2. L’elettrizzazione

2 L’elettrizzazione Lo strofinio non è l’unico modo di elettrizzare un corpo. Hai visto infatti che la plastica e il vetro elettrizzati attraggono i pezzetti di carta a cui sono avvicinati perché si generano forze elettriche. Quindi si può pensare che i corpi che hanno accumulato elettricità possono a loro volta elettrizzare altri corpi. Quali altri tipi di elettrizzazione esistono, oltre allo strofinio?Hai già imparato che la bacchetta di vetro elettrizzata per strofinio si carica positivamente; quando viene avvicinata ai pezzetti di carta, senza toccarli, provoca la separazione delle cariche nella carta ( 11 ). Gli elettroni della carta sul lato vicino alla bacchetta vengono attratti dalle cariche positive della bacchetta e le forze elettriche riescono a vincere il peso dei pezzetti di carta che si attaccano alla bacchetta stessa. Questo tipo di elettrizzazione è detto per induzione: il corpo elettrizzato (induttore) viene avvicinato a corpo non elettrizzato (indotto), senza che tra i due vi sia contatto. Un corpo induttore può elettrizzare un corpo indotto, anche se è carico negativamente. Se invece la bacchetta di vetro elettrizzata tocca un corpo elettricamente neutro, come una pallina di polistirolo (12 ), un certo numero di elettroni passa dalla pallina alla bacchetta. A questo punto entrambi i corpi sono carichi positivamente e perciò si respingono. Questo tipo di elettrizzazione viene detto per contatto. Analizza Che cosa avviene nel pezzetto di carta? Perché? Che cosa succederebbe se si usasse un induttore carico negativamente? Che cosa avviene nel contatto tra bacchetta elettrizzata e pallina? HAI CAPITO CHE... Oltre che per strofinio, l’elettrizzazione può avvenire anche per induzione o per contatto. Tutti i corpi possono essere elettrizzati? Prova a elettrizzare strofinando due forchette, una interamente di metallo e una con l’impugnatura di plastica, poi avvicinale ai pezzetti di carta. - La forchetta di metallo non attira i pezzetti di carta perché il metallo di cui è fatta trasmette le cariche al tuo corpo disperdendole. Si dice che il metallo è un conduttore elettrico (13 ). - La forchetta con impugnatura di plastica attira i pezzetti di carta. Ciò accade perché la plastica non lascia passare le cariche elettriche; si dice che la plastica è un isolante elettrico (14 ). In un conduttore elettrico gli elettroni più lontani dal nucleo sono liberi di muoversi e tendono a passare nei corpi con cui entrano in contatto generando una scarica elettrica. L’energia usata per elettrizzare il corpo viene così trasformata in luce e calore. Se le cariche negative in movimento sono poche, non si hanno effetti evidenti; se sono molte si hanno fenomeni percepibili. In un isolante elettrico, gli elettroni sono tutti legati fortemente al nucleo e non possono spostarsi. Sono conduttori tutti i metalli, in special modo l’argento, il rame, l’oro, le soluzioni saline, l’acqua, gli organismi viventi. Sono isolanti la plastica, il vetro, la gomma, i grassi, la lana, la seta e il legno. A questo punto avrai certamente capito perché le spine della corrente elettrica sono fatte di materiale isolante ma i cilindretti che si infilano nella presa sono di metallo. Analizza Che cosa succede nei due casi? Perché? HAI CAPITO CHE... Nei conduttori gli elettroni più lontani dal nucleo sono liberi di muoversi e tendono a passare nei corpi con cui entrano in contatto. Negli isolanti gli elettroni sono fortemente legati al nucleo e non possono spostarsi. Come spiegare i fenomeni elettrici descritti all’inizio di questa unità? I capelli elettrizzati dal passaggio ripetuto di una spazzola di plastica si possono spiegare con lo strofinio: parte degli elettroni dei capelli si trasferiscono sulla spazzola; i capelli risultano quindi tutti caricati di elettricità positiva, si respingono tra loro distanziandosi e sollevandosi (15 ). L’automobile viaggiando sulla strada, a causa dello strofinio delle ruote sull’asfalto, accumula elettricità che si trasmette anche ai passeggeri per contatto. In particolari condizioni di aria secca e se porti le scarpe con la suola fatta di isolante elettrico, come la gomma, quando scendi dall’auto e tocchi la maniglia della portiera o un altro corpo conduttore, ricevi una piccola scossa. L’elettricità accumulata viene così scaricata (16 ). Si sa che l’aria è carica di elettricità anche quando il tempo è bello, ma sull’origine dei fulmini gli scienziati non sono tutti d’accordo (17 ). Secondo un’ipotesi le gocce d’acqua in una nube temporalesca sono in continuo movimento e si caricano elettricamente per strofinio. Le cariche positive si dispongono nella parte alta della nube e le cariche