Esperimenti Scientifici per Bambini: Costruire un Orologio al Limone

Scoprire l'Elettricità

Esperimenti Scientifici per Bambini: Costruire un Orologio al Limone

Fanno parte di una generazione che cresce in un mondo sempre più attento all'ecologia, dove lampadine a basso consumo e auto ibride sono la norma. Costruire un orologio alimentato dall'energia degli agrumi non è solo un modo potente per rafforzare l'idea che esistono fonti energetiche alternative ovunque, ma anche un ottimo modo per imparare di più sull'elettricità e sui materiali conduttori. Si noti che l'uso di morsetti a coccodrillo è l'ideale per questo esperimento, ma si possono usare solo se i terminali nel vano batterie dell'orologio sono abbastanza grandi da essere afferrati. Se non lo sono, servirà nastro isolante per fissare i capi dei fili ai terminali.

Competenze Sviluppate

  • Metodo scientifico
  • Comprensione base del funzionamento dell'elettricità
  • Esplorazione dei materiali conduttori

Occorrente

  • 2 limoni grandi o altri agrumi
  • 3 fili di rame, circa 30 cm ciascuno
  • 2 monetine di rame o chiodi di rame
  • 2 chiodi zincati grandi (almeno 5 cm)
  • Orologio a batteria (che usa una sola pila e non ha cavo di rete)
  • 2 morsetti a coccodrillo (elettrici) o nastro isolante
  • Pila AA
  • Carta e matita
  • Pennarello indelebile

Scopriamo Elettricità, Elettroni e Batterie

  • Osservate insieme la pila AA: un'estremità ha il segno "+", l'altra "-". Sono i terminali positivo e negativo. Aprite il vano batterie dell'orologio: anche lì troverete terminali positivo e negativo.
  • Minuscole particelle di elettricità, gli elettroni, possono viaggiare tra un terminale negativo e uno positivo se c'è qualcosa che li collega permettendo il flusso. Questo collegamento si chiama conduttore; alcuni materiali, come zinco e rame, sono conduttori molto migliori di altri. Quando si usano due metalli diversi come terminali, gli elettroni spingono più forte in una direzione, creando corrente.
  • Nei dispositivi a batteria, la pila stessa genera elettroni tramite una reazione chimica che avviene quando si crea un circuito conduttivo inserendo la batteria tra i terminali positivo e negativo nel vano. La reazione avviene solo quando la batteria è in sede.
  • Quando materiali conduttori vengono immersi in soluzioni e succhi acidi (come quelli degli agrumi), si crea una reazione chimica che rompe la struttura del metallo, liberando elettroni nella soluzione.

Conduciamo l'Esperimento

Formuliamo un'Ipotesi

1. Rileggete con vostro figlio le informazioni su elettricità e batterie per assicurarvi che abbia una comprensione base. Mostrate i materiali e dite che li userete per far funzionare l'orologio senza pila.
2. Identificate ogni materiale per nome e composizione (es. chiodo di rame, chiodo di zinco) e chiedete di prevedere cosa succederà collegandoli tutti.
3. Fate disegnare un diagramma base di cosa si deve fare e cosa accadrà: sarà il piano e l'ipotesi.

Come Procedere

  1. Avvolgete saldamente un'estremità di un filo di rame appena sotto la testa di un chiodo zincato. All'altra estremità fissate un morsetto a coccodrillo (o lasciate il filo nudo se non li avete).
  2. Fissate l'estremità di un secondo filo di rame a un chiodo di rame avvolgendolo (o, se usate una monetina, fissatela con nastro isolante). All'altra estremità mettete l'altro morsetto a coccodrillo (o lasciate il filo nudo).
  3. Fissate un chiodo zincato a un'estremità del terzo filo e un chiodo di rame (o monetina) all'altra.
  4. Mettete da parte i fili e preparate i limoni. Con il pennarello indelebile etichettatene uno "Limone 1" e l'altro "Limone 2". Ammorbidite la polpa e fate uscire un po' di succo senza rompere la buccia, premendo delicatamente e/o rotolandoli sul tavolo con leggera pressione.
  5. Ponete i due limoni affiancati. Prendete il filo col primo chiodo zincato e infilzatelo nel Limone 1, assicurandovi che trapassi la buccia e si conficchi nella polpa senza uscire dall'altro lato.
  6. Prendete il filo col chiodo di rame o la monetina. Infilzatelo nel Limone 2 (o fate un taglio profondo e inserite la monetina).
  7. Prendete il filo che ha chiodo di rame da una parte e chiodo zincato dall'altra. Infilzate il chiodo zincato nel Limone 2, a circa 2,5 cm dal chiodo di rame o monetina già presente.
  8. Infilzate l'estremità col chiodo di rame/monetina nel Limone 1, a circa 2,5 cm dal chiodo zincato già presente.
  9. Collegate l'estremità libera del filo nel Limone 1 all'orologio agganciando il morsetto a uno dei terminali della batteria nell'orologio. Senza morsetti, fissate il filo al terminale con nastro isolante. Completate il circuito collegando l'estremità libera nel Limone 2 all'altro terminale nello stesso modo. Il circuito chiuso dovrebbe alimentare l'orologio. Se non parte, controllate: contatti allentati, fili collegati allo stesso metallo, o corrente troppo debole. Se i collegamenti sono corretti, provate a sostituire i limoni con patate.

Osservazioni

Chiedetevi:

  • Perché servivano chiodi di zinco e rame?
  • Perché l'orologio si accende?
  • Perché collegare tra loro Limone 1 e Limone 2?
  • In che modo i limoni collegati funzionano come una batteria?
  • Cosa del limone permette la conduzione elettrica?
  • Quali altri alimenti pensate condurrebbero elettricità?

Cosa Succede

Inserendo zinco e rame nel succo di limone si crea una reazione chimica che trasforma energia chimica in elettrica: una reazione voltaica che trasforma i limoni in una pila voltaica. Le reazioni spingono gli elettroni rilasciati da ogni metallo attraverso il filo di rame; essendo i metalli diversi, gli elettroni spingono più forte in una direzione. Si muovono in circolo, passando dai fili ai terminali dell'orologio e tornando al limone, creando una corrente elettrica sufficiente ad alimentare l'orologio. Quando il succo si asciuga, la reazione diminuisce e occorre cambiare la "batteria".

Approfondimento

Provate con diversi agrumi, succo d'arancia o bibite gassate per vedere come funzionano come pile voltaiche.

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