“Una storia elettrizzante”

1. “Una storia elettrizzante” VISITA AL GABINETTO DI FISICA DELLA FONDAZIONE SCIENZA E TECNICA DI FIRENZE Laboratorio sull’elettrostatica Classe quinta D a.s. 2012/2013 1

2. IL GABINETTO DI FISICA Questo Gabinetto conserva la più grande e più completa collezione italiana di apparecchi ottocenteschi per lo studio e la didattica della fisica . Il Gabinetto di Fisica fu creato da Filippo Corridi nel 1853, primo direttore dell’Istituto Tecnico Toscano, che lo dotò di una consistente collezione di strumenti per “promuovere lo studio delle scienze d’applicazione e il progresso delle utili industrie delle arti e delle lavorazioni”.Vengono organizzati laboratori e visite guidate per le scuole: noi abbiamo scelto il laboratorio “Una storia elettrizzante”.

3. Una storia elettrizzante • Elettroforo di Volta • Macchina di Wimshurst • Bottiglia di Leida • Elettroscopio • Serate elettriche • Figure di Lichtenberg • Video • Generatore di Van der Graaff

4. L’elettroforo PERPETUO L'elettroforo perpetuo fu ideato da Volta intorno al 1775 durante i suoi studi sull'elettricità. Rappresenta una prima rudimentale macchina elettrostatica a induzione in grado di accumulare e separare cariche elettriche. È costituito da uno strato di resina (base) contenuta in un piatto metallico e da un disco metallico (scudo). Nel gabinetto di fisica è riprodotto un grande elettroforo (del tipo costruito da Lichtenberg, scrittore e scienziato che costruì elettrofori giganteschi nel tentativo di ottenere grandi scintille) Il nostro tentativo : http://www.youtube.com/watch?v=ca6Jt3JtcwQ

5. Fase 1 • SI STROFINA LA BASE CON UN PEZZO DI LANA : LA BASE SI CARICA NEGATIVAMENTE

6. Fase 2 • SI ABBASSA LO “SCUDO” CHE PER INDUZIONE SI CARICA POSITIVAMENTE NELLA PARTE A CONTATTO CON LA BASE E NEGATIVAMENTE NELLA PARTE SUPERIORE POI SI SCARICA A TERRA LA CARICA NEGATIVA TOCCANDO LO SCUDO CON UN CONDUTTORE: LO SCUDO RIMANE COSI’ CARICO POSITIVAMENTE

7. Fase 3 • SI ALZA VELOCEMENTE LO “SCUDO”

8. Fase 4 • SI AVVICINA UN CONDUTTORE ALLO SCUDO: SCOCCA UNA SCINTILLA! SI GENERA LA SCINTILLA

9. http://www.youtube.com/watch?v=0vbStOvfVGg&list=UUL-NEt9QIezXknHX5BJIh5w&index=21&feature=plcphttp://www.youtube.com/watch?v=0vbStOvfVGg&list=UUL-NEt9QIezXknHX5BJIh5w&index=21&feature=plcp Spiegazione • Quando strofiniamo la base con il panno di lana la carichiamo negativamente (FIG. A) ; quando appoggiamo lo scudo alla base (FIG. B) per induzione, sulla faccia dello scudo prossima alla base si accumula carica positiva mentre sulla faccia opposta si ha formazione di carica negativa. • Se a questo punto si tocca lo scudo con un conduttore scaricando così a terra (attraverso il nostro corpo) le cariche negative lo scudo resta carico positivamente (FIG. C): avvicinando un conduttore allo scudo carico scoccherà una scintilla (lo scudo si scarica). • L’operazione si può ripetere senza dover caricare di nuovo la base: per questo Volta chiamò questo dispositivo elettroforo “perpetuo”.Naturalmente l’energia elettrica non viene creata dal nulla ma a spese del lavoro meccanico effettuato quando solleviamo lo scudo. Manico isolante Scudo FIG. C Superficie isolante FIG. A FIG. B Tocco per scaricare a terra la carica negativa

10. Un elettroforo fatto in casa • MATERIALE : • - Panno di lana • -Polistirolo (base)su un foglio di alluminio • - Contenitore di alluminio • per dolci (scudo) • Bicchiere di plastica • attaccato con scotch al contenitore di alluminio • ED ECCO LO SVOLGIMENTO • DELL’ESPERIENZA. ESEGUITA DA ALESSANDRA FRESU http://www.youtube.com/watch?v=D9UdslSrHQo home

11. Macchina elettrostatica di Wimshurst La macchina di Wimshurst è costituita da due dischi montati in verticale che vengono fatti ruotare in senso opposto grazie all’azione di una manovella:nella rotazione sfregano contro dei pettini metallici e si caricano di segno opposto. Ai dischi sono collegate delle sferette metalliche (poli) che possono essere poste a distanza variabile:quando queste ultime hanno accumulato una quantità sufficiente di carica elettrica, l'elevata differenza di potenziale tra i poli della macchina fa scoccare una scintilla. Ai dischi possono essere collegate anche due bottiglie di Leyda (condensatori) per aumentare la carica accumulata. 1.MACCHINA DI WIMSHURST https://www.youtube.com/watch?v=UF49VwOPjA8 2.ACCENDERE UN NEON http://www.youtube.com/watch?v=sxSrH-Zb1jY home home

12. La bottiglia di Leida La bottiglia di Leida costituisce la forma più antica di condensatore. Fu utilizzata per condurre molti dei primi esperimenti sull'elettricità durante la seconda metà del XVIII secolo. Prende il nome dalla città in cui insegnava il fisico olandese Pieter van Musschenbroek al momento della sua scoperta. COMPOSIZIONE: Una bottiglia di Leida consiste tipicamente in un contenitore di vetro coperto da un rivestimento metallico all'interno e da un altro simile dalla parte esterna. Il rivestimento interno è collegato all'elettrodo di un generatore elettrostatico attraverso un conduttore (un cavo, una catena, ecc.), mentre il vetro funge da isolante.

