INDICE Raccomandazioni Norme di sicurezza Attenzione Avvertenze per i genitori

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3 INDICE DISTINTA DEI PEZZI Pag. 4 ISTRUZIONI DI MONTAGGIO Pag. 5 L ELETTRICITÀ NELLA VITA QUOTIDIANA Pag. 6 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 9 IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 18 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO Pag. 22 IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI Pag. 24 ESEMPI DI MODELLI Modello 1 Semaforo Pag. 26 Modello 2 Coccodrillo Pag. 28 Modello 3 Decodificatore Morse Pag. 30 Modello 4 Trenino elettrico Pag. 32 Modello 5 Gru elettromagnetica Pag. 34 Modello 6 Parco marino con gabbiani Pag. 36 Raccomandazioni L utilizzo di questo kit consente ai bambini di familiarizzare con i concetti fisici dell elettricità e del magnetismo. Il kit aiuta ad apprendere le nozioni fondamentali relative all elettricità e a sviluppare il pensiero logico attraverso la costruzione dei vari modelli. 1. Si prega di leggere attentamente le istruzioni, di attenersi alle norme di sicurezza e di conservare questo manuale a portata di mano per consultazione. Si raccomanda di realizzare i diversi modelli nell ordine in cui sono presentati, in modo da facilitare la comprensione del montaggio dei diversi pezzi e da poter così arrivare a costruire altri tipi di modelli seguendo la propria fantasia. 2. Questo è un giocattolo adatto per bambini di età superiore a 8 anni ed è stato concepito per aiutarli a scoprire che cos è un circuito elettrico e che cos è il magnetismo, creando diversi modelli per mettere in pratica le nozioni acquisite. 3. Si raccomanda di illustrare ai bambini le norme di sicurezza e i possibili rischi prima di procedere alla costruzione dei vari modelli. 4. Non cercare di collegare i fili o gli accessori a una pressa elettrica. Questa operazione potrebbe risultare estremamente pericolosa. Il prodotto funziona esclusivamente a batteria. 5. PULIZIA: Prima di procedere alla pulizia, togliere le batterie. Utilizzare esclusivamente un panno leggermente inumidito di acqua. Non utilizzare mai prodotti detergenti. Norme di sicurezza 1. Non ricaricare le batterie. 2. Le batterie ricaricabili possono essere ricaricate solo in presenza di un adulto. 3. Non utilizzare insieme batterie caricabili e non ricaricabili. 4. Utilizzare solo le batterie raccomandate dal costruttore. 5. Controllare sempre la polarità delle batterie. 6. Non mettere in cortocircuito i morsetti della batteria. 7. Le batterie esauste devono essere smaltite insieme ai rifiuti tossici. 8. Attenersi alle istruzioni per il riciclaggio stampate sulle batterie. Attenzione 1. Togliere le batterie quando si prevede di non utilizzare il prodotto per un lungo periodo di tempo. 2. L utilizzo improprio delle batterie può causare fuoriuscite del liquido interno, che possono danneggiare e corrodere le zone circostanti, con conseguente rischio di incendio, esplosione e lesioni personali. Avvertenze per i genitori Questo giocattolo non è adatto per bambini di età inferiore a 3 anni, in quanto contiene pezzi di piccole dimensioni che potrebbero essere accidentalmente ingeriti. Questo giocattolo deve essere tenuto fuori della portata di bambini in tenerissima età. 3

