Elettrizzare per strofinio il palloncino e avvicinarlo alla lattina di alluminio non collegata alla massa metallica toccandola: 1) La lattina si carica elettrostaticamente per contatto. 2) La linguetta viene attirata dalla lattina carica per induzione e si avvicina ad essa. 3) Appena la linguetta tocca la lattina si carica della stessa carica e quindi viene respinta. 4) La linguetta si muove verso la lattina collegata alla massa metallica e, non appena la tocca, si scarica 5) Ricomincia il ciclo da 2. Campanello di Franklin

32 Conclusione: L attrazione della linguetta di alluminio ad opera della lattina caricata elettricamente è del tutto analoga all attrazione descritta nell esperimento della corsa delle lattine. Il contatto tra la linguetta e la lattina collegata alla massa fa si che la linguetta si scarichi perché la massa è collegata al terreno che ha carica nulla. La fase di scarica della linguetta avviene grazie al collegamento di materiali conduttori con il terreno, se questo collegamento viene interrotto il campanello elettrico funziona in maniera meno accentuata. Lo scampanio elettrico non è perpetuo ma dura il tempo necessario alla scarica completa del palloncino (la linguetta fa da traghetto delle cariche dalla lattina carica alla lattina collegata a terra). PS. Il campanello elettrico è una variante del campanello di Franklin ideato per rilevare l elettricità statica delle nuvole (e quindi la possibilità di avere fulmini) semplicemente collegando una lattina ad un antenna all esterno, e considerando la nuvola carica come un palloncino. Benjamin Franklin

33 Palloncini ribelli Materiale occorrente: due palloncini, spago, panno di lana, foglio di carta. Si gonfieranno i due palloncini e si legheranno alle due estremità dello spago. Si strofineranno poi entrambi i palloncini con il panno di lana e si solleverà lo spago al centro. Noteremo che i due palloncini si allontanano. Metteremo allora il foglio di carta in mezzo e vedremo i due palloncini avvicinarsi attaccandosi al foglio di carta. Questo accade perché gli oggetti dello stesso materiale acquistano la stessa carica elettrica. Poiché le cariche dello stesso tipo si respingono, i palloncini, che hanno entrambi carica negativa, si allontanano. La carta, che non è elettrizzata possiede lo stesso numero di cariche negative e positive e queste ultime attirano le cariche negative in eccesso dei palloncini.

34 Cannucce mobili Materiale occorrente: quattro cannucce da bibita, una bacchetta di vetro, un panno di lana. Posizioneremo sul tavolo due delle cannucce, parallele fra loro, a 5 cm di distanza. Strofineremo le altre due cannucce con il panno di lana e ne sistemeremo una di traverso alla prime due e l altra la avvicineremo alternativamente alla sua destra e alla sua sinistra, facendo attenzione a non toccarla. La cannuccia appoggiata rotolerà avanti e indietro come se fosse spinta da quella elettrizzata. Potremmo rifare poi la stessa prova usando la bacchetta di vetro e vedremo che la cannuccia di traverso rotolerà seguendo la bacchetta di vetro. Questo accade perché la plastica si carica negativamente, mentre il vetro acquista carica positiva. Le due cannucce di plastica, avendo la stessa carica, si respingono, mentre il vetro e la plastica, con cariche opposte, si attraggono.

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36 Un percorso chiamato circuito Materiale occorrente: pila da 4.5 volt, cavetti, lampadine piccole, portalampada. Collegheremo la pila e la lampadina mediante i cavetti e, terminato il collegamento, sarà possibile osservare la lampadina che si accende. Questo accade perché l energia luminosa della lampadina è generata dal flusso di cariche condotto dalla pila attraverso i fili fino ad essa grazie ad un percorso chiamato circuito.

