I PARAMETRI DELL’ ELETTRICITA’

Obiettivi

1.      Saper riconoscere e distinguere gli effetti della corrente

2.      Riconoscere le particelle atomiche e le loro caratteristiche

3.      Saper utilizzare i parametri dell’elettricità nel calcolo di semplici problemi

4.      Riconoscere gli strumenti elettrici

5.      Applicare il codice dei colori per la lettura del valore di resistori

6.      Riconoscere e utilizzare i simboli grafici

Contenuti

Conosciamo la corrente elettrica osservando i suoi effetti. Differenza tra corrente continua e alternata. Reversibilità degli effetti.

Come è formato l’atomo. Caratteristiche delle sue particelle. Peso atomico e numero atomico. Concetto di isotopo.

I parametri elettrici; definizioni formule strumenti e unità di misura. Formule inverse, come ricavarle e loro applicazione.

L’esperienza di Ohm. Resistenza e resistività specifica, definizione di conduttori e isolanti. Codice colore dei resistori.

Conosciamo meglio i dati di un elettrodomestico; ricaviamo i parametri mancanti.

Metodo e attività

La corrente elettrica oggi è conosciuta soprattutto per il suo utilizzo, che sempre più la rende indispensabile, tant’è che per un qualsiasi guasto al sistema principale, rimaniamo senza elettricità, dilaga, in quel momento, sconcerto e difficoltà.

Il mondo dell’elettricità affascina i ragazzi e può essere una attività che li coinvolge; al tempo stesso è possibile proporre loro non solo esperienze, ma linguaggi codificati, applicare formule e calcolare, conoscere fenomeni.

Vediamo come essa oggi viene utilizzata attraverso appunto i suoi utilizzi più diversi:

Tutti questi effetti, eccetto quello chimico, si possono ottenere sia con la corrente continua (quella delle pile) che con quella alternata (quella di casa nostra).

Inoltre essi possono anche essere reversibili.

Infatti le celle fotovoltaiche colpite dalla luce, ci forniscono corrente, le termocoppie irradiate dal calore, (usate nei termometri dei forni) producono elettricità, letta da un voltmetro con la scala in gradi, un qualsiasi generatore sfrutta il campo magnetico per produrre energia elettrica, l’accumulatore dell’auto contenente acido, ricaricato, è in grado di far muovere il motore elettrico dell’accensione dell’auto.

Per definizione la corrente elettrica è un movimento di cariche elettriche all’interno di un conduttore e le particelle che sono soggette a questo spostamento sono gli elettroni.

Perciò è necessario conoscere prima come è costituito un atomo di materia. Atomo dal greco significa “indivisibile”, in realtà esso è composto di tre tipi di cariche più importanti, trascurando tutte le altre diverse subparticelle che la fisica nucleare moderna ha scoperto.

Particelle che compongono un atomo

Il nucleo dell’atomo è piuttosto condensato ed è questo che da il cosiddetto “Peso atomico” di un elemento; gli elettroni, invece,  ruotano all’esterno in orbite diverse, a secondo il numero e sono quelli dell’ultimo orbitale, che si legano per dare i composti; questi danno invece il “Numero atomico” (vedere Tavola Periodica degli elementi o di Mendeleyev).

Per raffrontare le dovute proporzioni, se il nucleo fosse una pallina da ping pong, messa al centro di uno stadio, la “nube elettronica” ruoterebbe intorno gli spalti.

Normalmente l’atomo dal punto di vista elettrico è neutro e ciò significa che ha lo stesso numero di protoni che di elettroni.

A tenere insieme tutti i protoni, così ravvicinati nel nucleo tanto da respingersi (cariche uguali), intervengono i neutroni, come una sorta di “colla neutronica” che tende a compattare tutto. Se qualche neutrone viene a meno, si hanno i cosiddetti  isotopi.

Per la prima applicazione dei parametri elettrici e delle relative formule, è possibile leggere le etichette degli elettrodomestici,dove in genere sono riportate tensione di funzionamento e corrente o potenza assorbite, per ricavare i due parametri mancanti, utilizzando le formule relative riportate nella tabella.

