Il corso STEM “Sperimentazioni di fisica 5” previsto dal PNRR (Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza), svoltosi dal mese di gennaio a marzo presso il Telesi@, ha visto partecipi diversi studenti delle classi quinte ad indirizzo scientifico e classico, con l’intento di approfondire in laboratorio gli argomenti trattati nelle ore curriculari di Fisica.
Ogni lunedì dalle 14:00 alle 17:00 noi ragazzi, guidati dai professori Mario Del Prete e Bruna Varrone, abbiamo utilizzato gli strumenti del laboratorio di fisica, presso il plesso di via Caio Ponzio Telesino, sperimentando i principi fisici studiati.
L’approccio più diretto ed esplicativo, oltre a suscitare l’interesse di tutti, ha rappresentato un’occasione per il raggiungimento di una maggiore comprensione di quanto era stato presentato attraverso la teoria, rendendo così più nitidi ai nostri occhi quanto dapprima si celava dietro le sole formule.
Riteniamo che l’esperienza laboratoriale abbia rappresentato un tassello importante nel consolidamento di tutti quei concetti appresi durante gli anni di studio che, senza esperienza pratica, sarebbero rimasti confinati in formulazioni matematiche, prive di riscontro pratico e visivo.
Quanto vissuto è risultato essere una vera e propria “sperimentazione” del possibile percorso universitario che decideremo di intraprendere, chiarendo le idee ad alcuni studenti ancora indecisi sulle scelte future.
Durante i vari incontri, in base agli argomenti previsti nel programma scolastico del quinto anno, abbiamo trattato e svolto esperimenti nei seguenti campi:
- Elettrostatica
- Macchine elettrostatiche
- Elettroforo di Volta
- Circuiti elettrici
- Circuiti con resistenze in sere e in parallelo
- Misure con Voltmetri e Amperometri
- Verifica delle leggi di Ohm
- Oscilloscopio e generatore di onde
- Circuito RC alimentato con onda quadra
- Carica e scarica di un condensatore
- Campo magnetico
- Esperienza di Oersted, Faraday e di Ampere
- Motore elettrico
- Induzione elettromagnetica
- Alternatore
- Trasformatore
Riportiamo il funzionamento di alcune tra le apparecchiature più interessanti utilizzate…
La Macchina di Van Der Graaf
L’apparecchio è in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore e di generare un’alta tensione (fino a 10^9 V). All’interno della sfera è presente una cinghia di materiale isolante che, tramite un motore, scorre su due rulli. La cinghia viene caricata da un elettrodo a pettine e trasporta le cariche all’interno della sfera. Un altro pettine, collegato alla superficie interna della sfera, sfiora la cinghia neutralizzandola e caricando la superficie della sfera.
La cinghia, ora scarica, ritorna verso il basso, ricaricandosi mentre passa davanti al pettine inferiore.
Inoltre, se si avvicina un conduttore a massa alla sfera carica, si osserva una scarica che avviene in modo simile a un fulmine.
L’elettroforo di Volta
L’elettroforo di Volta è uno strumento inventato da Alessandro Volta, composto da una base isolante e da un piatto metallico con un manico isolante. Questo apparecchio permette di ottenere cariche elettriche per induzione che possono essere utilizzate per esperimenti scientifici. Per utilizzarlo, i passaggi sono i seguenti:
1) Elettrizzare la base isolante mediante strofinio (ad esempio, con un panno di lana).
2) Appoggiare il piatto metallico sulla base.
3) Toccare il piatto metallico con un dito: in questo modo, gli elettroni presenti sulla faccia superiore del piatto si allontanano, lasciando il piatto carico positivamente.
Il trasformatore
Il trasformatore è un
dispositivo che consente di modificare il valore della tensione e della corrente, in particolare per innalzare o abbassare la tensione nelle reti di distribuzione dell’energia elettrica.
È composto da un nucleo di ferro, che serve a concentrare e indirizzare le linee del campo magnetico, e da due bobine di filo conduttore: una bobina primaria e una secondaria. Quando una corrente alternata (CA) scorre nel circuito primario, essa genera un campo magnetico che varia nel tempo. Questo campo magnetico attraversa il nucleo di ferro e induce una corrente nel circuito secondario, seguendo il principio dell’induzione elettromagnetica. La quantità di tensione indotta nel circuito secondario dipende dal rapporto tra il numero di spire nelle due bobine.
Nel trasformatore che abbiamo utilizzato, il circuito primario era formato da 1600 spire, mentre quello secondario da 400 spire. Poiché il numero di spire nel circuito primario è maggiore, la tensione nel circuito secondario sarà ridotta rispetto a quella del primario. In generale, se il numero di spire nel primario è maggiore rispetto al secondario, il trasformatore abbassa la tensione; viceversa, se il numero di spire nel secondario è maggiore, la tensione viene aumentata.
L’Oscilloscopio e il generatore di onde nei circuiti
L’oscilloscopio è uno strumento che permette di visualizzare e analizzare la forma d’onda di un segnale elettrico in funzione del tempo. È composto da uno schermo, solitamente a cristalli liquidi, dove appare il grafico del segnale in ingresso, con l’asse orizzontale che rappresenta il tempo e l’asse verticale che rappresenta la tensione. Grazie all’oscilloscopio, è possibile osservare segnali periodici come onde sinusoidali o segnali non periodici, e determinare parametri come ampiezza, frequenza, e fase.
Il generatore di onde, invece, è uno strumento che produce segnali elettrici a frequenze e forme d’onda controllabili, come onde sinusoidali, quadre o triangolari. Viene utilizzato nei circuiti per testare il comportamento di altri componenti elettronici. Collegando il generatore di onde al circuito, si può analizzare la risposta del sistema a vari segnali e verificare il funzionamento corretto dei dispositivi.
La nostra esperienza si è basata proprio sul verificare la risposta dei circuiti, da noi costruiti sulle basette di prova, all’utilizzo di questi dispostivi, mediante l’impiego da altri strumenti (amperometro e voltmetro), in modo da constatarne le alterazioni fisiche provocate dal cambiamento dei parametri.
Esempio di quanto detto in precedenza è stata la verifica della “carica e scarica del condensatore” e l’osservazione sull’oscilloscopio del cosiddetto “dente di sega”.
In conclusione, noi tutti ci sentiamo molto soddisfatti dell’efficacia delle attvità che abbiamo svolto e, per questo motivo, riteniamo che intensificare le ore laboratoriali per le disipline scientifiche possa essere risolutivo nell’ottica di raggiungere una completa acquisizione dei concetti studiati dagli studenti.
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