37 conduce o non conduce? Materiale occorrente: pila da 4,5 volt, cavetti, lampadine piccole, oggetti di diversi materiali. Collegheremo la pila e la lampadina mediante i cavetti, lasciando scollegato uno dei morsetti dal portalampada. Collegheremo poi il morsetto e la vite del portalampada attraverso vari oggetti osservando con quali il circuito si chiude e porta all accensione della lampadina. Questo accade perché la lampadina si accende solo quando viene utilizzato come collegamento un materiale che permette il passaggio della corrente. I metalli sono buoni conduttori, mentre vetro, plastica, legno e cuoio sono isolanti e non lasciano scorrere le cariche. l acqua non conduce l elettricità Materiale occorrente: pila da 4,5 volt, cavetti, lampadine piccole, recipiente, acqua distillata, sale. Collegheremo la pila e la lampadina mediante i cavetti, inserendo nel circuito un nuovo componente: metteremo dell acqua nel recipiente e collegheremo i cavetti al recipiente in modo che siano toccati dall acqua. Si potrà osservare che la lampadina non si accende. Allora scollegheremo tutto e aggiungeremo del sale in acqua. Ricollegando il circuito potremo osservare che questa volta la lampadina si accende. Questo accade perché l acqua distillata è un isolante, se si aggiunge sale diventa un conduttore. Infatti quando il sale si scioglie le particelle che lo compongono elettricamente si separano e vengono attirate dai morsetti collegati alla pila, creando un ponte che chiude il circuito.

38 attenzione ai segni Materiale occorrente: 2 pile da 1,5 volt, cavetti, lampadine piccole, righello, nastro adesivo. Prendiamo le due pile da 1,5 volt e le uniamo mettendo a contatto il polo positivo di una con quello negativo dell altra, le leghiamo ad un supporto rigido come un righello utilizzando del nastro adesivo. Otteniamo così un unica pila lunga. Fissiamo quindi due cavetti, uno sulla cima ed uno sul fondo della pila e li collegheremo ad una lampadina. La lampadina si accende. Stacchiamo poi il tutto e colleghiamo le lampadine in modo da mettere a contatto i poli dello stesso segno. Ricolleghiamo la lampadina e vediamo che questa volta non si accende. Questo accade perché nel generare corrente elettrica gli elettroni scorrono dal polo negativo a quello positivo, quindi se le pile non sono posizionate correttamente non ci sarà passaggio di corrente.

39 Effetto termico della corrente La corrente elettrica produce calore Scopo: Verifica dell effetto termico della circolazione di corrente in un conduttore Avvio della sperimentazione della irreversibilità di alcuni fenomeni fisici. Materiale necessario: Pila da 4,5V, filo di rame, termometro Costruzione Si avvolge del filo di rame intorno al bulbo di un termometro. Conduzione dell esperimento: Si collegano i due capi del filo di rame ai poli (positivo e negativo) della pila da 4,5 V. Il filo di rame si scalda e il termometro comincia a salire. Conclusione: La corrente elettrica prodotta dalla batteria e circolante nel filo elettrico produce un effetto termico (detto effetto Joule). La corrente elettrica, nel passaggio in un conduttore, incontra una resistenza ovvero attrito tra gli elettroni e gli atomi del conduttore stesso. L attrito genera calore. L attrito elettrico (detto resistenza elettrica) come l attrito meccanico è un fenomeno IRREVERSIBILE: dal calore prodotto dal filo non si può ricavare energia elettrica. La resistenza elettrica dipende dalle caratteristiche del filo: dal materiale (rame, alluminio, ecc.) dalla lunghezza (più lungo è più è la resistenza) e dalla sezione del filo (maggiore è la sezione minore è la resistenza). NB: a causa della poca resistenza del filo di rame e per non danneggiare la pila irreparabilmente è bene condurre l esperimento per pochi secondi. Infatti, in questa esperienza, la pila si trova ad erogare una corrente molto alta e si scarica velocemente.