In laboratorio

E’ possibile preparare una serie di esperienze riguardante l’esperienza che Ohm realizzò per dimostrare che, utilizzando la stessa resistenza, all’aumentare della tensione, aumentava anche la corrente. Si tratta di aver a disposizione un alimentatore con più valori di tensione in uscita, collegarlo ad una resistenza che può essere un pezzo di filo di costantana (quello della resistenza dell’asciugacapelli) o la mina di grafite.

Si può impostare una tabella nella quale riportare i valori della tensione ed i rispettivi valori della corrente letti dagli allievi. In una terza colonna si riporta il valore corrispondente al rispettivo rapporto di ciascuna prova che poi è R = U / I. Si possono riportare tali dati su un grafico con carta millimetrata e notare che la R è una retta pressoché costante, ciò che Ohm ricavò dalla sua esperienza.

Nel circuito di collegamento si può far notare che il voltmetro è inserito in parallelo, cioè con i cavi collegati ai poli del generatore, mentre l’amperometro è in serie all’utilizzatore, su uno dei due fili che lo alimentano.

Se si ha a disposizione un tester di precisione, è possibile leggere direttamente i valori delle resistenze in W e confrontarli con quelli calcolati. Misurando lunghezza, sezione e resistenza di costantana e grafite è possibile ricavare, utilizzando la formula inversa  di R= r * l / s, la “resistività specifica del materiale”, cioè r = R * s / l.

Si possono utilizzare dei resistori con valori espressi in “codice colore”, da ricavare; è facile recuperarli, anche da vecchi televisori, dissaldandoli direttamente dalla piastra di collegamento.

I resistori hanno forma cilindrica  e ce ne sono di abbastanza piccoli. Il primo colore è quello più vicino all’estremità e se c’è un anello oro o argento, questo rappresenta la tolleranza ed è quindi l’ultimo colore.

Dal punto di vista grafico, sono interessanti semplici esecuzioni di circuiti elettrici nei quali riportare i simboli codificati delle varie apparecchiature utilizzate; tali codici si possono ricavare da un qualsiasi testo di impiantistica elettrica (vedi bibliografia).

Anche i circuiti utilizzati nelle varie esperienze possono essere disegnati, con l’indicazione dei vari strumenti usati.

Verifiche

Le verifiche possono riguardare sia gli aspetti più teorici degli argomenti, sia le attività di laboratorio e la parte applicativa delle formule.

Per la prima parte è possibile preparare un questionario con le domande specifiche cui i ragazzi devono rispondere.

Per la parte applicativa, cioè il completamento dei parametri mancanti di elettrodomestici, e possibile farli ricavare direttamente ai ragazzi, anche attraverso consegne domestiche; in questi esercizi è possibile verificare:

1.      la corretta lettura delle etichette

2.      l’applicazione delle formule date e conosciute

3.      l’appropriata assegnazione delle unità di misura previste

Nelle esperienze di laboratorio è possibile verificare, oltre a quanto già espresso:

1.      la ricostruzione grafica degli schemi elettrici con i relativi simboli

2.      la realizzazione del grafico relativo alla R, con specifica tabella

3.      gli strumenti e le apparecchiature usate

4.      l’uso corretto del codice colore.

Discipline coinvolte

Scienze e Matematica. Gli interventi comuni possono riguardare la materia e la costituzione dell’atomo, gli elementi chimici e la Tavola Periodica, gli isotopi e i materiali fissili; l’elettricità statica  e le cariche elettriche. L’applicazione delle formule, come invertirne i parametri, il grafico di proporzionalità, la conversione delle unità di misura.

Il tutto potrebbe essere pensato anche per l’eventuale quarto quesito scritto da svolgere all’esame di terza media.

Bibliografia

Hòbscher e altri “Lezioni ed esercizi di elettrotecnica” Ed. La Scuola 1987 Brescia

Baronio e altri “Manuale degli impianti elettrici” Editoriale Delfino 1990 Milano

Sant’Angelo in Vado 25.7.2000

Prof. Giuseppe Dini