4 DISTINTA PEZZI N. NOME PEZZO PZ N. NOME PEZZO PZ N. NOME PEZZO PZ TELAIO LUNGO GIALLO PULEGGIA PICCOLA GRIGIA MANO ROBOT TELAIO GRIGIO GIUNTO DI COLLEGAMENTO DELLE BARRETTE PIEDE ROBOT TELAIO BLU CAMMA OVOIDALE SNODO TELAIO QUADRATO GRIGIO BIELLA CON FLANGIA BOTTONE DI FISSAGGIO BARRETTA LUNGA GIALLA ASSE ADATTATORE 2 IN 1 BATTETTA GRIGIA GIUNTO A CAMMA ADATTATORE A L 90 BARRETTA GIALLA MODULO DI COLLEGAMENTO ALLA BASE RULLO DI RINVIO BARRETTA A 3 FORI GIALLA PERNO GANCIO BARRETTA A 5 FORI GRIGIA FISSAGGIO DEGLI INGRANAGGI CINGHIA BARRETTA DOPPIA GRIGIA DISPOSITIVO DI RIMOZIONE DEI PERNI/DEGLI ASSI FILO 50 CM BARRETTA CURVA GRIGIA CAVETTO DI COLLEGAMENTO CON FERMACAVO ROSSO VITE SENZA FINE ASSE DI TRASMISSIONE EXTRALUNGO CAVETTO DI COLLEGAMENTO ROSSO CONDUTTORE A PERNO ASSE DI TRASMISSIONE LUNGO CAVETTO DI COLLEGAMENTO CON FERMACAVO NERO BARRA DI FERRO ASSE DI TRASMISSIONE MEDIO CAVETTO DI COLLEGAMENTO NERO BOBINA ASSE DI TRASMISSIONE GRIGIO INTERRUTTORE FILO CON GUAINA IN PLASTICA 400 CM BARRA CONNETTORE A CUBO MAGNETE ROTONDO BASE RETICOLATA A DOPPIA FACCIA PORTABATTERIE MAGNETE RETTANGOLARE INGRANAGGIO GRANDE GIALLO PORTALAMPADA VERDE BUSSOLA INGRANAGGIO MEDIO GIALLO PORTALAMPADA ROSSO SACCHETTO DI LIMATURA DI FERRO INGRANAGGIO PICCOLO ROSSO PORTALAMPADA GIALLO FOGLI DI CARTA FUSTELLATI RUOTA PER TRASMISSIONE A CATENA CON 20 DENTI GIALLA ALIMENTATORE CON ALBERINO 4 PULEGGIA GRANDE GRIGIA TESTA ROBOT PULEGGIA MEDIA GRIGIA CORPO ROBOT TOTALE

5 Fase 1 Montaggio della batteria Durante il montaggio delle batterie AA, controllare che i poli positivo (+) e negativo (-) della batteria coincidano con quelli del portabatterie. ISTRUZIONI DI MONTAGGIO Collegamento dei portabatterie 1. Quando i portabatterie sono collegati insieme come nelle Fig. A o B, si dice che le BATTERIE SONO COLLEGATE IN SERIE. 2. Quando i portabatterie sono collegati insieme come nella Fig. C, si dice che le BATTERIE SONO COLLEGATE IN PARALLELO. ATTENZIONE! Non effettuare mai il collegamento come nelle figure seguenti Collegamento tra portabatterie, fili elettrici, connettore a cubo e interruttore Le prese sul connettore a cubo possono condurre l elettricità, ad eccezione della presa con il logo GIGO, in modo tale che il connettore a cubo possa essere collegato al portabatterie (come in Fig. D) o all interruttore (come in Fig. E) ed essere utilizzato come alimentatore. NESSUNA CONDUZIONE DI CORRENTE ELETTRICA Collegamento tra fili elettrici e interruttore, portalampada o motore elettrico SPENTO ACCESO Sostituzione della lampadina 1. Afferrare il coperchio della lampadina ed estrarlo dal portalampada (Fig. J). 2. Svitare la lampadina da sostituire e avvitare sul portalampada una lampadina nuova (Fig. K). 3. Riposizionare il coperchio sulla lampadina nel portalampada. Fase 1 Collegamento tra base reticolata, telaio e barretta N.B.: Avvitare a fondo la lampadina in modo da assicurare un efficacie conduzione della corrente elettrica. Rimozione del perno Per rimuovere il perno, utilizzare il lato A dell apposito dispositivo di rimozione (Fig. O). 5