40 Elettrocalamita La corrente elettrica produce una calamita (effetto elettromagnetico) Scopo: Verifica dell effetto magnetico della corrente Materiale necessario: Pila da 4,5V, filo di rame avvolto su un chiodo lungo, piccolo chiodo (meglio limatura di ferro) o fermaglio Costruzione Si avvolge del filo di rame intorno al chiodo. Conduzione dell esperimento: 1) Si posiziona il fermaglio vicino all elettromagnete; 2) Si collegano i capi dell elettromagnete ottenuto ai poli di una pila; 3) Il fermaglio verrà attirato dall induzione magnetica creata dalla corrente che scorre nel filo.

41 Conclusione: La corrente elettrica è in grado di creare delle calamite (per questo dette elettrocalamite). L esperienza dimostra anche la stretta correlazione tra campo elettrico e campo magnetico che, negli studi del 900 ha portato allo sviluppo delle trasmissioni grazie alle onde elettromagnetiche. NB: a causa della poca resistenza del filo di rame e per non danneggiare la pila irreparabilmente è bene condurre l esperimento per pochi secondi. Infatti, in questa esperienza, la pila si trova ad erogare una corrente molto alta e si scarica velocemente.

42 Con una bussola, una batteria e un filo di rame possiamo dimostrare che una corrente elettrica genera un campo magnetico intorno a sé. Questo fenomeno, studiato da Hans Christian Oersted nel 1820, ha dato il via a una serie di scoperte scientifiche sulle quali si basano i motori elettrici, le dinamo e tutti i dispositivi che utilizzano le onde elettromagnetiche. che cosa serve? Circa 1 m di filo elettrico da avvolgimenti di diametro 0,60 mm. Alcuni tappi di sughero cilindrici. Una bussola. Una batteria di pile Una tavoletta di legno compensato di circa 50 x 30 cm. Colla per legno. Seghetto sottile, carta abrasiva.

43 Realizzazione 1.Incollate i tappi alla tavola di legno come illustrato nella fotografia. 2.Incastrate il filo elettrico sui tappi in modo da formare un rettangolo aperto da un lato. Le misure del rettangolo devono essere circa 10 x 15 cm. 3.Mettete la bussola sotto il tratto di filo che forma il lato più corto del rettangolo. 4.Mettete la batteria al lato opposto rispetto a quello della bussola, vicino ai due estremi liberi del filo di rame. 5.Collegate il polo negativo della batteria a uno dei due estremi del filo di rame. 6.Importante: il filo di rame da avvolgimenti è ricoperto da una vernice trasparente e isolante. Per poterlo collegare elettricamente, dovete togliere la vernice dalle sue estremità carteggiandolo con la carta abrasiva.

44 Prima prova 1.Ruotate la tavola di legno fino a quando l ago della bussola è allineato con il filo che sta sopra. 2.Collegate per pochi secondi l estremità libera del filo con il polo positivo della batteria. Che cosa osservate? 3.L ago della bussola ruota, disponendosi perpendicolarmente al filo elettrico percorso da corrente. Nota: per convenzione, il verso della corrente elettrica in un circuito, va dal polo positivo a quello negativo.

45 Seconda prova 1.Mettete la bussola sotto il tratto di filo che forma un lato lungo del rettangolo. 2.Ruotate la tavola di legno fino a quando l ago della bussola è allineato con il filo che sta sopra. 3.Collegate per pochi secondi l estremità libera del filo con il polo positivo della batteria. Che cosa osservate? 4.Anche in questo caso l ago della bussola ruota, disponendosi perpendicolarmente al filo elettrico percorso da corrente.

46 Terza prova 1.Mettete la bussola sotto il terzo tratto di filo e ripetete la prova precedente. Il fisico e chimico danese Hans Christian Oersted ( ), con un esperimento simile a questo, riuscì a dimostrare nel 1820 l interdipendenza fra elettricità e magnetismo. Conclusioni La corrente elettrica che scorre nel filo fa muovere l ago della bussola, perciò genera intorno a sé un campo magnetico. L ago tende a disporsi perpendicolarmente al filo.

