Elettrostatica

Laboratorio di Fisica
"La FISICA …riciclata"
(come apprendere giocando)

Laboratorio di    ELETTROSTATICA

(bottiglia di Leida, prima metà del '700)

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LEGGI FONDAMENTALI DELL’ELETTROSTATICA

Sperimentalmente si osserva che: 

(i relativi approfondimenti sono lasciati all'insegnante e ai libri di testo)

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Concetti da presentare ed esperimenti relativi

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Materiale occorrente:

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PENDOLINO ELETTRICO

Materiale:

Realizzazione

Si separano alcune palline di polistirolo, molto piccole. Si infilano con l’ago munito di filo di cotone da una parte, mentre l’altro estremo del filo viene arrotolato intorno al supporto di legno (o comunque di materiale isolante) e si fa in modo di tenerlo sospeso, così che la pallina penda liberamente.

Si strofina vigorosamente la penna biro con lo straccio di lana in modo da elettrizzarla per strofinio (straccio e penna acquisiranno cariche di segno opposto, in particolare la lana si carica positivamente e la bachelite negativamente).

Si avvicina la penna carica al "pendolino" di polistirolo (prima che fosse realizzato il polistirolo veniva usato il midollo di sambuco per la sua naturale leggerezza) e si osserva che il pendolino è attratto da essa. Se si avvicina tanto da toccare la penna, si caricherà dello stesso segno e, per le leggi fondamentali dell'elettrostatica, verrà poi respinto.

Una variazione dell’esperimento consiste nel caricare due pendolini separatamente (o dello stesso segno o di segno opposto) per poi avvicinarli; se le cariche sono dello stesso tipo i pendolini tenderanno ad allontanarsi uno dall’altro, se sono di tipo diverso tenderanno ad attrarsi fino a toccarsi.

Questo esperimento evidenzia le leggi fondamentali dell’elettrostatica, secondo cui due corpi carichi di segno opposto si attraggono mentre corpi carichi dello stesso segno si respingono.

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PALLONCINO … ANTIGRAVITA'

Materiale:

Realizzazione

Ogni oggetto dotato di carica elettrica, produce attorno a sé un campo elettrico invisibile, che a sua volta induce elettricità statica  negli oggetti che gli stanno vicino, anche se sono inizialmente neutri, che si manifesta come migrazione delle cariche di segno opposto verso punti diametralmente opposti all’interno dello stesso oggetto 

Si strofina il palloncino con lo straccio di lana, conferendogli così una carica elettrica negativa.

Si dispongono le figurine ritagliate sul piano di un tavolo.

Si pone il palloncino a qualche centimetro al di sopra delle figurine di carta o delle piume. Gli oggetti si solleveranno dal tavolo, vincendo la forza di gravità. Se la quantità di carica è sufficiente, le figurine, una volta toccato il palloncino, si caricano negativamente e vengono respinte.

Una volta che sono ricadute possono essere attratte di nuovo per più volte.

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ATTRAZIONE IRRESISTIBILE

Materiale:

Realizzazione

Si legano i 2 palloncini con un unico filo di cotone abbastanza lungo (1.5 - 2 metri).

Si strofinano i palloncini (separatamente) con il panno di lana. Si prende il filo per il punto medio e si lasciano ricadere i 2 palloncini; se sono stati abbastanza caricati si vedrà che si respingono l'un l'altro (poichè risultano carichi dello stesso segno). Se si caricano strofinandoli contro una maglia (di lana) che si indossa, si vedrà invece che il palloncino, per attrazione elettrostatica, tenderà a rimanere irresistibilmente attaccato alla maglia stessa.

Si tagliano due strisce di pellicola trasparente (materiale isolante)e si caricano entrambe (separatamente) per strofinio, poi si fa l'esperienza di avvicinarle...anch'esse, se caricate dello stesso segno, si attaccheranno, mentre, se caricate per reciproco strofinio, tenderanno ad attaccarsi!

Si tagliano 2 strisce di carta d'alluminio (materiale conduttore) e si elettrizzano per strofinio. Se le si tiene in mano, si osserverà che non si verificano effetti di attrazione o repulsione tra esse, specie se non si è isolati da terra. Se si ripete l'esperienza stando con i piedi appoggiati su una base di legno (o altro materiale isolante) oppure tenendo le strisce con un supporto isolante (mollette da bucato di legno) invece si otterrà un effetto analogo alle strisce di pellicola trasparente. 