6 L ELETTRICITA NELLA VITA QUOTIDIANA Con lo sviluppo della tecnologia, l elettricità è divenuta indispensabile nella vita quotidiana. Sapete come si genera l elettricità? Che caratteristiche ha? Che utilizzo possiamo farne? 1) Lo sviluppo dell elettricità L elettricità è sempre esistita sulla Terra. Circa 2000 anni fa, i Greci scoprirono che l ambra, una volta strofinata, attirava verso di sé foglie secche, piume, stracci. Il nome greco dell ambra era elektron (da cui la parola elettricità ) e questa sua misteriosa capacità di attrarre oggetti fu quindi definita elettrica. Nel 700, fu Benjamin Franklin a scoprire l esistenza dell elettricità in natura e a dare impulso al suo continuo sviluppo da parte dell Uomo. Nel 1785, Charles Augustin Coulomb scoprì l interazione tra due cariche elettriche e introdusse nuove conoscenze sull elettricità così come noi oggi la conosciamo. Fino al 1802 si pensava che l elettricità e il magnetismo non avessero nulla a che fare con le leggi della fisica. In quell anno, Hans Christian Oersted scoprì gli effetti della corrente elettrica sul magnetismo. In altri termini, intorno a un filo conduttore di corrente elettrica si genera un campo magnetico, analogo a quello formato da un semplice magnete. Entrambi questi campi magnetici sono in grado di far spostare l ago di una bussola. Questo dimostra che l elettricità e il magnetismo sono reciprocamente collegati e possono coesistere. Da quel momento in poi e per molti decenni, furono molti gli scienziati che eseguirono ricerche nel campo dell elettricità e del magnetismo. André-Marie Ampère ( ), fu il primo che si dedicò a misurare l elettricità e diede il proprio nome all unità di misura internazionale della corrente elettrica: l ampère (simbolo A ). Carl Friedriech Gauss ( ) misurò la forza dei campi elettrici. Georg Simon Ohm ( ) scoprì la tensione elettrica e la resistenza elettrica. Michael Faraday ( ) usò la limatura di ferro per evidenziare le linee di forza che si generano nei campi magnetici intorno ai magneti. Tutte queste scoperte portarono a un autentica rivoluzione nelle conoscenze tradizionali dell epoca. Negli anni successivi le ricerche sull elettricità proseguirono grazie agli sforzi di numerosi scienziati, fino all avvento di James Clerk Maxwell ( ), che rielaborò le teorie di Gauss, Ampère e Faraday unificandole nella teoria dei campi magnetici. L elettricità è una forma di energia che genera una potenza. Come abbiamo visto, l elettricità e il magnetismo esistono in natura sulla Terra: basta pensare ai fulmini, al polo Nord e al polo Sud magnetici o all attrazione generata da un oggetto sfregato con forza tra le nostre mani. Tutti questi fenomeni sono manifestazioni della cosiddetta elettricità statica. 6 Fig. 1 I fulmini nel cielo e il polo Nord e il polo Sud magnetici sono espressione dell elettricità e del magnetismo in natura.

7 L ELETTRICITA NELLA VITA QUOTIDIANA Induzione elettrostatica Collegamento a terra Scollegamento da terra Rimozione dell oggetto carico Fig. 1 Il metodo di carica dei conduttori utilizzando il principio dell induzione elettrostatica è chiamato interazione elettrica. 2) L elettricità nella vita quotidiana Nella vita di ogni giorno utilizziamo una grande quantità di apparecchi elettrici, che, naturalmente, hanno bisogno di elettricità per funzionare. Da dove proviene l elettricità? Vediamo di capirlo nei paragrafi che seguono. Innanzi tutto, dobbiamo capire che relazione esiste tra elettricità e magnetismo. 1) Faraday scoprì che, avvicinando una bobina a un magnete, la bobina si caricava di elettricità seguito dell interazione elettrica causata dalla variazione del campo magnetico. 2) Il fenomeno che porta alla generazione di elettricità in seguito alla variazione del campo magnetico causata dal movimento del magnete prende il nome di interazione elettromagnetica. 3) L elettricità così prodotta è il risultato dell interazione tra il campo elettrico e il campo magnetico. 4) Quanto più rapidamente il magnete si avvicina alla bobina o si allontana da essa, tanto più rapidamente il campo magnetico varia all interno della bobina e tanto maggiore è la corrente elettrica prodotta dall interazione tra il campo elettrico e il campo magnetico. 5) Viceversa, è possibile produrre elettricità anche avvicinando o allontanando la bobina invece del magnete. 6) Applicando una forza esterna, possiamo quindi muovere continuamente un dispositivo meccanico per variare la posizione del campo magnetico della bobina, in modo tale da generare una corrente elettrica continua. È questo il principio su cui si basa il funzionamento del generatore. Inserire il magnete Lasciare il magnete fisso in posizione Togliere il magnete (a) Inserendo il magnete nella bobina, la bobina si carica elettricamente. (b) Tenendo fermo il magnete, nella bobina non si produce alcuna corrente elettrica Fig. 2 Relazione tra magnetismo ed elettricità (c) Togliendo il magnete, l elettricità della bobina fluisce in senso inverso. 7