47 Il principio del motore elettrico Scopo: Rilevare il passaggio di corrente in un filo elettrico; Utilizzare l azione elettromagnetica per mettere in movimento un conduttore Materiale necessario: Filo di rame; pila da 4,5V; una calamita a ferro di cavallo piuttosto potente; un interruttore Costruzione Si realizza il circuito nel seguente modo: 1) Il polo positivo della pila viene collegato ad un polo dell interruttore; 2) Il rimanente polo dell interruttore si collega al filo di rame; 3) Il rimanente capo del filo di rame si collega al polo negativo della batteria

48 Conduzione dell esperimento: Si avvicina la calamita al filo di rame, in queste condizioni non si nota nessun effetto. Appena si chiude l interruttore e il filo di rame è attraversato dalla corrente elettrica, la calamita esercita una attrazione o una repulsione (il filo si avvicina o si allontana). Invertendo i poli della pila si ottiene l effetto opposto (allontanamento o avvicinamento del conduttore percorso da corrente). Conclusione: Questo effetto dimostra il passaggio di corrente nel filo di rame che, come è noto, non si vede. Tale fenomeno è utilizzato negli strumenti elettrici. Ma questo fenomeno è anche alla base del funzionamento dei motori elettrici nei quali l avvolgimento percorso da corrente interagisce con un campo magnetico. Il fenomeno è reversibile e cioè muovendo il magnete si può produrre corrente (principio del generatore o della dinamo). NB: a causa della poca resistenza del filo di rame e per non danneggiare la pila irreparabilmente è bene condurre l esperimento per pochi secondi. Infatti, in questa esperienza, la pila si trova ad erogare una corrente molto alta e si scarica velocemente.

49 L'ELETTROLISI E LA CORRENTE ELETTRICA OBIETTIVO DEL CICLO DI LEZIONI Obiettivi specifici di apprendimento: saper scrivere una relazione di laboratorio, conoscere le leggi sull'idrolisi, saper distinguere anodo e catodo, sapere le soluzioni elettrolitiche e non, conoscere il principio di funzionamento di una Pila, saper scrivere almeno una reazione chimica in soluzione elettrolitica Obiettivi relazionali: saper lavorare in gruppo, saper prendere appunti in laboratorio, sviluppare un processo in zona di sviluppo prossimale in relazione ai laboratori poveri CONOSCENZE PROPEDEUTICHE La carica elettrica, la struttura atomica, la nomenclatura di semplici molecole, acidi e basi, le leggi di Ohm, il potenziale elettrico, la resistenza elettrica, gli ioni, I legami chimici laboratorio-povero-chimica-fisica-proposta-didattica-per-i-grado-elettrolisi-ecorrente-elettrica.html

50 ARTICOLAZIONE DEL CICLO Tempi: fase 0 : laboratorio povero a casa sull'elettrostatica fase 2: esperimenti sull'elettrolisi fase 3: l'elettrolisi dell'acqua fase 4: lezione frontale, utilizzo delle TIC fase 5: la pila daniell fase 6: verifica finale Contenuti l'elettrolisi, l'elettrolisi dell'acqua, le pile, le celle elettrolitiche

51 DESCRIZIONE E CONTESTUALIZZAZIONE DELL'ESPERIMENTO. 1 parte: laboratorio povero a casa Avvicina una bacchetta elettrizzata (anche per strofinio) vicino ad un filo di acqua che scorre (es. dal rubinetto) ed osserva cosa accade. L'acqua è quindi un buon conduttore di corrente? Perchè viene deviata? 2 parte: La prima parte della lezione (2 ore circa) inizia con un set di esperimenti da svolgere nel laboratorio della scuola. La scelta di iniziare subito con un laboratorio è perchè preferisco dare una impronta fortemente sperimentale a questa unità. Gli studenti partono dal laboratorio a scuola per costruire un modello teorico concettuale sull'elettrolisi.

