L’esperimento consiste nel riprodurre la pila che Alessandro Volta inventò nel 1799 e nel verificarne poi il funzionamento mediante l’accensione di un led. Il nome ‘pila’ deriva dal fatto che essa è formata da una serie ripetuta di elementi impilati uno sull’altro.
Scheda esperimento
| Classi | 3° anno |
| Tipologia | Laboratorio povero |
| Durata | 2h |
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Scheda sintetica delle attività
Per realizzare la pila si sistemano uno sull’altro un dischetto di zinco e uno di rame, alternati da un dischetto di cotone idrofilo imbevuto di aceto di vino bianco. Grazie alle reazioni chimiche che avvengono tra il rame, lo zinco e l’aceto, tra ogni coppia di dischetti zinco-rame si genera una piccola differenza di potenziale elettrico. I contributi delle diverse coppie si sommano creando una differenza di potenziale maggiore alle due estremità.
Collegando con un filo conduttore i due dischetti finali della pila, uno di zinco e uno di rame, si genera una corrente elettrica continua che va sempre dallo zinco al rame e che ha intensità costante.
Risorse necessarie
- 10 rondelle di rame (anche monete da 0,5, 0,2 o 0,1 euro)
- 10 rondelle di zinco delle dimensioni di quelle di rame
- 10 dischetti di ovatta
- Aceto
- 1 led
- 2 connettori a coccodrillo
- 1 piattino
- Forbici.
Allegati
- Allegato 1 – Questionario di verifica dell’apprendimento
- Allegato 2 – Questionario di verifica dell’apprendimento – variante pila a limoni
Prerequisiti
- Conoscere la struttura dell’atomo
- Saper distinguere tra buoni e cattivi conduttori
- Conoscere i diversi metodi per elettrizzare un corpo
- Conoscere il concetto di differenza di potenziale
Obiettivi di apprendimento
- Conoscere la struttura di una pila
- Comprendere che una differenza di potenziale può generare una corrente
- Conoscere la diversa interpretazione del funzionamento della pila da parte di Volta e di Galvani
Dotazioni di sicurezza
Nessuna
Svolgimento
1. Tagliare i dischetti di ovatta in modo che abbiano le dimensioni delle rondelle di zinco e dei centesimi.
2. Imbibire l’ovatta nell’aceto.
3. Fare una pila disponendo alternativamente nel seguente modo (figura 1):
- una rondella di rame;
- un dischetto di ovatta imbevuta in aceto;
- una rondella di zinco e una rondella di rame;
- un dischetto di ovatta imbevuta in aceto;
- nuovamente una rondella di zinco e una di rame;
- terminare con una rondella di zinco.
4. Collegare i 2 cavetti di connessione rispettivamente al disco di rame che è in cima alla pila e al disco di zinco che è alla base della pila servendovi di connettori a coccodrillo (figura 2).
5. Fissare gli altri due estremi dei fili alle due polarità del led nel seguente modo:
- coccodrillo collegato al rame con la “gamba” lunga del led;
- coccodrillo collegato allo zinco con la “gamba” corta del led (figura 3).
Il led si accende!
L’esperimento si può concludere con un questionario di verifica dell’apprendimento (allegato 1).
Una variante interessante dell’esperimento è la realizzazione della “pila a limone”. In questo caso il materiale necessario consta di: 3 limoni; 6 rondelle di zinco; 6 monetine di rame da 2 o 5 centesimi; 6 connettori a coccodrillo (in alternativa usare strisce di carta stagnola e mollette di legno); 1 led e 1 coltello (figura 4).
Per realizzare questa variante si seguono i passaggi elencati.
1. Con il coltello tagliare i 3 limoni a metà in modo da ottenere sei mezzi limoni.
2. Incidere due tagli sulla sommità di ogni semisfera di limone ottenuta,
3. Inserire in ogni taglio un dischetto di zinco e uno di rame (video 1).
4. Disporre i limoni in fila in modo tale che si alternino la rondella di zinco a quella di rame (figura 5).
5. Collegare elettricamente le rondelle nella sequenza indicata: sul primo limone si collega un’estremità della striscia di alluminio alla rondella di zinco, l’altra rimane “libera”, un’altra striscia sarà collegata ad un ‘estremità con la rondella di rame e l’altra alla rondella di zinco di un secondo limone; procedere così fino ad esaurimento dei limoni; nell’ultimo limone la striscia di alluminio avrà una parte collegata alla moneta di rame ed una rimarrà libera (figura 6)
6. Collegare le estremità libere dei connettori o della carta stagnola con le gambe del led (la gamba corta allo zinco e la gamba lunga al rame e verificarne l’accensione (video 2).