8 L ELETTRICITA NELLA VITA QUOTIDIANA In generale, i generatori producono elettricità ad alta tensione, in modo tale da poterla trasportare lontano e farla arrivare nelle nostre case. Ma questo tipo di elettricità non può essere utilizzata. Normalmente, la società di gestione della rete elettrica provvederà a costruire una stazione di trasformazione nei pressi del quartiere residenziale a cui l elettricità è destinata, per adeguare la tensione elettrica a un livello che ne permetta la distribuzione alle abitazioni. Centrale nucleare Centrale idroelettrica Cabina di trasformazione primaria Pilone elettrico dell alta tensione Cabina di trasformazione secondaria Trasformatore su palo elettrico Abitazioni Sistema di erogazione/trasformazione Sistema di distribuzione Centrale termica Centrale eolica Fig. 3 Distribuzione dell energia elettrica nelle nostre case Le centrali trasformano vari tipi di energia in elettricità per far fronte al fabbisogno domestico. La corrente elettrica che arriva nelle nostre case è chiamata corrente alternata (AC), in quanto la direzione e la quantità dell energia elettrica erogata variano nel tempo a intervalli regolari, mentre la corrente elettrica delle batterie a secco o ricaricabili è chiamata corrente continua (DC) in quanto non varia nel tempo. 8

9 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Corrente elettrica Tempo Corrente elettrica Tempo La quantità e la direzione della corrente elettrica sono costanti Corrente continua (DC) La quantità e la direzione della corrente elettrica sono variabili Corrente alternata (AC) Fig. 1 Confronto tra corrente continua e corrente alternata 3) La lampadina si accende! Che tipo di giocattoli avete a casa vostra? Si illuminano al buio, emettono dei suoni, si muovono? Di che cosa sono fatti? Che cosa li fa accendere o muovere? Utilizzano tutti delle batterie? 1) Batterie a secco (a) sono costituite da 2 poli: un polo positivo (simbolo + ) e un polo negativo (simbolo - ) (b) erogano una corrente elettrica continua dopo averla trasformata dall energia chimica (c) il polo positivo ha un potenziale elettrico maggiore rispetto al polo negativo (d) l estremità sporgente della batteria corrisponde al polo positivo, mentre l altra estremità corrisponde al polo negativo. Barretta di carbone (positivo) Polo positivo (simbolo + ) Cloruro di ammonio Biossido di manganese Soluzione gelatinosa Rivestimento di zinco (negativo) Polo negativo (simbolo - ) Fig. 2 Struttura della batteria Tensione elettrica: (a) La differenza di potenziale elettrico tra il polo positivo e il polo negativo è chiamata tensione elettrica. (b) L unità di misura della tensione elettrica è il volt (V). (c) Generalmente, la tensione di una batteria è pari a 1,5 V, vale a dire il potenziale elettrico del polo positivo è superiore di 1,5 V rispetto al potenziale elettrico del polo negativo. 9

10 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Corrente elettrica: (a) La corrente elettrica è costituita da un flusso di elettroni all interno di un conduttore. (b) Una corrente elettrica si genera in seguito a una differenza di potenziale tra un polo positivo e un polo negativo all interno di un filo conduttore. (c) Per generare una corrente elettrica, l energia deve fluire da un potenziale più alto a un potenziale più basso. (d) L intensità della corrente elettrica dipende dalla sua quantità e si misura in ampère (A). 8 La velocità della corrente elettrica è identica a quella della luce: circa 3 x 10 metri al secondo. Acqua in posizione più alta Acqua in posizione più bassa Fig. 1 La differenza di potenziale elettrico produce la tensione e la corrente elettrica 2) Portabatterie Quando utilizziamo delle batterie a casa, per farle funzionare dobbiamo collegare il polo positivo al polo negativo. Per fare questo, solitamente le inseriamo in un portabatterie dove il collegamento è assicurato da un contatto elettrico. Controllare sempre di avere inserito le batterie nel senso giusto. Fig. 2 Le batterie devono essere inserite nel senso giusto 10