52 Esperimenti Le sostanze che, se disciolte in acqua o allo stato fuso, conducono la corrente elettrica vengono chiamate elettroliti. Prendiamo un solido tenuto assieme da legami di Van der Waals come una semplice zolletta di zucchero: gli elettroni sono tutti confinati all'interno della molecola di glucosio, non vi è possibilità che conducano corrente e quindi (vedi fotografia) la lampadina non si accende Sciogliendo la zolletta di zucchero in acqua e ponendovi due elettrodi collegati alla solita lampadina, si vede che essa non si accende. Ne consegue che le molecole di glucosio non si ionizzano una volta disciolte in acqua, e dunque non possono condurre la corrente elettrica. Lo zucchero non è un elettrolita... Continua sul sito

53 Verificare le due leggi di Ohm Utilizzando delle pile da 4,5 volt, un filo conduttore di rame e una lampadina sono stati realizzati 3 circuiti elettrici che si differenziavano per il numero di pile utilizzate. (una, due o tre). Quindi si chiedeva ai ragazzi di confrontare la luce emessa dalla lampadina nei tre diversi circuiti. Essi potevano osservare che l intensità della luce emessa dalla lampadina era maggiore quanto maggiore era il numero delle pile utilizzate. Questa osservazione di tipo qualitativo veniva confermata da una osservazione di tipo quantitativo utilizzando un tester digitale attraverso il quale i ragazzi potevano rilevare l intensità di corrente, fare misure ripetute, riflettere sui concetti di errore sperimentale e sensibilità dello strumento. Quindi potevano essere effettuate misure di differenza di potenziale e corrente e se ne poteva dare una rappresentazione grafica. Gli alunni potevano in tal modo verificare la validità della I legge di Ohm, sia in modo qualitativo osservando come l'intensità della luce emessa dalle lampadine sia direttamente proporzionale della differenza di potenziale prodotta dalle pile che in modo quantitativo servendosi dei dati sperimentali acquisiti con il tester. Per verificare la seconda legge di Ohm sono stati realizzati dei circuiti simili a quelli precedenti, che differivano per lo spessore o per la lunghezza del filo conduttore utilizzato. I ragazzi, attraverso l uso del tester, potevano constatare come cambiava l intensità della corrente al variare della lunghezza e dello spessore del filo. Anche in questo caso costruivano delle tabelle con i valori ottenuti e tracciavano i rispettivi grafici. La seconda esperienza di tipo qualitativo riguardava l effetto termico della corrente.

54 I ragazzi dovevano collegare i due poli della pila usando un filo conduttore e dopo pochi minuti toccare il filo stesso per constatarne il riscaldamento. Quindi gli alunni potevano giungere alla conclusione che il filo si era riscaldato perché gli elettroni, spostandosi al passaggio della corrente elettrica, incontravano una grande resistenza e ciò produceva attrito e quindi calore. Questo effetto termico della corrente è sfruttato in un gran numero di dispositivi presenti nelle nostre case (asciugacapelli, forno e scaldabagno elettrici e cosi via) La terza esperienza, infine, riguardava il funzionamento di circuiti elettrici in serie e in parallelo. I ragazzi hanno realizzato circuiti in serie e in parallelo e hanno osservato cosa accadeva quando in ciascun caso si svitava una lampadina. Essi potevano constatare che nel circuito in serie svitando una lampadina si spegnevano anche tutte le altre e questo perché si creava una interruzione del circuito elettrico. Nel caso invece del circuito in parallelo le lampadine erano indipendenti le une dalle altre essendo, ognuna di esse, direttamente collegata alla pila. Ed è per questo che, svitando una lampadina, le altre rimanevano accese. Anche inquesto caso venivano propostiesempi tratti dall esperienza quotidiana sia dei circuiti in serie (luci decorative per albero di natale) che dei circuiti in parallelo (impianti elettrici ) al fine di stimolare la curiosità e l interesse degli alunni.