Elettrizzare un corpo ed osservare gli effetti dell’elettrizzazione di un isolante e di un conduttore. Costruire e verificare il funzionamento di una semplice macchina elettrostatica ideata da Alessandro Volta e ad oggi efficace.
Scheda sintetica delle attività
Si fissa ad un sostegno un sottile filo di nylon e vi si appende un truciolo di sughero. Si avvicina una bacchetta di plastica strofinata con un panno di lana e si osserva il comportamento del sughero appeso al filo. Si ripete l’operazione con un materiale conduttore. Sopra una piastra isolante, strofinata con un panno di lana, si appoggia una piastra di metallo munita di manico isolante. Mettendo a terra la piastra conduttrice e poi separandola da quella isolante, il metallo risulterà carico.
Risorse necessarie
Asta di sostegno con piedistallo (basta anche la maniglia di una porta o di una finestra);
filo sottile di cotone o di nylon (tipo filo da pesca);
un tappo di sughero;
forbici e coltellino seghettato;
una bacchetta di plexiglas (o un qualsiasi oggetto di plastica di forma allungata);
straccio di lana (anche sintetico come “pile”);
bacchetta di metallo con manico isolante (ad esempio una forbice metallica con manico di plastica);
lastra di plexiglas (o bachelite, comunque plastica dura) di dimensioni 15x15x1 cm;
lamina di alluminio di dimensioni 15x15 cm e spessore qualche mm;
astina di legno o di plastica (lunghezza 10 cm circa e sezione 1 cm2 oppure 2x2 cm se di legno);
1 vite a testa conica per fissare l’astina sulla lamina di alluminio.
Prerequisiti necessari
Corpi conduttori di elettricità ed isolanti;
induzione elettrostatica.;
metodi di elettrizzazione di isolanti e di conduttori.
Obiettivi di apprendimento
Approfondire il modello di corpo conduttore e di isolante elettrico;
approfondire e verificare il fenomeno dell’induzione elettrostatica per un corpo conduttore;
approfondire e verificare la polarizzazione di un isolante;
verificare i metodi di elettrizzazione;
capire come funziona una macchina elettrostatica.
Dotazioni di sicurezza
Nessuna
Svolgimento
Pendolino elettrico: realizzazione
Fissate circa 30 cm di filo al sostegno, tagliate una fettina (meglio un cubettino) di tappo di sughero, fategli un piccolo buco in mezzo con la punta della forbice (o infilando il filo in un ago e poi passando l’ago nel sughero) e infilate il filo fermandolo con un nodino: questo è un pendolino elettrico (figura 1a).
Osservazioni ed interpretazione
Strofinate la bacchetta di plastica con lo straccio di lana e poi avvicinatela al pendolino: il pezzetto di sughero viene attratto (figura 1b). Se poi toccate il sughero con la bacchetta questa lo respingerà (figura1c)
Figura 1: a) pendolino elettrico; b) pendolino attratto dalla bacchetta di plastica; c) pendolino respinto dalla bacchetta
perché?...
nel contatto il sughero si carica leggermente dello stesso segno e quindi respinge.
La forza elettrica si manifesta con questi spostamenti e quindi compie lavoro: si ha energia di origine elettrica.
Se prendete la bacchetta di metallo, reggendola per il manico isolante, e la avvicinate al sughero non succede nulla, se la strofinate fortemente con lo straccio e poi la avvicinate al sughero questo ne risente anche se in modo minore rispetto alla bacchetta di plastica. Se prendete la bacchetta di metallo tenendo la vostra mano in contatto con la parte metallica, anche strofinando, essa non attrae il pendolino.
perché?... I conduttori (metalli) non trattengono la carica ma la trasmettono subito ad altri conduttori (il nostro corpo) e quindi si scaricano. Per ottenere un moto di cariche consistente occorre farle passare in un corpo conduttore, ad esempio un filo di rame..
Elettroforo di Volta: realizzazione
Si può costruire un semplice strumento per elettrizzare i corpi e che è stato inventato da Alessandro Volta. Esso si basa sull’elettrizzazione di un isolante per strofinio e l’elettrizzazione di un conduttore per induzione.
Sulla lamina quadrata di alluminio disegnate le due diagonali per determinare il centro O del quadrato.
Con un trapano fate un foro in O per fare passare la vite di fissaggio dell’astina isolante (che fa da manico per la lastra di alluminio) e smussate i bordi del foro in modo che la testa della vite entri nel foro completamente (figura 2a). Se il manico che avete scelto è un’astina di legno, avvitate la vite direttamente nel legno, altrimenti va preparato il filetto nella plastica. Appoggiando la lastra di alluminio su quella di plexiglas si completa l'elettroforo (figura 2b).
Figura 2: a) schema di montaggio della vite; b) vista laterale dell'elettroforo
L’elettroforo pronto per l’uso è visibile in figura 3
Figura 3: elettroforo di Volta costruito con alluminio e bachelite
Osservazioni
Togliete la lastra di alluminio dalla base di plexiglas e strofinate il plexiglas fortemente con uno straccio di lana, in questo modo il plexiglas si carica negativamente. Tenendola per il manico isolante, appoggiate la lastra di alluminio sul plexiglas. Toccate con un dito la superficie superiore dell’alluminio e con l’altra mano fate contatto con “la terra” (ad esempio toccando uno stipite metallico). Togliete il contatto con “la terra” e poi sollevate la lastra di alluminio servendovi del manico isolante. Avvicinate la lastra di alluminio al pendolino elettrico e troverete una evidente azione elettrica.
Figura 4: elettroforo in funzione
Interpretazione
La lastra di plexiglas si carica, per strofinio con la lana, di segno negativo. Quando la lastra di alluminio è posta sopra il plexiglas caricato, in essa si ha induzione elettrostatica e quindi gli elettroni di conduzione si spostano nel lato superiore dell’alluminio, respinti dalla carica negativa del plexiglas. Nel contatto “a terra” gli elettroni si spostano a terra lasciando l’alluminio caricato positivamente.
Quando si toglie il contatto con la terra e si allontana la lastra di alluminio dal plexiglas, l’alluminio caricato attirerà il pendolino elettrico.
L’alluminio, una volta scaricato, può essere di nuovo appoggiato sul plexiglas, toccato e risollevato: esso risulta nuovamente elettrizzato. Ripetendo le stesse operazioni, l’elettroforo può continuare a fornire carica senza che il plexiglas venga nuovamente strofinato.
Si può così parlare di lavoro di carica di un conduttore che viene fatto nell’allontanare la lastra di alluminio dalla lastra di plexiglas.
Note e storia
Questa esperienza si inserisce come introduzione all’elettrostatica: conduttori, isolanti e relativi metodi di elettrizzazione
L’elettroforo perpetuo o di Volta deve il suo nome allo scienziato italiano Alessandro Volta (1745 – 1826), che lo propose nel 1775 come strumento in grado di accumulare carica elettrica e produrre scariche elettriche in maniera perpetua.
