Buongiorno oggi vi presento un esperimento che faccio fin dai primi anni di insegnamento (ed insegno da 8 anni alle superiori!): la visualizzazione indiretta delle linee di forza del campo elettrico.
L’esperimento è noto ed in bibliografia trovate diversi spunti sperimentali.
Anche se non si possiede un generatore elettrostatico ad alto voltaggio, tutti questi esperimenti posso essere realizzati con materiale povero, utilizzando materiale di risulta ed un elettroforo di Volta autocostruito (chiunque sia interessato mi contatti via mail)
Utilizziamo un generatore elettrostatico quale la macchina da Whimshurst e colleghiamo i due elettrodi all’interno di una vaschetta contenente olio di ricino. Disponiamo all’interno della vaschetta della farina di polenta (qualcuno usa anche il semolino) che servirà da marcatore per le linee di campo.
La macchina di Whimshurt serve per generare il campo elettrico (attraverso il collegamento diretto degli elettrodi, di carica opportuna, nella vaschetta).
Svolgimento ed analisi
Quando poniamo i due elettrodi all’interno della vaschetta, la farina di polenta si orienta lungo la direzione della forza elletrica (in questo esperimento non possiamo determinare il verso della forza)
Per eseguire al meglio la misura consiglio di seguire questi passaggi:
- Mescolare uniformemente la farina di polenta con l’olio di ricino (versare farina quanto basta)
- Avere uno strato di olio di ricino alto almeno 4 mm
- Non immergere direttamente gli elettrodi nell’olio di ricino ma collegarli a degli elettrodi che hanno alle estremità di forma note (a punta, cerchio etc.)
- Utilizzare una lente ed una lampadina per proiettare l’immagine sullo schermo
Di seguito alcune immagini che mostra le linee di forza di un monopolo elettrico, di un dipolo elettrico e di tre cariche elettriche.
Linee di forza di un monopolo elettrico (si noti che le linee sono radiali)
Linee di forza generate da un dipolo elettrico + e - (le linee sono state riprese nella fase iniziale, quando si stavano ancora orientando)
Qui linee di forze generato da una configurazione di due "cariche" dello stesso segno e una di segno opposto, poste ai vertici di un triangolo.
Le cariche elettriche si distribuiscono sulla superficie di un conduttore, il campo elettrico interno è nullo. In questa "gabbia di Faraday" la farina di polenta si orienta solo all'esterno del conduttore mentre all'interno resta ferma.
Tra i vari elettrodi da porre all'interno della vaschetta, questo è molto interessante perchè mostra il potere dispersivo delle punte (lo utilizzo per generare "vento elettrico" )
E’ possibile utilizzare al posto dell’olio di ricino anche altri liquidi, ma prima discutere con gli alunni il perché utilizzo l’olio di ricino (considerazioni su viscosità e conducibilità elettriche vanno fatte)
Gli esperimenti realizzabili con una macchina di Whimshurst sono notevoli e sicuramente ne riparleremo in un prossimo articolo!
Ps per riconoscere il verso e il segno delle cariche degli elettrodi vi consiglio di utilizzare un accendino ed osservare il verso della fiamma
Considerazioni sull'efficacia didattica
La visualizzazione delle linee di campo elettrico è decisamente un facilitatore iconico per i nostri studenti.
Il concetto di campo, seppur intuitivo, rimane un concetto astratto per i nostri alunni (da un mio questionario del 2012 emerge che l'80% dei miei studenti pur avendo appreso il concetto di campo, ha difficoltà a riconoscerlo in fenomeni reali e lo confonde con il concetto di forza).
La visualizzazione delle linee di campo (e la discussione sulle forze del campo stesso), permettono di poter chiarire diverse misconcezioni (tipo su chi e cosa crea il campo, sulla sua natura vettoriale o scalare, etc.)
Chiunque volesse cimentarsi con questo lavoro e voglia produrre delle schede didattiche da proporre ai miei studenti mi contatti!
Per qualsiasi dubbio, suggerimento, proposte di articoli scrivetemi ad Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.
Bibiliografia
http://www.liceoaristosseno.it/sito/set/LE%20LINEE%20DI%20FORZA_DI_CAMPI_ELETTRICI_E_MAGNETICI_3.htm
http://it.wikipedia.org/wiki/Macchina_di_Wimshurst
http://ospitiweb.indire.it/~ctps0002/html/attivit97/lineforz.html
https://www.lsgalilei.org/mediawiki/index.php/Linee_di_forza_del_campo_elettrico