Visualizza - Città del Sole

INDICE
DISTINTA DEI PEZZI
ISTRUZIONI DI MONTAGGIO
L’ELETTRICITÀ NELLA VITA QUOTIDIANA
LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI
IL MAGNETISMO E RELATIVI ESPERIMENTI
L’ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI
ESEMPI DI MODELLI
Modello 1 – Semaforo
Modello 2 – Coccodrillo
Modello 3 – Decodificatore Morse
Modello 4 – Trenino elettrico
Modello 5 – Gru elettromagnetica
Modello 6 – Parco marino con gabbiani
Pag. 4
Pag. 5
Pag. 6
Pag. 9
Pag. 18
Pag. 22
Pag. 24
Pag. 26
Pag. 28
Pag. 30
Pag. 32
Pag. 34
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.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Non ricaricare le batterie.
Le batterie ricaricabili possono essere ricaricate solo in presenza di un adulto.
Non utilizzare insieme batterie caricabili e non ricaricabili.
Utilizzare solo le batterie raccomandate dal costruttore.
Controllare sempre la polarità delle batterie.
Non mettere in cortocircuito i morsetti della batteria.
Le batterie esauste devono essere smaltite insieme ai rifiuti tossici.
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
DISTINTA PEZZI
N.
4
NOME PEZZO
PZ
N.
NOME PEZZO
PZ
N.
NOME PEZZO
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
PULEGGIA GRANDE – GRIGIA
TESTA ROBOT
PULEGGIA MEDIA – GRIGIA
CORPO ROBOT
TOTALE
PZ
ISTRUZIONI DI MONTAGGIO
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.
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).
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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 (1775-1836), 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 (1777-1855) misurò la forza dei campi elettrici. Georg Simon Ohm
(1784-1854) scoprì la tensione elettrica e la resistenza elettrica. Michael Faraday (1791-1867)
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 (1831-1879), 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”.
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Fig. 1 – I fulmini nel cielo e il polo Nord e il polo Sud magnetici
sono espressione dell’elettricità e del magnetismo in natura.
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
(a) Inserendo il magnete
nella bobina, la bobina
si carica elettricamente.
Lasciare il magnete fisso in posizione
Togliere il magnete
(b) Tenendo fermo il magnete,
nella bobina non si produce
alcuna corrente elettrica
(c) Togliendo il magnete,
l’elettricità della bobina
fluisce in senso inverso.
Fig. 2 – Relazione tra magnetismo ed elettricità
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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
Cabina di
trasformazione primaria
Centrale idroelettrica
Pilone elettrico dell’alta
tensione
Cabina di trasformazione
secondaria
Sistema di
erogazione/trasformazione
Centrale termica
Trasformatore
su palo elettrico
Abitazioni
Sistema di
distribuzione
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.
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LA CORRENTE ELETTRICA E RELATIVI ESPERIMENTI
Corrente elettrica
Corrente elettrica
Tempo
La quantità e la direzione
della corrente elettrica
sono costanti
Corrente continua (DC)
Tempo
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.
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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).
La velocità della corrente elettrica è identica a quella della luce: circa 3 x 10 8 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
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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 3.410 °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.
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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
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.
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lampadina
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
Conduce
Non conduce
Chiave
Conduce
Non conduce
Moneta
Conduce
Non conduce
Connettore a cubo
Conduce
Non conduce
Matita
Conduce
Non conduce
Cinghia
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.
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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.
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.
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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.
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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?
spento
acceso
lampadina
verde
16
lampadina
verde
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
-
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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
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Poli uguali si respingono
Poli uguali si respingono
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.
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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.
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
20 campo magnetico.
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
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
Batteria
Supporto
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.
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
22 direzione tangente al campo magnetico.
ELETTRICITA’ E MAGNETISMO
2) Elettromagneti
Se avvolgiamo a spira un filo in cui passa una corrente elettrica, il campo magnetico così
generato è più forte rispetto a quello di un filo rettilineo. Quanto maggiore è il numero delle
spire, tanto maggiore sarà la forza del campo magnetico. Possiamo quindi utilizzare la
regola della mano destra di Ampère per determinare le caratteristiche del campo magnetico.
a) Piegate le dita lungo la direzione della corrente sul filo avvolto a spira, come mostrato
nella Fig. 1.
b) Il pollice punta verso il polo Nord del campo magnetico, mentre la direzione opposta
rappresenta il polo Sud.
c) I due poli Nord e Sud costituiscono un elettromagnete. Tuttavia, se non passa corrente
al suo interno, il filo avvolto a spira è un filo assolutamente normale, privo di magnetismo.
Quando il filo viene avvolto a spira intorno a una sbarretta di ferro, il magnetismo del filo
si trasferisce anche alla sbarretta, che quindi sarà in grado di attrarre oggetti metallici.
La sbarretta di ferro diventa a sua volta un magnete, o, in questo caso, un elettromagnete.
Possiamo determinare la polarità dell’elettromagnete applicando la regola della mano destra
precedentemente enunciata.
La forza dell’elettromagnete è definita dall’intensità della corrente o dalla quantità delle spire
del filo conduttore. Inoltre, la direzione del campo elettromagnetico può essere modificata
dalla direzione della corrente elettrica. L’applicazione più comune degli elettromagneti
è costituita dal ricevitore e dalla cornetta del telefono, ma la si può osservare per esempio
anche nei bracci delle gru che manipolano oggetti metallici negli impianti di riciclaggio
o nei cantieri.
