presentazione esperienze di laboratorio di fisica innovative

1. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi
Fabiano Tombolini
e la 5 B l.s.a.
marco.anselmi@itiscastelfidardo.it
fabiano.tombolini@gmail.com
Tablet school 2016
Ancona 12 febbraio
“ESPERIENZE NELLA
DIDATTICA DELLA FISICA”

2. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un possibile approccio: SIMULAZIONE
Dal fornitissimo sito di Paul Falstad
Migliaia di righe di codice, che usano
la stessa conoscenza che voglio dimostrare..
TAUTOLOGIA ?

3. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un Laboratorio in TASCA
Un cellulare android di fascia media possiede:
•Accelerometro a tre assi, 50 campioni per secondo
•Magnetometro a tre assi
•Sensore di luminositá
•Macchina fotografica in grado di vedere gli infrarossi
•Sensore di prossimitá
Molti di questi strumenti NON sono presenti
nei laboratori di fisica delle nostre scuole!

4. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
App gratuite utilizzabili - BYOD
Screenshoot di app per la MISURA del campo magnetico

5. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Possibilitá di creare APP – CODING!
Utilizzando Appinventor si possono realizzare app per Android
In grado di acquisire i sensori di bordo dei celllulari
Appinventor ha un ambiente molto simile a Scratch

6. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Esempio di UNITÁ DIDATTICA
Elettromagnetismo
V Liceo Scientifico
Opzione Scienze Applicate

7. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un po’ di TEORIA
Hans Christian Oersted
1777-1851
Nel 1820 Oersted scoprì
casualmente che nelle vicinanze
di un filo percorso da corrente
l’ago di una bussola si orienta
perpendicolarmente al filo stesso
Faraday, dopo aver ripetuto questo esperimento, scoprì che
un filo percorso da corrente, oltre a influenzare un ago
magnetizzato, può a sua volta essere influenzato da una
calamita
Ampère ipotizzò che tutti i fenomeni magnetici fossero
dovuti a correnti elettriche: il magnetismo naturale delle
calamite poteva essere spiegato da correnti
microscopiche circolanti in essi
Michael Faraday
1791-1867
André-Marie Ampère
1775-1836

8. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un po’ di TEORIA
Il vettore campo magnetico è indicato con la lettera B.
Esso può essere rappresentato con le linee di forza, grossolanamente indicate
dalla limatura di ferro ed è definito tramite la forza che esso esercita su un “filo
rettilineo indefinito”, ovvero un filo molto lungo e sottile in cui circola una data
corrente di intensità nota
La direzione del vettore campo magnetico è quella indicata da un ago
magnetico libero di orientarsi sotto l’azione del campo magnetico stesso
NORD
Il verso del campo magnetico è quello indicato dal polo nord dell’ago
magnetico

9. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un po’ di TEORIA
Li
F
B

 L’intensità del campo magnetico è, per definizione, il rapporto tra la
forza agente sul filo e il prodotto di lunghezza per intensità di corrente
mA
N
Ttesla
11
1
)(1


Se un filo è lungo un metro, vi circola una corrente di un ampère, e
risulta soggetto ad una forza di un newton, allora il campo magnetico
in cui è immerso ha intensità un Tesla
Il campo magnetico terrestre varia da 0,02 a 0,07 mT

10. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un po’ di TEORIA
Jean-Baptiste Biot
(1774-1882)
Felix Savart
(1791-1841) Filo rettilineo percorso da corrente
Le linee di forza del campo
magnetico generato da un filo
rettilineo indefinito percorso da
corrente sono anelli concentrici al filo
che giacciono su piani perpendicolari
al filo stesso.
r
i
B o


2

L’intensità del campo magnetico è direttamente proporzionale all’intensità
della corrente circolante nel filo e inversamente proporzionale alla distanza
(legge di Biot-Savart).
27
/104 ANo

  La costante μo si chiama permeabilità magnetica del vuoto

11. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Un po’ di TEORIA
l
NI
Bsol

 0
Il campo di una spira (filo circolare) non è uniforme, ma sull'asse
della spira il campo B ha direzione perpendicolare al piano della
spira (cioè parallela all'asse).
Il verso del campo è dato dalla regola
della mano destra
l'intensità del campo sull'asse nel
centro della spira è
Un solenoide è un avvolgimento di N spire di filo conduttore. Ciascuna spira è un circuito, quindi
assimilabile ad un dipolo magnetico L’intero solenoide si può pensare come assimilabile ad una
calamita di lunghezza l

12. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
COSTRUENDO l´attrezzatura sperimentale

13. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Ed ora si SPERIMENTA

14. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Proposta di laboratorio CODING+BYOD
Classe: 5°BLSA Data: 19/01/2016
Titolo: Dimostrazione del campo magnetico di un solenoide e l’azione di
materiali ferromagnetici e diamagnetici.
Obbiettivo + parte teorica: Riuscire a dimostrare che un solenoide
attraversato da corrente genera un campo magnetico esterno nullo, mentre
quello interno, il cui modulo è dato dalla formula è uniforme e parallelo
all’asse del solenoide. Inoltre se immettiamo all’interno del solenoide un
materiale ferromagnetico, noteremo un’ulteriore variazione del campo
magnetico. Questo accade perché il ferromagnetismo è la proprietà di alcuni
materiali di magnetizzarsi molto intensamente se inseriti all’interno di un
campo magnetico.

15. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Proposta di laboratorio CODING+BYOD
Materiale occorrente:
Generatore di differenza di potenziale
Bobina di rame
Bacchetta di vetro
Cavi
Resistenza (0.47 Ω)
Saldatore a stagno
Sensore campo magnetico (smartphone)
Magneti (lineare e a ferro di cavallo)
Punta di un trapano (acciaio HSS)
Bacchetta di rame
Bacchetta di alluminio
Procedimento:
Abbiamo creato un solenoide avvolgendo la bobina di rame attorno alla bacchetta di vetro
(N=40;l=0.07m)
Abbiamo saldato la resistenza da 0.47 Ω con il solenoide
Abbiamo collegato i cavi del generatore ai due capi del solenoide
Abbiamo impostato la differenza di potenziale a 19 V, quindi l’intensità di corrente sarà
Abbiamo osservato la variazione di campo magnetico nel nostro smartphone quando il
solenoide veniva avvicinato al sensore di campo magnetico
Abbiamo inserito nel solenoide una bacchetta di ferro, una di rame e una di alluminio.

16. IIS Osimo “Laeng” – Castelfidardo
Polo Scientifico Tecnologico
Marco Anselmi – Fabiano Tombolini 12/2/2016
Proposta di laboratorio CODING+BYOD
Osservazioni e calcoli:
I dati in nostro possesso dopo l’esperimento sono i seguenti:
B(i)=0.340 µT
B(max)=0.700 µT
B(min) ottenuta invertendo i cavi del generatore, quindi invertendo il flusso di corrente=0.175 µT
Da cio possiamo calcolare che la variazioe de campo magnetico è di 0.36 µT, se andiamo ad eseguire la
formula . Secondo i nostri calcoli il risultato non è proprio preciso ma è perfettamente comprensibile data
l’approssimativa precisione del nostro sensore e anche la forma imperfetta del solenoide.
Dopo ciò abbiamo provato ad inserire la punta del trapano di acciaio HSS all’interno del solenoide, e
abbiamo visto che il campo magnetico aumentava smisuratamente, arrivando anche al valore di 3.449 µT.
Questo è avvenuto perché il nostro è un materiale ferromagnetico, e quindi appena è stato inserito
all’interno del nostro campo magnetico si è fortemente magnetizzato facendo alzare immediatamente e
abbondantemente il livello del nostro sensore. Abbiamo provato la stessa cosa inserendo una bacchetta di
rame e una di alluminio, ma la variazione del campo magnetico è stata nulla, infatti i 2 sono materiali
diamagnetici, ossia presentano una forma di magnetismo molto debole di verso opposto a quella del
campo magnetico, ma data la debole natura di questa forza, i materiali diamagnetici sono comunemente
detti “non magnetici”. La nostra ultima prova è stata effettuata prendendo due magneti, uno a ferro di
cavallo e uno lineare. Avvicinando il primo il sensore avvertiva una variazione solo se il magnete era molto
vicino perché i due poli si annullavano a vicenda, mentre con il magnete lineare la variazione veniva
avvertita anche da una certa distanza ed era anche sensibilmente più grande.
Detto ciò, nei limiti della accuratezza degli strumenti e dell’errore umano, possiamo dire che l’esperimento è
riuscito.
dalla relazione di laboratorio di L. Saraceni