ElettricitÀ

L'elettricità è l'insieme dei fenomeni prodotti dalla carica elettrica, una proprietà di alcune particelle che costituiscono la materia. Esistono cariche positive e negative. Fra esse si esercitano forze attrattive quando hanno segni diversi, altrimenti le forze sono repulsive (cariche dello stesso segno si respingono e cariche di segno opposto di attraggono).

La carica elettrica è una proprietà di alcune particelle che costituiscono l'atomo (protoni e i neutroni nel nucleo dell'atomo e gli elettroni al suo esterno). Soltanto i protoni e gli elettroni possiedono carica elettrica. La carica di queste particelle è di tipo diverso: si chiama positiva quella posseduta dai protoni, negativa quella posseduta dagli elettroni, secondo una convenzione introdotta nel Settecento dallo scienziato e uomo politico americano Benjamin Franklin.

Già gli antichi Greci avevano osservato che si poteva strofinare con un pezzo di pelliccia l'ambra (una resina fossile usata oggi come gioiello) affinché questa acquistasse la proprietà di attrarre oggetti piccoli e leggeri, come fili o piume (Vedi PULCI ELETTRICHE nel Museo di Tore). I fenomeni elettrici sono quindi noti agli esseri umani da oltre duemila anni, ma soltanto tre secoli fa ha avuto inizio lo studio scientifico dell'elettricità.

Generalmente tutti i corpi (diversi oggetti) hanno un numero di cariche positive e negative in quantità uguale, per cui sono detti neutri (per intenderci, quando si strofina un panno di lana su un pezzetto di plastica, come una penna per esempio, si induce una differenza di carica, poiché con questo strofinio strappiamo letteralmente delle cariche elettriche da un corpo, rendendolo elettricamente carico ed in grado di attrarre oggetti, vedi PULCI ELETTRICHE, nel Museo di Tore).

Quando si riesce ad indurre le cariche a muoversi in una certa definita direzione tutte insieme (come in un filo di rame attaccato ad una batteria per esempio) si parla di flusso di cariche elettriche che costituisce in sostanza una corrente elettrica.

I materiali che conducono l'elettricità sono definiti conduttori (come i metalli quali il rame, l'alluminio, lo zinco): questi hanno generalmente degli atomi con degli elettroni debolmente legati al nucleo, per cui si riesce a farli spostare con relativa facilità. Se un materiale é costituito da atomi i cui elettroni sono fortemente legati al nucleo, allora sarà più difficile che essi conducano elettricità e si parla quindi di isolanti (come il legno per esempio).

Anche il corpo umano é un conduttore di elettricità: attraverso di esso infatti può scorrere un flusso di corrente elettrica addirittura misurabile! (Vedi BATTERIA A MANO nel Museo di Tore e PARETE MUSICALE nel Giardino di Tore)

Referenze e Approfondimenti

Exhibit del Museo di Tore l'Inventore

Exhibit del Giardino di Tore l'Inventore

Pulci elettriche

Descrizione funzionamento

Strofina vigorosamente il panno di lana sul vetro per alcuni secondi e osserva il comportamento delle "pulci" (frammenti di polistirolo e trucioli di legno). Essi salteranno verso l'alto e si attaccheranno al vetro. Strofinando panni di diversa natura si otterranno risultati diversi.

Finalità educative

Gli oggetti fatti con materiali isolanti si caricano continuamente di elettricità statica, cioè caratterizzata da cariche ferme, per il semplice fatto che si muovono all'interno dell'aria o perché vengono strofinati l'uno all'altro. L'accumulo di queste cariche provoca lo spostamento di cariche positive per induzione sui pezzi di polistirolo e sui trucioli, i quali tenderanno ad avvicinarsi alla lastra elettrizzata negativamente dal panno di lana.

Approfondimenti

L’elettricità statica è un fenomeno superficiale che viene generato quando due o più superfici vengono a contatto tra di loro e vengono di nuovo separate. Questo causa una specie di divisione, o un trasferimento di elettroni negativi da un atomo all’altro. Il livello di carica (forza del campo) è dipendente da un numero di fattori: il materiale e le sue proprietà fisiche ed elettriche, la temperatura, l’umidità, la pressione e la velocità di separazione. Maggiore è la pressione o la velocità di separazione, maggiore sarà la carica.

Tutti i materiali sono fatti da atomi. L’atomo è la più piccola particella di materia che mantiene ancora le proprietà del materiale. Ogni atomo è composto da un nucleo caricato positivamente attorno al quale si muovono uno o più elettroni. In uno stato ideale, la carica positiva del nucleo è uguale alla somma delle cariche negative degli elettroni che si muovono attorno al nucleo stesso. Quindi la carica è neutrale. Se il nucleo perde o acquista elettroni, si provoca uno sbilanciamento. L’atomo che ha perso uno o più elettroni ha quindi una carica positiva, e l’atomo che ha guadagnato uno o più elettroni ha una carica negativa e viene chiamato ione. Ci sono solo due tipi di carica: positiva e negativa. Gli atomi con la stessa carica si respingono tra di loro, mentre quelli con la carica opposta sono attratti tra di loro.

La carica è maggiore durante i mesi invernali a causa della bassa umidità. Quando l’umidità relativa è alta, molti materiali possono assorbire del bagnato, facendo diventare la superficie semiconduttiva. La carica statica rimarrà bassa o addirittura scomparirà completamente come risultato della superficie (semi) conduttiva.