negative nella parte bassa; il terreno sottostante si carica positivamente per induzione e può svilupparsi una scintilla elettrica che procede a zig-zag e si scarica a terra, il fulmine. >> VERSO LE COMPETENZE Spiega perché… …se strofini una bacchetta di metallo con un panno, essa si carica di elettricità, ma se la avvicini a dei pezzetti di carta, non li attira. >> LABORATORIO Esegui il seguente esperimento e scrivine i risultati spiegando il perché del fenomeno. Materiali cacciavite - pezzetti di carta - panno di lana Esecuzione a. Strofina la punta del cacciavite con il panno di lana. b. Avvicina la punta del cacciavite ai pezzetti di carta, tenendolo per il manico ( 1 ). c. Ripeti la prova tenendo il cacciavite in modo che un tuo dito tocchi la punta metallica e osserva ( 2 ). Risultati Costruisci le tue competenze Costruisci un elettroscopio e verifica l’elettrizzazione per contattoL’elettroscopio è uno strumento che permette di verificare la presenza di elettricità in alcuni oggetti. Puoi costruirne uno con semplici materiali.Utilizzando l’elettroscopio puoi sperimentare e verificare come i corpi si possono caricare elettricamente per contatto.Prova tuMaterialiPer la fase 1Per costruire l’elettroscopio: una bottiglia con il collo largo (ad esempio una beuta da laboratorio) - un tappo di sughero o di gomma - filo di ferro - una laminetta di alluminio piuttosto lunga (ritagliata da quello utilizzato per avvolgere e conservare gli alimenti).Per la fase 2Per eseguire l’esperimento: elettroscopio appena costruito - bacchetta di plastica o di vetro - panno di lana.EsecuzioneFase 1a. Inserisci il filo di ferro nel tappo e piegane la punta ad angolo retto.b. Sulla punta piegata del filo di ferro appoggia la laminetta di alluminio, piegata in due.c. Chiudi il recipiente con il tappo.Fase 2d. Tocca con la bacchetta l’estremità del filo di ferro che sporge dall’elettroscopio.e. Osserva la laminetta di alluminio.f. Strofina la bacchetta con il panno quindi tocca il filo di ferro.g. Osserva.Risultati- Le lamelle dell’elettroscopio si muovono solo se la bacchetta è stata .............................………… perché ricevono cariche dello stesso segno/di segno diverso.- Puoi dedurre che l’elettricità arriva alle …………............................... passando attraverso ...- Perché dopo qualche istante le lamelle si riavvicinano?
2 L’elettrizzazione Lo strofinio non è l’unico modo di elettrizzare un corpo. Hai visto infatti che la plastica e il vetro elettrizzati attraggono i pezzetti di carta a cui sono avvicinati perché si generano forze elettriche. Quindi si può pensare che i corpi che hanno accumulato elettricità possono a loro volta elettrizzare altri corpi. Quali altri tipi di elettrizzazione esistono, oltre allo strofinio?Hai già imparato che la bacchetta di vetro elettrizzata per strofinio si carica positivamente; quando viene avvicinata ai pezzetti di carta, senza toccarli, provoca la separazione delle cariche nella carta ( 11 ). Gli elettroni della carta sul lato vicino alla bacchetta vengono attratti dalle cariche positive della bacchetta e le forze elettriche riescono a vincere il peso dei pezzetti di carta che si attaccano alla bacchetta stessa. Questo tipo di elettrizzazione è detto per induzione: il corpo elettrizzato (induttore) viene avvicinato a corpo non elettrizzato (indotto), senza che tra i due vi sia contatto. Un corpo induttore può elettrizzare un corpo indotto, anche se è carico negativamente. Se invece la bacchetta di vetro elettrizzata tocca un corpo elettricamente neutro, come una pallina di polistirolo (12 ), un certo numero di elettroni passa dalla pallina alla bacchetta. A questo punto entrambi i corpi sono carichi positivamente e perciò si respingono. Questo tipo di elettrizzazione viene detto per contatto. Analizza Che cosa avviene nel pezzetto di carta? Perché? Che cosa succederebbe se si usasse un induttore carico negativamente? Che cosa avviene nel contatto tra bacchetta elettrizzata e pallina? HAI CAPITO CHE... Oltre che per strofinio, l’elettrizzazione può avvenire anche per induzione o per contatto. Tutti i corpi possono essere elettrizzati? Prova a elettrizzare strofinando due forchette, una interamente di metallo e una con l’impugnatura di plastica, poi avvicinale ai pezzetti di carta. - La forchetta di metallo non attira i pezzetti di carta perché il metallo di cui è fatta trasmette le cariche al tuo corpo disperdendole. Si dice che il metallo è un conduttore elettrico (13 ). - La forchetta con impugnatura di plastica attira i pezzetti di carta. Ciò accade perché la plastica non lascia passare le cariche elettriche; si dice che la plastica è un isolante elettrico (14 ). In un