11 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI 3) Cavetto di collegamento Il cavetto di collegamento è costituito da un filo che conduce l elettricità. Il filo è realizzato in rame rivestito da una guaina di plastica per impedire un contatto accidentale tra le parti ripiegate del filo ed evitare cortocircuiti e scosse elettriche. Fig. 1 Il cavetto di collegamento (sia rosso che nero) è in grado di condurre l elettricità da un polo all altro 4) Portalampada Le lampadine generano luce per vedere al buio. La luce è generata dal riscaldamento del filamento contenuto all interno della lampadina. Ma come funziona una lampadina? Quando la corrente elettrica fluisce attraverso il filamento, genera energia e quindi calore. Il calore così generato riscaldata il filamento. Nel 1879, Thomas Edison utilizzò il carbone come materiale per realizzare il filamento della lampadina. Benché il carbone abbia un elevatissimo punto di fusione (3.550 C), è facilmente consumabile, dura solo per un periodo di tempo breve e deve essere isolato dall aria (in caso contrario, brucia a contatto dell aria). Oggi si utilizza un filamento di tungsteno con punto di fusione a C. Questo tipo di filamento ha una durata maggiore ma anch esso brucia a contatto con l aria. Perciò, è necessario che il bulbo della lampadina al suo interno sia privo di aria e riempito con un gas inerte. Se vedete che una lampadina non funziona, controllate innanzi tutto che il filamento non sia rotto. All occorrenza la lampadina vecchia può essere facilmente sostituita con una lampadina nuova. Filamento Doppio filamento di tungsteno avvolto a spirale Fili elettrici Fig. 2 Il filamento di tungsteno è in grado di trasformare l energia generata dalla corrente elettrica in luce e calore. Nel nostro portalampada, il collegamento è assicurato da due piastrine di rame che collegano i due poli della lampadina ai due fori nei quali si inserisce direttamente il cavetto di collegamento. Questo tipo di attacco è estremamente comodo per realizzare un circuito. 11

12 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI 1) Accendiamo la lampadina a) La lampadina è accesa. Costruiamo un circuito di base con portabatterie, portalampada e cavetti di collegamento. batteria batteria Fig. 1 La lampadina è accesa 1) La batteria a secco fornisce la corrente elettrica e la tensione necessaria al circuito. Costituisce, cioè, quello che noi chiamiamo alimentatore. 2) La lampadina rappresenta il dispositivo elettrico del circuito. 3) L alimentatore e il dispositivo elettrico sono collegati da cavetti di collegamento. 4) Ora collegate il portabatterie e il portalampada con i cavetti di collegamento rosso e nero. 5) La lampadina si accende? 6) Toccate con la mano il bulbo della lampadina per sentire se la temperatura è aumentata. Attenzione: Per evitare ustioni, non toccate mai le lampadine di casa vostra. A causa della tensione alta di queste lampadine, la loro temperatura può essere elevatissima! 2) La lampadina si accende e si spegne azionando l interruttore Ora collegate il portabatterie, l interruttore e il portalampada con i cavetti di collegamento. 1) Quando è acceso, l interruttore permette il passaggio della corrente elettrica. In questo caso, si dice che l interruttore è in posizione chiusa. 2) Quando è spento, l interruttore impedisce il passaggio della corrente elettrica. In questo caso si dice che è in posizione aperta. 3) Il circuito è mostrato nella figura sotto: Interruttore batteria lampadina 12 Fig. 2 Circuito Fig. a Quando l interruttore è spento, il circuito è scollegato. Fig. b Quando l interruttore è acceso, il circuito è collegato.