23
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI
bobina
Rotazione del motore
Il concetto della rotazione del motore è quello di trasformare l’energia
elettrica in energia magnetica e quindi in energia cinetica per attivare
il motore stesso. Il motore ruota per azionare degli ingranaggi e creare
molti tipi di giocattoli mobili.
1) Struttura del motore elettrico
a) Un motore elettrico è costituito da un filo conduttore avvolto
in una bobina posizionata accanto a un magnete. Le estremità
del filo sono collegate a un alimentatore di corrente (batteria)
attraverso una coppia di contatti elettrici chiamati spazzole
e un commutatore.
Normalmente, la bobina si compone di milioni di avvolgimenti
del filo, ma per comodità di riferimento ne parleremo come se
fosse costituita da un unico avvolgimento.
b) La corrente si sposta dal polo positivo della batteria,
attraversa nell’ordine una delle due spazzole, il commutatore,
la bobina e la spazzola opposta, fino a ritornare al polo negativo
della batteria per ricominciare il ciclo.
c) Tra le due spazzole elettriche e il commutatore vi è solo un
leggero contatto.
spazzole
elettriche
batteria
commutatore
2) Concetto della rotazione del motore
a) Quando la corrente arriva sulla bobina genera un campo
magnetico che interagisce con il campo magnetico permanente
del magnete. Questa interazione spinge verso il basso il
segmento della bobina più vicino al polo Sud magnetico
e verso l’alto quello più vicino al polo Nord magnetico provocando
la rotazione della bobina.
b) Dopo una rotazione di 90°, le spazzole non sono più a contatto
del commutatore, nel circuito non passa più corrente e non si
genera più alcuna forza magnetica, ma, in virtù dell’inerzia
della rotazione, la bobina continua a ruotare in senso orario.
c) Compiuto mezzo giro (180°), le spazzole sono nuovamente a contatto del commutatore,
nel circuito passa di nuovo corrente, ma la corrente viene invertita dal commutatore, che
così facendo inverte anche le forze agenti sulla bobina completando il giro.
d) La funzione delle spazzole elettriche e del commutatore è dunque quella di modificare
la direzione della corrente ogni mezzo giro della bobina. Questo fa sì che si determini una
rotazione continua.
e) Invertendo i poli della batteria, si inverte anche la direzione della corrente e con essa la
direzione della rotazione.
Esperimento 1: Direzione della corrente e direzione della rotazione del motore
24
Direzione della rotazione del motore
senso orario
senso antiorario
Direzione della rotazione del motore
senso orario
senso antiorario
IL MOTORE ELETTRICO E RELATIVI ESPERIMENTI
Esperimento 2: Tensione e velocità di rotazione del motore elettrico
interruttore
batteria
motore
batteria
Confrontando questo esperimento con l’Esperimento 1, quale motore ruota più velocemente?
Perché?
Costruzione dei circuiti elettrici
Costruite un circuito elettrico vero e proprio seguendo gli schemi sotto riportati e osservate
il loro funzionamento.
Esperimento 1
Esperimento 2
connettore a cubo
interruttore
interruttore
connettore a cubo
interruttore
lampadina
(rossa)
batteria
batteria
motore
motore
lampadina
(gialla)
lampadina
(verde)
batteria
lampadina
(rossa)
batteria
connettore a cubo
connettore a cubo
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ESEMPI DI MODELLI
Modello 1 - Semaforo
PEZZI RICHIESTI
26
ESEMPI DI MODELLI
Modello finito
27
ESEMPI DI MODELLI
Modello 2 - Coccodrillo
PEZZI RICHIESTI
28
ESEMPI DI MODELLI
Modello finito
29
ESEMPI DI MODELLI
Modello 3 - Decodificatore Morse
PEZZI RICHIESTI
Che cosa significano tutti quei punti e linee? All’invenzione del telegrafo fece seguito
l’invenzione del codice Morse, comunemente chiamato anche codice a punti e linee.
Ad ogni lettera e ad ogni numero corrisponde infatti una particolare disposizione dei punti
e delle linee. Il codice Morse può essere utilizzato come strumento di segnalazione sia
acustica (radio, fischietto o altro avvisatore sonoro) e ottica (luci e delle bandiere).
Volete divertirvi? Provate voi stessi a decodificare il codice Morse con questo apparecchio.
30
ESEMPI DI MODELLI
Modello finito
31
ESEMPI DI MODELLI
Modello 4 - Trenino Elettrico
PEZZI RICHIESTI
32
ESEMPI DI MODELLI
Modello finito
33
ESEMPI DI MODELLI
Modello 5 - Gru Elettromagnetica
PEZZI RICHIESTI
34
ESEMPI DI MODELLI
Grattare il rivestimento dalla
guaina in plastica dal filo per
renderlo conduttore di elettricità
prima di stringerlo con il fermacavo
filo di cotone
filo di cotone 50 cm
filo elettrico
con guaina
in plastica
Avvolgere 100 volte
filo elettrico
con guaina
in plastica
Lasciare una
lunghezza di 15 cm
a entrambe le estremità
Modello finito
35
ESEMPI DI MODELLI
Modello 6 - Parco Marino Con Gabbiani
PEZZI RICHIESTI
36
ESEMPI DI MODELLI
37
ESEMPI DI MODELLI
Modello finito
38
ELETTRO
MAGNETISMO
Per scoprire l’elettricità e il magnetismo
ATTENZIONE!
RISCHIO DI SOFFOCAMENTO
Contiene piccole parti che potrebbero
essere ingerite o inalate.
Non adatto a bambini di età inferiore a 3 anni.
Leggere e conservare.
Importato da Selegiochi srl
Casarile - Milano
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