Credits

Per ulteriori approfondimenti:

Per generare l’elettricità statica ti invitiamo a consultare:

Batteria a mano

Descrizione

Poggia una mano sulla lastra di rame e l'altra su una diversa lastra di metallo. Nota che l'ago dell'amperometro si sposta dallo zero, segnalando un flusso di corrente elettrica. Tieni una mano sulla lastra di rame e sposta l'altra su lastre di natura diversa e otterrai flussi di intensità diversa. Si possono anche inumidire le mani per facilitare il passaggio della corrente.

Finalità educative

Il sottile strato di sudore normalmente presente sulla pelle reagisce con i metalli delle piastre. Questo produce un aumento di cariche negative in una piastra e una diminuzione nell'altra. Questa differenza di cariche produce un passaggio delle stesse da un piastra all'altra e ciò fa muovere l'ago dell'amperometro che ne misura il flusso.

Approfondimenti

In natura esistono due forme di carica elettrica: quella negativa e quella positiva. Queste due cariche si attraggono fra loro, mentre gli stessi tipi di cariche si respingono. Ci sono due modi per elettrizzare un oggetto: per strofinio o induzione. L'elettrizzazione per strofinio avviene quando un oggetto composto da una sostanza che ha delle determinate capacità elettriche viene strofinato contro un altro e le cariche negative passano da un corpo all'altro. In seguito, se si avvicina l'oggetto carico negativamente ad un oggetto leggero il primo attira a sé il secondo. Non tutti gli oggetti però hanno questa capacità, ad esempio i metalli al contrario della plastica non possono attirare nessun oggetto. L'elettrizzazione per induzione avviene quando un oggetto elettricamente neutro si trova all'interno di un campo elettrico: le cariche all'interno si ridistribuiscono in base all'oggetto che avvicini. Se avvicini un oggetto carico negativamente, le cariche negative interne al campo elettrico vengono respinte mentre quelle positive vengono attratte e i due oggetti si attirano. Se invece avvicini un oggetto carico positivamente avviene il contrario: le cariche positive vengono respinte mentre le cariche negative vengono attratte. Il campo elettrico è dovuto a un oggetto elettrizzato che attorno a sé crea una forza elettrica pronta ad agire su altri oggetti.

Nel Novecento alcuni fisici scoprirono che gli atomi, le particelle che compongono la materia, sono formati da particelle ancora più piccole. In particolare, vicino al nucleo degli atomi ci sono gli elettroni, che determinano il comportamento chimico degli elementi e trasportano l'elettricità. Gli elettroni sono carichi negativamente mentre i protoni sono carichi positivamente. Solo gli elettroni sono in grado di muoversi e trasportare elettricità mentre i protoni non hanno libertà di movimento. Gli elettroni però non si muovono con facilità in tutti gli oggetti. Per questo gli oggetti vengono classificati in due categorie: isolanti e conduttori. Negli isolanti le cariche elettriche si muovono con difficoltà (alcuni esempi sono: la plastica, il vetro, il legno, la ceramica e la gomma). Nei conduttori le cariche elettriche si spostano con facilità come i metalli, la Terra e il nostro corpo. I fenomeni elettrici dovuti all'induzione o allo strofinio sono fenomeni elettrostatici cioè derivano da un accumulo di cariche elettriche ferme. Nella vita di tutti i giorni però usiamo cariche elettriche in movimento: la corrente elettrica. La corrente elettrica si ha quando un conduttore è percorso da un flusso di elettroni. Per avere un flusso di elettroni ci deve essere una differenza di potenziale elettrico, detta anche tensione elettrica. Il potenziale elettrico dipende da quante carice elettriche sono accumulate in un oggetto. Quando c'è la tensione elettrica gli elettroni all'interno di un conduttore si spostano per cercare di annullare questa differenza e si ha la corrente elettrica.

Credits

Per ulteriori approfondimenti:

Per costruire una pila ti consigliamo di consultare:

Parete musicale

La musica attraverso... te!

Descrizione funzionamento

  • Scegli con l'interruttore se ascoltare la tua musica o la radio dell'exhibit. Premi il pulsante per far partire la musica della radio, oppure inserisci il cavo nel tuo telefono/lettore mp3. Senti qualcosa?
  • Prova ora ad afferrare contemporaneamente le maniglie di metallo con le tue mani. Senti qualcosa?
  • Provate a piú persone, prendendovi la mano e poi chiudendo il cerchio afferrando le maniglie.

Cosa succede?

Le due maniglie di metallo sono come le estremitá di un circuito elettrico: se questi non sono collegati, la corrente elettrica non passa e non si sente nulla. Appena toccate le due maniglie contemporaneamente chiudete il circuito e potete ascoltare la musica. La corrente elettrica infatti si propaga attraverso il vostro corpo, perché questo é un buon conduttore di elettricitá. La stessa cosa avviene quando siete in piú persone: semplicemente la corrente elettrica passa attraverso tutti voi.

Appena vi "disconnettete" (per esempio lasciando la mano di un/a compagno/a) la corrente elettrica non passa piú e non si sente piú la musica. IMPORTANTE: la corrente elettrica di questo circuito che attraversa il vostro corpo é molto limitata e non danneggia in alcun modo i vostri organi.

PERICOLO: NON FATE MAI esperimenti in casa con le prese elettriche o altri apparecchi: essi usano la corrente che viene erogata dalle grandi centrali elettriche: se mai questa corrente dovesse attraversare il vostro corpo... restereste fulminati!

Il presente progetto è cofinanziato con il sostegno della Fondazione CON IL SUD.