I fenomeni elettrici

Le attività su circuiti elettrici e pile possono costituire esperienze emblematiche nella formazione di competenze di carattere sperimentale per la facilità di realizzazione e l'immediatezza della risposta.


Percorso seguito in sintesi:

Costruzione di circuiti semplici costituiti da una pila, una lampadina e fili elettrici di collegamento provvisti di morsetti a coccodrillo, a partire dalla richiesta di accendere una lampadina collegandola direttamente (senza supporto) ai poli della pila. In questa fase si sono verificate le preconoscenze dei ragazzi e si è iniziato a riflettere sul significato di termini quale circuito elettrico, corrente elettrica, tensione (o voltaggio), intensità della corrente, luminosità della lampadina.
Inserimento nel circuito alimentato dalla stessa batteria e con la stessa lampadina di oggetti come righelli, pezzetti in legno, tappi in sughero, grafite, catenine ... per esplorare il comportamento elettrico dei diversi materiali ed arrivare a classificarli in conduttori ed isolanti sulla base dell'accensione o meno della lampadina.

Analisi, a livello qualitativo, delle variabili che influenzano l'intensità della corrente in un circuito. Formulazione matematica delle relazioni trovate sperimentalmente (I legge di Ohm).

Analisi dell'nfluenza della lunghezza e della sezione del conduttore sulla resistenza, a parità di materiale. Formulazione matematica delle relazioni trovate sperimentalmente (II legge di Ohm).

Esplorazioni dei diversi modi in cui si possono collegare due lampadine all'interno dello stesso circuito, e individuazione delle due tipologie possibili:

lampadine in serie:
:: le lampadine si accendono, ma l'intensità della corrente è minore rispetto a quella ottenuta con un'unica lampadina; se si spegne una lampadina anche l'altra non funziona.

lampadine in parallelo:
:: la luminosità delle due lampadine è uguale a quella di un'unica lampadina inserita nel circuito;se si spegne una lampadina l'altra resta accesa, la pila si scarica prima.

:: Riflessioni in merito all'utilizzo dei collegamenti in serie e parallelo nella vita quotidiana (ad es. per l'illuminazione degli alberi di Natale esistono in commercio le due configurazioni; quella più economica e più pratica da usare è costituita da un unico filo con le lampadine in serie, ma presenta un grosso svantaggio....)

Esplorazione sui possibili modi in cui si possono collegare due pile tra loro:

pile in serie, ci sono due possibili tipologie:
1. polo + di una pila collegato al polo - dell'altra e lampadina collegata ai due poli (+ e - )rimasti liberi: la luminosità della lampadina è maggiore rispetto a quando è alimentata da una sola pila (se il voltaggio della lampadina è insufficiente, la lampadina brucia!)
2. due poli uguali delle due pile collegati tra loro, gli altri due collegati alla lampadina: la lampadina non si accende.Se si utilizzano invece pile di tensione diversa, ad es. una da 4,5 e una da 1,5V, la lampadina si accende con una intensità luminosa pari a quella ottenuta in un circuito alimentato da una pila da 3 V (differenza tra le tensioni delle due pile collegate tra loro)

Pile in parallelo:
:: poli + delle due pile collegati tra loro, poli - collegati tra loro, lampadina collegata ad un polo positivo ed uno negativo: la luminosità della lampadina è uguale a quella ottenuta nel circuito alimentato da un'unica pila (ma la lampadina resta accesa più a lungo).

Gli effetti della corrente elettrica:

  • effetto termico: già verificato dai ragazzi nella loro esperienza quotidiana, alla base del funzionamento della lampadina
  • effetto magnetico: avvicinamento di un filo elettrico percorso da corrente ad una bussola, tenendolo in posizione parallela rispetto all'ago. La deviazione dell'ago è indice dell'esistenza di un campo magnetico generato dalla corrente elettrica. Avvolgendo più volte il filo attorno alla bussola si osserva una deviazione dell'ago più marcata.
  • effetto chimico: vedi dentro la pila e lezione-laboratorio ai bambini delle elementari

Le attività sui circuiti seguono la traccia semplificata del percorso LES:
http://www.les.unina.it/Le attivita/percorsi/circuiti/circ.htm