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Elettricità sicura per il laboratorio di scienze

L’elettricità è uno degli argomenti fondamentali della classe terza superiore di primo grado (terza media): circuiti elettrici, leggi di Ohm, elettromagnetismo

Competenze e obiettivi relativi alle attività proposte

Dalle Indicazioni nazionali per il curricolo della scuola dell’infanzia e del primo ciclo d’istruzione del 4 settembre 2012.

  • L’alunno esplora e sperimenta, in laboratorio, lo svolgersi dei più comuni fenomeni, ne immagina e ne verifica le cause; ricerca soluzioni ai problemi, utilizzando le conoscenze acquisite.
  • Sviluppa semplici schematizzazioni e modellizzazioni di fatti e fenomeni ricorrendo, quando è il caso, a misure appropriate e a semplici formalizzazioni.
  • Collega lo sviluppo delle scienze allo sviluppo della storia dell’uomo.
  • Ha curiosità e interesse verso i principali problemi legati all’uso della scienza nel campo dello sviluppo scientifico e tecnologico.
  • Utilizzare i concetti fisici fondamentali quali: Ampere per ora, circuiti elettrici, elettromagnetismo, legge di Ohm, Volt, in varie situazioni di esperienza.
  • Realizzare esperienze in laboratorio.

In genere, nel laboratorio di scienze si trova un trasformatore-raddrizzatore in grado di fornire una tensione continua di 0-12 V. Ma bisogna collegarlo alla rete elettrica di 220 V e ciò è fonte di grave rischio, soprattutto se l’apparecchio è vecchio e se si usano prolunghe, prese triple e ciabatte.
Per questo, se vogliamo proporre esperimenti da ripetere a casa, è meglio costruirsi prima di tutto un alimentatore sicuro con una batteria di pile ricaricabili.
Grandi scienziati come Alessandro Volta, Georg Ohm, Christian Oersted e Michael Faraday facevano quasi così!
Mettiamoci all’opera…

Per iniziare: che cosa ti serve?

Gli elementi necessari per costruire l’alimentatore sicuro.

Gli elementi necessari per costruire l’alimentatore sicuro.

(1) Quattro pile stilo (AA-UM3) ricaricabili (accumulatori NiMH).
(2) Un portapile per 4 stilo con presa polarizzata.
(3) Un caricabatterie.
(4) Due pinzette a coccodrillo.
(5) Una presa polarizzata per pile da 9 V.
(6) Una lampadina da 4,5 V con relativo portalampada e cavetti di collegamento.

Avrai bisogno anche di un paio di forbici per spellare i fili e (facoltativo) di un saldatore a stagno se volessi saldare i collegamenti. Puoi trovare tutto il materiale in un negozio di prodotti per l’elettronica.

Realizzazione e collaudo

1. Se le pile sono nuove, caricale seguendo le istruzioni del caricabatterie.
2. Collega le pinze a coccodrillo ai cavetti della presa polarizzata accoppiando i colori uguali (rosso/nero). Sarebbe meglio saldare i fili con un piccolo saldatore, ma è accettabile anche legarli ben stretti dopo averli spellati.
3. Inserisci le pile nel portapile. Attenzione: bisogna inserire le pile in senso alternato in modo che i poli negativi siano a contatto con le molle del portapile!

La foto mostra il corretto verso di inserimento delle batterie.

La foto mostra il corretto verso di inserimento delle batterie.

4. Per collaudare l’alimentatore, collega la lampadina e verifica che si accenda.

La lampadina si accende: il circuito è montato correttamente.

La lampadina si accende: il circuito è montato correttamente.

5. Non collegare mai direttamente il polo positivo con il polo negativo perché così facendo si creerebbe un corto circuito che farebbe surriscaldare le pile rovinandole!

La tensione delle pile ricaricabili

Pila alcalina (in alto) e ricaricabile (in basso) a confronto. Le frecce indicano la tensione nominale, che è diversa per le due pile.

Pila alcalina (in alto) e ricaricabile (in basso) a confronto. Le frecce indicano la tensione nominale, che è diversa per le due pile.

Qual è la tensione elettrica fornita dalle pile stilo?
Le normali pile alcaline hanno una tensione di 1,5 V mentre le pile ricaricabili NiMH hanno una tensione di 1,2 V.

Qual è la tensione fornita dal nostro alimentatore?
Il nostro alimentatore è formato da 4 pile collegate in serie, perciò le tensioni si sommano e la tensione totale è:
1,2 + 1,2 + 1,2 + 1,2 = 4,8 V

Che cosa significa la sigla NiMH?
La sigla NiMH significa Nichel-Metallo Idruro. In questi accumulatori infatti, il polo positivo è fatto di nichel (Ni) mentre il polo negativo contiene una lega metallica (M) capace di assorbire idrogeno (H).

La capacità delle pile ricaricabili

Dettaglio di una pila ricaricabile: la freccia indica la capacità della pila, cioè la quantità di corrente fornita in un’ora.

Dettaglio di una pila ricaricabile: la freccia indica la capacità della pila, cioè la quantità di corrente fornita in un’ora.

Che cosa significa la sigla mAh scritta in tutte le pile ricaricabili?
È l’unità di misura della carica elettrica contenuta nella pila.
In particolare, il milli ampere-ora è un millesimo dell’ampere-ora (Ah).

In pratica, a che cosa serve conoscere la capacità di una pila?
Serve a farsi un’idea di quanto tempo ci metterà la pila a esaurirsi.
Per esempio, una pila da 2400 mAh può fornire, in teoria, una corrente elettrica di:
100 mA per 24 ore;
200 mA per 12 ore;
600 mA per 4 ore;
1000 mA = 1 A per 2,4 ore;
2400 mA = 2,4 A per 1 ora.
I dati sopra riportati sono approssimativi perché in pratica se chiediamo troppi ampere a una pila, questa si scarica più velocemente del previsto.
In generale, comunque, più alto è il valore dell’ampere-ora, più la batteria durerà nel tempo.

Curiosità

Gli accumulatori NiMH hanno uno svantaggio: si scaricano lentamente ma inesorabilmente da soli. Una batteria di questo tipo, anche se non è utilizzata, perde circa il 3% della sua carica ogni settimana!

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There are 4 comments. Add Yours.

valentino —

Ciao volevo sapere che per creare un motore elettrico più potente basta aumentare i materiali cioè il procedimento è sempre lo stesso o ci sta un’ altro procedimento ?

Reply »

    Alessandro M.

    @valentino, immagino che il tuo commento sia riferito al post Un semlice motore elettrico ad avvolgimento. L’esperienza propone la costruzione di un modello didattico (e sicuro) di motore ad avvolgimento.
    Senza perdersi in tecnicismi, la potenza di un motore elettrico (espressa in watt, W) è la potenza che l’asse del motore è capace di trasmettere al carico applicato all’asse. Ci sono anche altri valori molto importanti, come la velocità e la coppia. Sempre in generale non basta “aumentare” i materiali (mi pare di capire che tu intenda, per esempio, montare un magnete più potente oppure aumentare il numero di avvolgimenti del rotore) per aumentare la potenza del motore. Insomma le variabili da considerare sono complesse e forse vanno oltre lo spirito del post. :-)

    Reply »

Lorenzo —

Ma è possibile utilizzare delle normali pile o bisogna per forza utilizzare quelle ricaricabili

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