13 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Capitolo 1: Esperimenti sui conduttori Cercate di capire se gli oggetti seguenti conducono l elettricità quando vengono posizionati al posto del punto interrogativo nella Fig. 1. Sotto ogni oggetto raffigurato, spuntate la casella con la risposta esatta. Cucchiaio Moneta Matita Conduce Non conduce Conduce Non conduce Conduce Non conduce Chiave Connettore a cubo Cinghia Conduce Conduce Conduce Non conduce Non conduce Non conduce Che cosa sono i connettori e gli isolatori: Gli oggetti che permettono il passaggio dell elettricità sono detti conduttori, mentre gli oggetti che impediscono il passaggio dell elettricità sono detti isolatori. I conduttori conducono l elettricità perché contengono elettroni che sono liberi di muoversi sotto l effetto degli impulsi generati dalla batteria e quindi generano a loro volta una corrente elettrica. Viceversa, gli isolatori non contengono elettroni liberi e quindi non permettono il passaggio dell elettricità. 13

14 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Capitolo 2: Batterie in serie e batterie in parallelo Su tutti i lati del portabatterie, ad eccezione della parte inferiore, sono presenti dei morsetti in rame. Quando si collegano insieme due portabatterie, anche le batterie sono collegate tra loro attraverso questi morsetti in rame. 1. Collegamento delle batterie in serie batteria batteria Collegare due batterie in serie significa posizionarle l una dopo l altra collegando il polo positivo dell una al polo negativo dell altra. Quanto maggiore è il numero delle batterie collegate, tanto maggiore sarà la tensione nel circuito. Per esempio, se la tensione di una batteria è 1,5 V, 2 batterie in serie avranno una tensione di 3 V, 3 batterie di 4,5 V, e così via. Tuttavia, la quantità di corrente rimane sempre la stessa, indipendentemente dal numero di batterie collegate in serie nel circuito. 2. Collegamento delle batterie in parallelo batteria batteria Collegare due batterie in parallelo significa posizionarle l una accanto all altra collegando i due poli dello stesso segno. In questo caso, la tensione rimane la stessa, mentre aumenta la quantità totale di corrente elettrica. Le batterie in parallelo durano quindi più a lungo di quelle in serie. 14 Attenzione: Nei periodi di non utilizzo, è necessario togliere dal portabatterie le batterie collegate in serie o in parallelo per evitare un inutile consumo di energia.

15 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Quale lampadina è più luminosa nei circuiti seguenti? Spuntate la casella accanto alla risposta corretta. Batterie in serie Batterie in parallelo Quanto maggiore è la tensione generata dalle batterie, tanto maggiore sarà la luminosità della lampadina. Capitolo 3: Lampadine in serie e lampadine in parallelo La lampadina è costituita da un filamento di tungsteno inserito in un bulbo di vetro privo di aria e riempito con un gas inerte. L elettricità all interno del bulbo rende incandescente il filamento di tungsteno generando luce e calore. Non c è differenza tra i due conduttori all interno della lampadina. La lampadina si accende solo se la corrente passa attraverso entrambi i conduttori. Anche le lampadine, come le batterie, possono essere collegate in serie o in parallelo. 1) Lampadine in serie (Fig. 1) Il collegamento in serie delle lampadine à molto simile a quello delle batterie. Nel circuito le lampadine sono collegate l una dopo l altra. 2) Lampadine in parallelo (Fig. 2) Il collegamento in parallelo delle lampadine è molto simile a quello delle batterie. Nel circuito, le lampadine sono collegate l una accanto all altra. Quando le lampadine sono collegate in serie, la tensione di ingresso viene ripartita tra le singole lampadine. Se, per esempio, la tensione di ingresso è 3 V per 2 lampadine in serie, questo significa che ogni lampadina ha una tensione di 1,5 V. Se invece la tensione di ingresso è 3 V per 3 lampadine in serie, questo significa che ogni lampadina ha una tensione di 1 solo V. Perciò, se le lampadine sono collegate in serie, la loro luminosità diminuisce proporzionalmente all aumento del numero di lampadine presenti nel circuito. Se invece le lampadine sono collegate in parallelo, non vi è alcuna ripartizione della tensione di ingresso tra le varie lampadine. Quindi, la loro luminosità rimane invariata anche se si aumenta il numero di lampadine nel circuito. 15