13. La bottiglia di Leida consentiva la realizzazione di innumerevoli esperienze elettriche: noi abbiamo provato la “catena umana”. Gli studenti si tengono per mano: l’operatrice tiene in una mano la bottiglia carica e dà l’altra mano al primo studente della catena: quando l’ultimo studente della catena tocca l’elettrodo della bottiglia la scarica viene avvertita da tutti i componenti della “catena”! Si carica la bottiglia con la macchina elettrostatica. LA NOSTRA CATENA UMANA http://www.youtube.com/watch?v=xW2SD4gLI1I home home

14. L’ elettroscopio L'elettroscopio è uno strumento che serve per sapere se un oggetto è carico elettricamente. È formato da un'asta metallica verticale con in alto una sfera conduttrice e in basso due foglie conduttrici molto sottili. Mettendo a contatto una bacchetta carica con la sfera conduttrice, le due foglie sottili si caricano di una carica dello stesso segno e si respingono. Per far tornare le foglie in posizione iniziale basta toccarle con un dito per scaricare la sfera e le foglie. home

15. Serate elettriche . Durante il '700 venivano organizzate serate elettriche durante le quali venivano eseguiti, a scopi ludici, esperimenti con l'elettricità. Baci elettrici, fanciulli volanti, e dame elettrizzate erano le attrazioni principali della serata. Spesso a questi eventi venivano invitati fisici noti come Volta, che spiegavano ed illustravano gli esperimenti che tuttavia avevano come scopo solo quello di divertire. La scoperta dell'elettricità suscitava curiosità e divertimento. Le dame, infatti, durante queste serate erano solite attaccarsi ad una macchina elettrostatica e dopo essere isolate da terra ed essere state elettrizzate, venivano baciate da un cavaliere e con il contatto delle due persone, l'uomo scaricava elettricamente la dama e si formava una scintilla sulle labbra (il bacio “elettrico”). Però l’eccitazione sull’elettricità produsse anche i “medici elettrici”. Entrò in voga l’idea che “l’elettricità” potesse curare tutto. Le idee dei medici elettrici – “pare che l’elettricità non possa far altro che bene, e male giammai” – penetrarono anche parte della medicina ufficiale del tempo, la “medicina razionale”, nonostante diversi medici importanti fossero molto cauti, soprattutto perché i fenomeni elettrici non erano ancora stati ben capiti dal punto di vista fisico. home

16. Le figure di Lichtenberg Nel 1777 Lichtenberg si accorse che la polvere debolmente caricata durante il maneggiamento si dispone sulla resina in modo caratteristico a seconda se caricata positivamente ( aspetto ramificato) o negativamente ( forme globulari). home home

17. Abbiamo anche visto dei video realizzati dalla Fondazione. home home 17

18. Il generatore di Van derGraaf • Fu inventato verso la fine del 1929 dal fisico statunitense Robert Van de Graaff,da cui prende il nome. • Il generatore di Van de Graaff è una macchina elettrostatica in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo ed un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un'altissima tensione. • Oltre che a scopo didattico viene utilizzato anche per applicazioni pratiche ad esempio in fisica nucleare, dove l'elevata differenza di potenziale generata viene utilizzata per accelerare particelle dotate di carica elettrica.

19. Principio di funzionamento • Un generatore di questo tipo è composto sostanzialmente da una cinghia di materiale isolante (caucciù) tesa tra due carrucole e mantenuta in rotazione da un motore. • La cinghia viene caricata per induzione da una serie di punte metalliche poste in prossimità di una delle due carrucole e collegate ad una batteria. • Queste cariche vengono poi trasportate per azione del motore all'interno di un conduttore di forma sferica isolato, dove un secondo pettine metallico collegato elettricamente alla sfera le trasferisce sulla superficie esterna. Il primo esperimento è quello di avvicinare alla sfera in tensione un conduttore posto a massa e di osservare la scarica che si genera in modo analogo ai fulmini. Un conduttore messo “ a massa” ha lo stesso potenziale elettrico dell’involucro metallico.

20. L’ultimo esperimento!! • MATERIALE: • Generatore di Van der Graaff • Sgabello di plastica o legno Saliamo su uno sbabello per essere isolati da terra e tocchiamo con una mano la sfera del generatore di Van der Graaff: in questo modo ci carichiamo e in particolare le cariche si accumulano sulle punte dei nostri capelli che, essendo carichi dello stesso segno, si respingono e si drizzano!! ESPERIMENTO SU BIANCA https://www.youtube.com/watch?v=SRsiz4TJmPg ESPERIMENTO SU ELISABETTA https://www.youtube.com/watch?v=j5uEKvkpyjU

21. home FINE