Questo esperimento spiega il fenomeno della 'scossa' elettrica che talvolta ci colpisce nella stagione secca (ciò accade a causa del fatto che  il corpo umano è un buon conduttore e che le cariche elettriche tendono spontaneamente a scaricarsi a terra).

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TELECOMANDO A PALLONCINO

Materiale:

Realizzazione

Si gonfia il palloncino e si chiude.

Si piega il foglio di alluminio in modo da fargli assumere la forma di un aereo (con 2 o 3 piegature simmetriche).

Si infila il filo (abbastanza lungo) nell'ago e si passa sotto le "ali" in due posizioni diverse, in modo da poterlo tenere sospeso e in posizione verticale (eventualmente si può fissare la posizione appendendolo ad un supporto isolante).

Una persona regge l'aereo (meglio se appoggia i piedi su un supporto isolante, tipo pedana di legno), mentre una seconda, dopo aver strofinato ripetutamente il palloncino con il panno di lana in modo da caricarlo elettricamente per strofinio, avvicina la parte strofinata alla punta dell'aereo (senza toccarlo, possibilmente).

Se il palloncino si è caricato positivamente, l'aereo, essendo di materiale conduttore, si caricherà per induzione di segno opposto nella parte verso il palloncino e di segno uguale nella parte più lontana dal palloncino. Se l'aereo rimane isolato da terra, rimarrà complessivamente neutro; se si connetterà a terra (tramite un filo conduttore) la parte dell'aereo più lontana dal palloncino, esso rimarrà carico di segno opposto. Infine se l'aereo e il palloncino si toccano, l'aereo assumerà lo stesso tipo di carica del palloncino, ma gli effetti dell'elettrizzazione diminuiranno.

Tenendo il palloncino ad un'opportuna distanza dall'aereo (quella a cui risente della presenza del campo elettrico generato dalle cariche prodotte sul palloncino stesso), si noterà che l'aereo rivolge la sua punta verso il palloncino. Una volta che l'aereo è stato così "agganciato", si potrà farlo ruotare nel verso voluto utilizzando il palloncino come una sorta di 'telecomando'!

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ELETTROSCOPIO

Materiale:

Realizzazione

Si pratica un foro centrale nel coperchio del barattolo di vetro e si "spela" un pezzetto di cavo elettrico lungo circa 10-15 cm ad entrambe le estremità. Si inserisce il cavo nel foro. Si arrotolano i filetti della parte che rimane verso l'esterno e si dà loro una forma ad anello, mentre i filetti del cavo che rimane all’interno vanno suddivisi in due parti, che si arrotolano separatamente e si piegano poi ad amo. Si tagliano due striscioline di carta stagnola che vengono poi inserita una in ciascun amo. Si chiude il coperchio e , volendo, si può sigillare usando materiale plastico. (Attenzione che le foglioline rimangano sospese e non tocchino le pareti del barattolo; inoltre l’interno del barattolo dovrebbe essere perfettamente asciutto! L’aria umida è conduttrice e si rischia di disperdere le cariche prodotte all’esterno)

Con lo straccio di lana si strofina un oggetto di materiale isolante elettrizzabile (plastica, polimeri,…) e poi lo si avvicina all’anello esterno. Se vi è sufficiente elettrizzazione, le foglioline all’interno si allontaneranno l’una dall’altra formando un angolo che sarà tanto più ampio quanto maggiore sarà la quantità di carica elettrica prodotta. Infatti per induzione l’elettroscopio si carica di segno opposto alla carica inducente esterna  (per migrazione interna delle cariche), mentre le foglioline si caricano con lo stesso segno del corpo esterno ed anche tra loro per cui si allontaneranno l’una dall’altra. Se invece si tocca l’anello esterno con il corpo carico (elettrizzazione per contatto), l’anello acquisterà la carica dello stesso segno del corpo, mentre entrambe le foglioline si caricheranno di segno opposto, ma comunque dello stesso segno tra loro, ottenendo lo stesso effetto. Nel primo caso l’elettroscopio non rimarrà carico, mentre nel secondo sì. Per scaricarlo è sufficiente toccare con le dita l’anello esterno (il corpo umano è un buon conduttore!) così le cariche emigreranno a terra lasciando l'elettroscopio scarico (neutro) e pronto per essere riutilizzato.