L’esperimento si può concludere con il questionario di verifica dell’apprendimento (allegato 2).
Una ulteriore attività interessante da mostrare agli alunni è far vedere loro che il nostro corpo è capace di condurre la corrente elettrica. Allo scopo si può realizzare un semplice esperimento, per il quale sono necessari: una piastra di rame, (150 x 150 x 0,8 mm), una piastra di zinco (160 x 160 x 0,5 mm), due connettori a coccodrillo e un microamperometro per la misurazione di una corrente di circa 100 microampere. L’esperimento consiste in due passaggi:
- collegare le due piastre metalliche ai due poli dell’amperometro e osservare: l’amperometro non segna alcun passaggio di corrente;
- inumidire le mani e mettere una mano sulla piastra di zinco e l’altra sulla piastra di rame e osservare: l’amperometro adesso segna un certo passaggio di corrente (video 2).
Occorre precisare che essendo la corrente molto piccola e difficile da rilevare è bene che chi appoggia i palmi delle mani sulle piastre, abbia le suole delle scarpe di gomma in modo da non dissipare corrente elettrica.
Note e storia
La pila costruita da Alessandro Volta nel 1799 fu in assoluto il primo generatore di corrente elettrica, il primo strumento che permise di ottenere un moto continuo di cariche elettriche all’interno di un conduttore. Solo da quell’anno gli scienziati hanno potuto studiare gli effetti del cosiddetto «fluido elettrico».
L’interpretazione del fenomeno della genesi della differenza di potenziale nella coppia bimetallica e del suo sfruttamento nella soluzione elettrolitica, l’effetto Volta, fu al centro di una disputa tra lo scienziato bolognese Luigi Galvani e il comasco Alessandro Volta. Una interessante illustrazione sul dibatto tra Volta e Galvani è consultabile sul canale YouTube del SMA – Sistema Museale d’Ateneo Università di Pavia.
Galvani si accorse che i muscoli di una rana morta si contraevano se venivano toccati in particolare punti da un oggetto metallico. Questo lo portò ad immaginare l’esistenza di una “elettricità animale”, che si crea all’interno degli esseri viventi. Era forse l’elettricità a fare la differenza tra la vita e la morte?
Volta, invece, sosteneva che l’elettricità non fosse nelle rane, ma che arrivasse da fuori, generata dagli strumenti di metallo usati da Galvani durante gli esperimenti e questa convinzione lo portò all’invenzione della pila”.
Il fisico e fisiologo bolognese Giovanni Aldini, nipote di Luigi Galvani, è il maggiore divulgatore del fenomeno del «galvanismo»; nel 1803 pubblicò a Londra uno studio sul galvanismo intitolato “An account of the late improvements in Galvanism” nel quale asserisce che in determinate condizioni sarebbe possibile riportare in vita un cadavere mediante stimoli elettrici, una teoria che troverà poi spazio nel romanzo di Mary Shelley «Frankenstein».
Anche Galvani non aveva torto: oggi sappiamo che il corpo è in grado di generare elettricità. Si è scoperto, infatti, che il cuore si contrae grazie ad una piccola scarica elettrica originata dentro il cuore stesso.
Gli esperimenti di Galvani potevano sembrare strani e inutili all’epoca, ma è grazie a quelle conoscenze che hanno portato oggi allo sviluppo di pacemaker e defibrillatori, dispositivi che, mediante la corrente elettrica di una pila, stimolano il cuore, salvando la vita di milioni di persone nel mondo.
Bibliografia
- G. Bertini, P. Danise, E. Franchini: “Un solo pianeta”, Mursia Scuola Editore
Autori
Giovanna Bergamini, Scuola secondaria di I grado “F. Montanari”, Mirandola (MO)
Simona Meschiari, Scuola secondaria di primo grado “F. Montanari”, Mirandola (MO)