16 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI 3) Esperimenti su lampadine collegate in serie e in parallelo. Cercate di capire in quale dei due collegamenti la luminosità delle lampadine è maggiore e spuntate la casella accanto alla risposta corretta. Lampadine in serie Lampadine in parallelo La tensione di ingresso è 3 V. Se le due lampadine sono collegate in serie, la tensione va ripartita tra le due lampadine, ciascuna delle quali avrà quindi una tensione di 1,5 V. Se invece le due lampadine sono collegate in parallelo, la tensione di ciascuna lampadina è identica a quella di ingresso, cioè 3 V. Quanto maggiore è la tensione di una lampadina, tanto maggiore sarà la sua luminosità. Siete riusciti a dedurre questo principio dagli esperimenti svolti? Capitolo 4: Esperimenti in serie e in parallelo Esperimento 1: C è differenza nella luminosità delle lampadine tra i due tipi di collegamento? E qual è la differenza nei circuiti? Esperimento 2: Quando l interruttore viene acceso e poi spento, si verifica qualche variazione nella luminosità della lampadina verde? Perché? acceso spento lampadina verde lampadina verde 16

17 LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI Esperimento 3: Confrontate i due tipi di collegamento. La luminosità delle lampadine è uguale? Perché? Esperimento 4: Quando il circuito è stato completato, accendete e spegnete l interruttore. Notate qualche cambiamento nella lampadina verde e nella lampadina gialla? acceso + 1.5V - spento + 1.5V - 17

18 IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI Il magnetismo à un fenomeno onnipresente nella vita di tutti i giorni: basta pensare al magnete sulla bacheca dei messaggi, alla chiusura dell astuccio portamatite, alla rotazione di un motore elettrico o all azionamento di una gru. La Terra stessa è un grande magnete: ecco perché utilizziamo la bussola per orientarci. Un magnete deve avere un polo Nord e un polo Sud. I due poli sono sempre accoppiati e non possono essere separati, vale a dire non esiste nulla che abbia una sola polarità. Se anche spezzassimo un magnete in due, entrambe le metà avrebbero ciascuna un polo Nord e un polo Sud. Avvicinando due magneti, possiamo notare che si attraggono o si respingono. Più precisamente, quando il polo Nord del magnete A si trova vicino al polo Sud del magnete B, i due poli si attraggono fino a unirsi. Viceversa, quando il polo Nord del magnete A si trova vicino al polo Nord del magnete B, i due poli si respingono allontanandosi. Poli opposti si attraggono Poli uguali si respingono Poli uguali si respingono 18

19 IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI 1) Il magnete e la bussola L ago della bussola è in realtà un magnete. La punta dell ago rappresenta il polo Nord, mentre la base rappresenta il polo Sud. Quando avviciniamo un magnete alla bussola, possiamo vedere che l ago della bussola si sposta. Questo è il principio secondo cui poli opposti si attraggono, poli uguali si respingono. Come abbiamo detto, la Terra stessa è un magnete e infatti si parla di magnetismo terrestre. Il magnetismo terrestre è un fenomeno che permette di mantenere un rapporto ottimale tra la rotazione della Terra e quella del Sole e della Luna, ancorandoci saldamente al suolo, a differenza degli astronauti che nelle stazioni orbitanti fluttuano nell aria all interno delle loro navicelle spaziali. Da un punto di vista magnetico, la polarità terrestre è opposta rispetto a quella con cui normalmente si indicano i poli geografici: quindi, l Artico rappresenta in realtà il polo Sud rispetto al magnetismo terrestre, mentre l Antartico rappresenta il polo Nord. La punta dell ago della bussola corrisponde al polo Nord del magnete o ed è quindi attratta dal polo Sud del polo magnetico terrestre che equivale al polo Nord della Terra. Ecco perché l ago della bussola punta sempre verso il Nord della Terra e la bussola è quindi un eccellente strumento con cui orientarsi. 19

