Si propone agli alunni di 4° anno di liceo scientifico di riutilizzare un vecchio giradischi ("materiale povero") e con esso realizzare, dopo aver tolto la puntina di lettura e il suo braccio, una piastra ruotante alimentata a corrente continua. La piastra, collegata ad un potenziometro può ruotare a velocità variabile. La realizzazione della piastra può essere proposta come lavoro a casa, da eseguire preferibilmente a piccoli gruppi
Scheda sintetica delle attività
Gli studenti devono montare il circuito elettrico sulla faccia inferiore del giradischi (/la piastra), per farla ruotare a velocità variabili. Nella scheda "Svolgimento" è riportata l'immagine del circuito, e qui di seguito il suo schema.
Figura 1: schema circuito elettrico da montare
Infine gli alunni devono montare il tachimetro sulla faccia superiore della piastra: il sensore del tachimetro va posto sul bordo rotante della piastra (fissandolo con plastilina/ oppure silicone), mentre la parte fissa del tachimetro va posta di fronte ad esso, a breve distanza e alla stessa quota, sul basamento della piastra stessa. Nella scheda Attrezzature è riportata l'immagine del tachimetro montato.
Risorse necessarie
un vecchio giradischi "33 giri" , oppure in alternativa un basamento in legno, un motore a cc a 16[V], e un disco di plastica da collegare opportunamente all'albero motore in modo che ruoti;
un pacco batterie, oppure in alternativa un alimentatore (con trasformatore) a 16[V] di uscita, usato nel modellismo dei treni;
un potenziometro (con raddrizzatore da corrente alternata a continua), ad esempio usato nel modellismo dei treni, con uscita da 0 a 13[V] (figura 2 immagine di sinistra), oppure in alternativa un potenziometro e un raddrizzatore di corrente;
un tachimetro per biciclette (dotato di sensore di distanza, figura 2 immagine di destra), oppure in alternativa un sensore che fornisca in uscita la velocità di rotazione;
forbici da elettricista, cacciavite, morsetti, cavi elettrici adeguati.
Figura 2 riporta le immagini del potenziometro e del tachimetro.
Figura 2: potenziometro a sinistra e tachimetro a destra
Prerequisiti necessari
Conoscere il concetto di differenza di potenziale elettrico;
conoscere i circuiti elettrici;
conoscere la 1° e 2° Legge di Ohm;
saper calcolare gli equivalenti di resistenze in serie o in parallelo;
potenziometro;
conoscere il trasformatore, il raddrizzatore, motore a corrente continua;
saper utilizzare il tester
avere manualità nell'assemblaggio di un semplice circuito elettrico con elementi in serie.
Obiettivi di apprendimento
Acquisire esperienza di montaggio di un semplice circuito elettrico, con il collegamento in serie dei cavi elettrici all'alimentatore e al potenziometro;
saper utilizzare un potenziometro, con la misurazione delle diverse differenze di potenziale tramite il tester;
impratichirsi nel montaggio e nell'uso di un sensore, nella soluzione di problemi connessi con il montaggio e l'allineamento del sensore, nella taratura e valutazione critica delle misure effettuate tramite l'odometro;
saper realizzare e caratterizzare uno strumento composito, finalizzato ad esecuzione di esperienze sul moto circolare.
Dotazioni di sicurezza
Adeguate all'uso (molto limitato) della corrente elettrica
Svolgimento
Realizzazione
L'esecuzione dell'esperimento richiede che gli studenti possano usufruire di un tavolo di lavoro, e di prese elettriche vicine ad esso.
Si richiede dapprima di considerare il giradischi nel suo insieme per:
staccare da esso gli elementi inessenziali: il braccio e la puntina di lettura;
mantenere i suoi elementi essenziali: la piastra e il motore a cc;
costruire il circuito voluto, collegando al motore, con collegamento in serie, il potenziometro (come da schema presentato in Attività), il quale collega anche il circuito alla rete elettrica.
Successivamente:
smontare il giradischi e mantenere la piastra, il motore e i suoi cavetti di collegamento elettrico;
collegare in serie il motore a cc al potenziometro, eventualmente utilizzando morsetti;
collegare il potenziometro all'alimentatore;
solo nel momento dell'uso collegare l'alimentatore alla presa di corrente;
Per l'uso: girare lentamente la manopola del potenziometro, ottenendo velocità di rotazione crescenti della piastra; ruotarla in senso opposto per rallentarla e fermarla;
tarare la piastra, effettuando prove di uscita dal potenziometro con il tester, e misurando le velocità in uscita dall'odometro per diverse posizioni della manopola del potenziometro.
Figura 3 mostra il circuito assemblato, dalla base della piastra e la piastra rotante.
Figura 3: circuito assemblato e piastra rotante
Note
L'odometro (conta km per bicicletta) fornisce un valore di velocità lineare (Km/h) utilizzando la frequenza degli impulsi sul sensore e il raggio della ruota. E' sicuramente istruttivo utilizzare il manuale dell'odometro per determinare i fattori di conversione e, dalla velocità fornita dall'odometro ottenere i valori di frequenza (giri /s) e velocità angolare (rad/s).
Il sensore dell'odometro è costituito da un magnete (sulla piastra) e una spira fissa che invia un impulso di corrente al circuito di lettura quando il magnete passa in prossimità. Utilizzando un oscilloscopio è possibile visualizzare gli impulsi del sensore.
Note e storia
L'uso del giradischi può fornire l'occasione all'insegnante per richiedere agli alunni di effettuare una ricerca (teorica e storica) sul grammofono, e più in generale sui meccanismi di incisione e riproduzione.
Il sensore sfrutta le leggi dell'induzione elettromagnetica e può essere utilizzato per esercitazioni del V anno.
Bibliografia
Per la descrizione di circuiti elettrici:
videi su YouTube di Vito Barone: Il Tester I e II parte, Tensione e corrente, Il potenziometro, Resistenze in serie;
video su YouTube sul Motore elettrico di ENIscuola.net;
