L’induzione elettromagnetica è un fenomeno fisico. Si osserva che se il campo magnetico nelle vicinanze di un filo di rame chiuso (circuito elettrico) varia nel tempo, viene indotta una corrente elettrica (e quindi evidentemente una tensione) tra due punti del circuito: la variazione del campo magnetico nelle vicinanze del circuito (data dal movimento della calamita) si comporta come un generatore di tensione.
Il circuito che si va a studiare, infatti, è un circuito chiuso senza alcun generatore (né pile, né altri dispositivi…), eppure, grazie al movimento della calamita nelle sue vicinanze si osserva un passaggio di corrente che si può vedere (se si utilizzano piccole lampadine a led) o misurare (se si utilizza un amperometro, cioè un dispositivo adatto a rilevare il passaggio di corrente elettrica).
Questo fenomeno si può studiare in un laboratorio reale o con l’uso di applet java, cioè di ambienti di simulazione che permettono di interagire, misurare o almeno cogliere le variazioni conseguenti alle azioni che l’operatore esegue.
qui una foto in laboratorio ed un filmato esplicativo:
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Non sono state effettuate videoriprese in laboratorio, nel rispetto della privacy degli alunni, ma si sono, successivamente alla esperienza “dal vivo”, riesaminate le osservazioni esperite tramite l’uso dell’applet che qui si ripropone.
Qui di seguito il video (catturato a schermo) delle simulazioni svolte a supporto di ulteriori esplorazioni e per verifica e argomentazione di congetture.
Si può riproporre l’attività scaricando l’applet sul proprio pc (perché sia funzionante bisogna aver prima installato Java SDK)
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Esempi di domande e risposte degli studenti
Ricordi come abbiamo operato in laboratorio?
In laboratorio il fenomeno può essere osservato collegando una bobina (cioé un filo di rame che si avvolge su se stesso a formare tante spire) ad un amperometro e muovendo una calamita all’interno della bobina.
Il movimento della calamita è essenziale per determinare la variazione del campo magnetico?
Se il magnete è fermo, il campo magnetico c’è sempre, come si può osservare? avvicinando una piccola bussola, (oppure della limatura di ferro), ma non si osserva alcuna corrente.
Se invece la calamita viene mossa? si ha una variazione del campo magnetico nel tempo, che ha, come effetto l’insorgere di una corrente elettrica nel circuito, che viene misurata dall’amperometro.
In quali applicazioni si può usare questo effetto? Una applicazione immediata del fenomeno è nelle centrali idroelettriche. Una massa d’acqua mette in rotazione una turbina (collegata ad una grossa calamita) che è posta vicina ad una grossa bobina: così si generare una corrente elettrica. Si costruisce in questo modo un generatore di tensione.
Quale tipo di trasformazione di energia abbiamo ottenuto?
Il dispositivo ha trasformato l’energia idraulica (è l’energia potenziale meccanica posseduta dell’acqua che scende giù e mette in movimento le pale della turbina) in energia elettrica.
E in laboratorio, il movimento della calamita tramite le nostre mani, da cosa era fornito?Dalla energia fornita dai nostri muscoli: la forza che riusciamo a sviluppare ci viene fornita dal cibo. Così diciamo che il cibo contiene un’energia, che è un’energia potenziale chimica (che si trasforma con i processi che avvengono nel nostro organismo.
Ci sono altri generatori, più piccoli, che usiamo abitualmente? Ho mostrato il funzionamento della dinamo.
Non sono state utilizzate, nel corso dell’esperienza, delle schede che potessero costituire una guida prescrittiva circa le azioni da mettere in essere in laboratorio. Piuttosto, questa ricostruzione vuole essere una sorta di portfolio che testimonia un’esperienza vissuta dai ragazzi come protagonisti attivi.
A conclusione del percorso, si sono visti alcuni filmati e schede di approfondimento, che mostrano “in azione” alcuni dei concetti appresi, e le loro applicazioni.
Una tecnica utile nella visione dei filmati è stata quella di interrompere il filmato allorché c’erano elementi per avanzare ipotesi o trarre conclusioni: chiedendo all’alunno specificamente cosa si aspettava che accadesse e perché, si stimolava la capacità di congetturare e argomentare ma anche di osservare la rispondenza delle proprie aspettative con la spiegazione che seguiva.
ENERGIE: POTENZIALE, CINETICA, MECCANICA
Filmato: http://www.ovo.com/energie-cinetica-potenziale-meccanica/
L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA:
Filmato: http://www.raiscuola.rai.it/embed/l-induzione-elettromagnetica-la-scienza-per-concetti/9028/default.aspx
CENTRALI ELETTRICHE:
Filmato (centrali idroelettriche ed altre fonti di energia): http://www.ovo.com/idroelettrico/
Lettura (centrali idroelettriche e termoelettriche a confronto): http://www.educational.rai.it/corsiformazione/multimediascuola/esperienze/mito_macchina_movimento/ceccano/lemacchine/cele.htm