20 IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI Esperimento 1: Spostamento di un veicolo secondo il principio dell attrazione e repulsione di un magnete Provate a confrontare. Quale veicolo si sposta più velocemente? 2) Linee di forza del campo magnetico Il magnete non ha bisogno di alcun altro mezzo per esercitare la propria azione. Tutti gli oggetti che si trovano nel suo campo magnetico sono soggetti alla sua forza. Questo fenomeno invisibile prende il nome di linee di forza del campo magnetico. All esterno del magnete le linee di forza del campo magnetico vanno dal polo Nord al polo Sud, mentre al suo interno vanno dal polo Sud al polo Nord. Si generano così delle linee curve chiuse e regolari che non si incontrano mai. Le linee di forza sono più dense in corrispondenza dei due poli, dove il campo magnetico è più forte. Questo significa che l intensità del campo magnetico dipende dalla densità delle sue linee di forza. 20 La punta dell ago (polo Nord) della bussola punta nella stessa direzione delle linee di forza del campo magnetico, vale a dire che la direzione dell ago è parallela alle linee di forza del campo magnetico.

21 IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI Esperimento 2: Osservazione delle linee di forza del campo magnetico Utilizzate il sacchetto con la limatura di ferro per evidenziare le linee di forza del campo magnetico intorno al magnete e rispondete alle seguenti domande: 1) Le linee di forza del campo magnetico ai due poli sono più dense rispetto ad altre zone? 2) Le linee di forza del campo magnetico si diradano quando aumenta la distanza dai due poli? 3) La distribuzione delle linee di forza del campo magnetico rimane invariata quando il magnete si sposta? Pensate che le linee di forza del campo magnetico siano tridimensionali? Posizionate il magnete sotto il sacchetto contenente la limatura di ferro e percuotetelo un paio di volte per visualizzare le linee di forza del campo magnetico. 3) Magnetizzazione Un magnete è in grado di magnetizzare una graffetta fermacarte o un chiodo. Il chiodo attratto dal magnete è a sua volta in grado di attrarre un altro chiodo e così via. Questo fenomeno viene chiamato magnetizzazione ed è solo temporaneo. Non appena il magnete viene allontano dagli oggetti metallici, infatti il magnetismo scompare. I magneti che utilizziamo solitamente sono i magneti permanenti, che conservano sempre il loro magnetismo. Tuttavia, se la temperatura del magnete dovesse aumentare, il suo magnetismo diminuirebbe. Esperimento 3: Magnete e graffette fermacarta Confrontando i magneti, quale magnete è in grado di attrarre il maggior numero di graffette fermacarta? Avvicinando le graffette fermacarta una alla volta, provate a osservare quale magnete è in grado di attrarre il maggior numero di graffette. 21

22 ELETTRICITA E MAGNETISMO Anticamente, si pensava che non esistesse alcun rapporto tra elettricità e magnetismo. Nel 1821 uno scienziato danese, Hans Christian Oersted, scoprì tuttavia che, quando si avvicinavano a una bussola dei fili elettrici di rame in cui passava una corrente elettrica, l ago della bussola deviava dal polo Nord magnetico. Questa era la dimostrazione che si era generato un campo magnetico intorno ai fili conduttori di corrente. Il campo magnetico così generato ha le stesse caratteristiche del campo magnetico generato da un magnete. 1) Effetto magnetico della corrente elettrica Qualsiasi filo conduttore di corrente è in grado di generare intorno a sé un campo magnetico. Questo fenomeno prende il nome di effetto magnetico della corrente elettrica. Agli inizi del 700, uno scienziato francese, André-Marie Ampère, studiò ancora più a fondo i campi magnetici e le linee di forza del campo magnetico, arrivando a scoprire che le linee di forza generate dal conduttore formavano dei cerchi concentrici ravvicinati e che la direzione della circolazione era perpendicolare al conduttore. Resistenza Piano del tavolo Supporto Batteria Interruttore Sulla base della scoperta di questo fenomeno, per determinare la direzione del campo magnetico in rapporto a un filo conduttore di corrente è possibile applicare la regola della mano destra formulata dallo stesso Ampère: 1) Quando il pollice punta nella direzione della corrente, le dita che afferrano il filo indicano la direzione del campo magnetico. 2) Il pollice indica il verso della corrente nel filo e le altre dita sono curvate nella stessa direzione delle linee di forza del campo magnetico. 22 3) Posizionando una bussola nel campo magnetico circolare, il polo Nord della bussola si sposterà lungo la direzione delle linee di forza del campo magnetico e punterà in una direzione tangente al campo magnetico.

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