conduttore elettrico gli elettroni più lontani dal nucleo sono liberi di muoversi e tendono a passare nei corpi con cui entrano in contatto generando una scarica elettrica. L’energia usata per elettrizzare il corpo viene così trasformata in luce e calore. Se le cariche negative in movimento sono poche, non si hanno effetti evidenti; se sono molte si hanno fenomeni percepibili. In un isolante elettrico, gli elettroni sono tutti legati fortemente al nucleo e non possono spostarsi. Sono conduttori tutti i metalli, in special modo l’argento, il rame, l’oro, le soluzioni saline, l’acqua, gli organismi viventi. Sono isolanti la plastica, il vetro, la gomma, i grassi, la lana, la seta e il legno. A questo punto avrai certamente capito perché le spine della corrente elettrica sono fatte di materiale isolante ma i cilindretti che si infilano nella presa sono di metallo. Analizza Che cosa succede nei due casi? Perché? HAI CAPITO CHE... Nei conduttori gli elettroni più lontani dal nucleo sono liberi di muoversi e tendono a passare nei corpi con cui entrano in contatto. Negli isolanti gli elettroni sono fortemente legati al nucleo e non possono spostarsi. Come spiegare i fenomeni elettrici descritti all’inizio di questa unità? I capelli elettrizzati dal passaggio ripetuto di una spazzola di plastica si possono spiegare con lo strofinio: parte degli elettroni dei capelli si trasferiscono sulla spazzola; i capelli risultano quindi tutti caricati di elettricità positiva, si respingono tra loro distanziandosi e sollevandosi (15 ). L’automobile viaggiando sulla strada, a causa dello strofinio delle ruote sull’asfalto, accumula elettricità che si trasmette anche ai passeggeri per contatto. In particolari condizioni di aria secca e se porti le scarpe con la suola fatta di isolante elettrico, come la gomma, quando scendi dall’auto e tocchi la maniglia della portiera o un altro corpo conduttore, ricevi una piccola scossa. L’elettricità accumulata viene così scaricata (16 ). Si sa che l’aria è carica di elettricità anche quando il tempo è bello, ma sull’origine dei fulmini gli scienziati non sono tutti d’accordo (17 ). Secondo un’ipotesi le gocce d’acqua in una nube temporalesca sono in continuo movimento e si caricano elettricamente per strofinio. Le cariche positive si dispongono nella parte alta della nube e le cariche negative nella parte bassa; il terreno sottostante si carica positivamente per induzione e può svilupparsi una scintilla elettrica che procede a zig-zag e si scarica a terra, il fulmine. >> VERSO LE COMPETENZE Spiega perché… …se strofini una bacchetta di metallo con un panno, essa si carica di elettricità, ma se la avvicini a dei pezzetti di carta, non li attira. >> LABORATORIO Esegui il seguente esperimento e scrivine i risultati spiegando il perché del fenomeno. Materiali cacciavite - pezzetti di carta - panno di lana Esecuzione a. Strofina la punta del cacciavite con il panno di lana. b. Avvicina la punta del cacciavite ai pezzetti di carta, tenendolo per il manico ( 1 ). c. Ripeti la prova tenendo il cacciavite in modo che un tuo dito tocchi la punta metallica e osserva ( 2 ). Risultati Costruisci le tue competenze Costruisci un elettroscopio e verifica l’elettrizzazione per contattoL’elettroscopio è uno strumento che permette di verificare la presenza di elettricità in alcuni oggetti. Puoi costruirne uno con semplici materiali.Utilizzando l’elettroscopio puoi sperimentare e verificare come i corpi si possono caricare elettricamente per contatto.Prova tuMaterialiPer la fase 1Per costruire l’elettroscopio: una bottiglia con il collo largo (ad esempio una beuta da laboratorio) - un tappo di sughero o di gomma - filo di ferro - una laminetta di alluminio piuttosto lunga (ritagliata da quello utilizzato per avvolgere e conservare gli alimenti).Per la fase 2Per eseguire l’esperimento: elettroscopio appena costruito - bacchetta di plastica o di vetro - panno di lana.EsecuzioneFase 1a. Inserisci il filo di ferro nel tappo e piegane la punta ad angolo retto.b. Sulla punta piegata del filo di ferro appoggia la laminetta di alluminio, piegata in due.c. Chiudi il recipiente con il tappo.Fase 2d. Tocca con la bacchetta l’estremità del filo di ferro che sporge dall’elettroscopio.e. Osserva la laminetta di alluminio.f. Strofina la bacchetta con il panno quindi tocca il filo di ferro.g. Osserva.Risultati- Le lamelle dell’elettroscopio si muovono solo se la bacchetta è stata .............................………… perché ricevono cariche dello stesso segno/di segno diverso.- Puoi dedurre che l’elettricità arriva alle …………............................... passando attraverso ...- Perché dopo qualche istante le lamelle si riavvicinano?