Vuoi che tuo figlio, frequentando le scuole medie, inizi a comprendere i fondamenti dell’elettricità? Questo campo abbraccia diversi aspetti della nostra vita quotidiana, dall’illuminazione ai mezzi di trasporto, dalle comunicazioni alla semplice azione di preparare un caffè. L’elettricità è una componente fondamentale del nostro mondo moderno.
Presentiamo qui una guida elementare per introdurre i giovani allo studio dell’elettricità. Partiamo dal concetto di base, esplorando l’origine della parola “elettricità” e il suo significato etimologico.
Da dove viene il termine elettricità?
Questa storia, quasi mitologica, ha radici nella realtà. I Greci antichi scoprirono più di 2000 anni fa che strofinando l’ambra, un tipo di resina fossile, con un pezzo di lana, l’ambra acquisiva la capacità di attrarre piccoli oggetti come frammenti di stoffa, carta, foglie e piume.
Il nome greco per l’ambra è “Elektron“. Da qui deriva il termine “elettricità”.
L’ambra, una volta strofinata, si caricava elettricamente, mostrando la capacità di attrarre o respingere oggetti.
Le cariche elettriche
Quando strofiniamo oggetti fatti di materiali diversi, come vetro o plastica, con della lana, essi possono attrarsi o respingersi a seconda delle cariche elettriche che si sono generate.
Queste cariche possono essere positive o negative. Oggetti con cariche dello stesso segno si respingono, mentre quelli con cariche opposte si attraggono.
Un oggetto in uno stato neutro, come l’ambra prima di essere strofinata, non presenta fenomeni elettrici.
Quando gli atomi di un corpo perdono elettroni, assumono uno stato elettrico positivo. Al contrario, se guadagnano elettroni, entrano in uno stato elettrico negativo.
I materiali possono essere classificati come isolanti o conduttori.
- Materiali isolanti: non permettono il passaggio di cariche elettriche, come ad esempio il legno.
- Materiali conduttori: permettono alle cariche di spostarsi liberamente, come i metalli, l’acqua, la terra e il corpo umano.
L’esperimento
Per mettere in pratica quanto appreso, proponiamo un semplice esperimento da realizzare con i ragazzi.
Esperimento: il pendolino elettrostatico
Occorrente: una posata di plastica, un filo di nylon, una pallina di polistirolo, un ago e un pezzo di carta di alluminio per alimenti.
Procedura:
- Attraversa la pallina con il filo di nylon usando l’ago e annoda il filo.
- Ricopri la pallina con la carta di alluminio e appendila in modo che possa oscillare liberamente.
- Avvicina la posata di plastica al pendolino e osserva le reazioni.
- Strofina la posata con un panno di lana, avvicinala di nuovo al pendolino e nota le differenze.
Grandezze elettriche
Ogni circuito elettrico è caratterizzato da specifiche grandezze elettriche:
- La differenza di potenziale (o tensione elettrica)
- La corrente elettrica
- La resistenza elettrica del circuito
- La differenza di potenziale: Questa misura la spinta che gli elettroni ricevono per muoversi da un punto a potenziale maggiore a uno a potenziale minore. Misurata in Volt (V), si utilizza il Voltmetro per la sua rilevazione.
- La corrente elettrica: Rappresenta il flusso di elettroni attraverso un conduttore. L’intensità della corrente (I) è data dal numero di cariche che attraversano un punto in un secondo. Misurata in Ampere (A), si usa l’Amperometro per la misurazione.
- La resistenza elettrica: Indica quanto un conduttore si oppone al passaggio della corrente elettrica. Dipende dal materiale, dimensioni e temperatura del conduttore. Misurata in Ohm (Ω), ogni materiale presenta una resistenza compresa tra zero e l’infinito.
Alcuni esperimenti utili per esplorare queste grandezze includono l’uso di un tester, uno strumento versatile e facilmente reperibile.
Il tester può essere utilizzato per misurare:
- Volt (V) per la tensione elettrica
- Ampere (A) per la corrente elettrica
- Ohm (Ω) per la resistenza elettrica
I circuiti elettrici
Un circuito elettrico è il percorso che la corrente elettrica segue.
Esperimento sui circuiti elettrici per ragazzi
Creazione di un circuito elettrico semplice con lampadina, pila e fili metallici.
Collegando la lampadina alla pila tramite i fili, si crea un circuito chiuso, permettendo alla corrente di fluire e accendere la lampadina. L’uso di un interruttore permette di aprire o chiudere il circuito.
Componenti di un circuito elettrico:
- Generatore (pila)
- Utilizzatore (lampadina)
- Conduttori (fili metallici)
- Interruttore (per controllare il flusso di corrente)
I circuiti possono essere configurati in diversi modi:
- In serie
- In parallelo
- In serie-parallelo
Ogni configurazione ha implicazioni specifiche sul funzionamento del circuito.
Fenomeni elettromagnetici
L’elettricità e il magnetismo sono fenomeni strettamente correlati. Scienziati come Oersted e Faraday hanno scoperto come questi due fenomeni possano interagire per creare nuove applicazioni pratiche.
Esperimenti e scoperte di Oersted e Faraday hanno rivelato che la corrente elettrica può generare campi magnetici e viceversa.
Esperimento sul magnetismo
Costruisci un campo magnetico a casa. Utilizza una bussola e una calamita per osservare l’effetto del campo magnetico.
- Chiodo lungo
- Filo
- Filo elettrico (fungerà da solenoide)
- Batteria (per fornire elettricità al filo)
- Spilli leggeri
Quando il filo elettrico viene collegato alla batteria e avvolto attorno al chiodo, la corrente che scorre nel filo genera un campo magnetico. Questo campo magnetizza il chiodo, trasformandolo in una calamita che può attirare gli spilli.
Il magnetismo
Il magnetismo è un fenomeno per cui alcuni materiali attirano il ferro e trasmettono questa capacità ad altri materiali.
Calamite naturali: Sono materiali che possiedono naturalmente la capacità magnetica. Esercitano la loro forza di attrazione alle estremità, mentre il centro è neutro. Una calamita ha sempre un polo nord e un polo sud, con poli opposti che si attraggono e poli uguali che si respingono.
Se una calamita viene divisa, ogni parte avrà ancora un polo nord e un polo sud. La forza della calamita crea intorno a sé un campo magnetico, che va dal polo nord al polo sud.
Calamite artificiali: Sono materiali che diventano magnetici dopo essere stati esposti a una calamita naturale. Si dividono in permanenti e temporanee a seconda della durata della loro capacità magnetica.
In conclusione, l’introduzione ai concetti di elettricità e magnetismo può essere sia educativa che divertente. Attraverso esperimenti pratici, i ragazzi possono imparare i principi di base che stanno dietro a molte delle tecnologie che usiamo ogni giorno.