LUCI, STRUMENTI PER IL NON VISIBILE, TECNOLOGIE LUMINOSE PARTICOLARI
A
completamento dell’attività luce e colore sono solito portare i ragazzi delle
classi prime, in laboratorio per farli partecipi dell’esperienza legata alle luci.
Gli
scopi sono quelli di stimolare notevolmente l’osservazione e l’analisi, per
poi condurli alla realizzazione di una relazione completa sull’esperienza
proposta. In precedenza ho dato ai ragazzi uno schema generico, di come si
realizza un relazione, riferita particolarmente
ad una esperienza in laboratorio, alla visione di un filmato o ad un
audiovisivo, alla visita guidata presso una qualsiasi struttura.
Gli obiettivi
o seguire la traccia della relazione gia data
o utilizzare gli appunti, le indicazioni le osservazioni effettuate nelle esperienze
o svolgere il glossario dei termini specifici e difficili incontrati.
La lampada di Wood; i suoi effetti ed i suoi utilizzi; la lampada a vapori di sodio monocromatica, il suo illuminamento; lampada ad infrarossi, capacità di trasporto del calore; la luce ad arco e la saldatrice ad elettrodo. Strumenti che rivelano il non visibile: il rivelatore di campo elettrico e delle onde radio, il cercatubi e cercafili, il contatore Geiger e le radiazioni ionizzanti, il termometro elettronico a sonda esterna. Come funzione una insegna luminosa pubblicitaria, le fibre ottiche, il laser.
Il laboratorio è attrezzato per proporre queste esperienze ed è il luogo adatto per caricare i ragazzi col desiderio della ricerca e la curiosità dell’apprendimento.
Per ogni prova ci siamo sempre chiesti: cosa facciamo, cosa osserviamo e inoltre abbiamo aggiunto osservazioni e curiosità.
1.a Esperienza; lampada
di Wood
Le lampade utilizzate per prime sono dei tubi di Wood.
Apparentemente nere bluastre, queste lampade hanno il cilindro di vetro all’ossido di Nichel che si comporta da in vero e proprio filtro, lasciando passare solo le frequenze luminose che vanno dai 300 ai 400 nm. Si deve appunto al fisico americano Robert William Wood la realizzazione di questo particolare vetro/filtro.
Oscurato il laboratorio e accese le lampade di Wood, abbiamo osservato cosa accade nella stanza, intorno a noi.
I cartelloni ed i fogli bianchi sono diventati luminescenti, gli schermi dei computer si tingevano di verde, alcune abiti , magliette camicie sembravano proprio smaglianti, alcuni astucci avevano le strisce e le decorazioni luminose, alcune maglie apparivano come macchiate di tanti punti bianchi. Ho invitato i ragazzi a scrivere queste osservazioni nel loro quaderno.
Ho preso una lampada stradale ovale bianca, si tratta di una lampada a vapori di mercurio ad alta pressione, e l’ho appoggiata, senza collegarla, su quella di Wood; essa si è tinta di rosa acceso; questa ha il bulbo rivestito al suo interno, di polveri che reagiscono ai raggi ultravioletti dando il colore rosso, in questa maniera il suo spettro luminoso si avvicina di più a quello solare.
Ho messo dei detersivi
diversi portati dai ragazzi su un foglio nero; tutti sono apparsi
eccezionalmente smaglianti; ho richiamato una vecchia pubblicità “Così
bianco che più bianco di così non si può”; infatti questi prodotti
contengono degli imbiancanti ottici che reagiscono agli ultravioletti, ma quando
il cielo nuvoloso le lenzuola appaiono grigie, rivelando così l’inganno
pubblicitario.
Su delle
boccette di vetro di succo di frutta, private
dell’etichetta o fatto portare
diversi oli di semi e extra vergine di oliva. Messi alla luce ultravioletta i
primi sono apparsi di un verde pallido pressoché identico, mentre il secondo si
è colorato di un bel rosso arancio; le sostanze contenute al loro interno
reagiscono il maniera diversa dando
colorazioni diverse. Questa tecnica è utilizzata dal nucleo antisofisticazioni
delle Corpo Forestale dello Stato per combattere le frodi relative agli oli di
semi venduti per quelli di oliva.
Su un foglio di cartoncino nero abbiamo spremuto delle strisce di dentifrici di varie marche; questi alla luce U. V. apparivano colorati in maniera diversa e leggermente sul verde per via del fluoro in essi contenuto.
Dei diversi
fazzolettini da bar sono stati appoggiati alla lampada di Wood, di questi solo
uno è apparso smagliante, mentre gli altri sono rimasti del tutto grigi; Il
primo è costituito di cellulosa pura vergine, mentre gli altri sono realizzati
con cellulosa da carta riciclata. La normativa chiede espressamente l’uso di
cellulosa vergine.
Delle
banconote di taglio diverso messe sulla lampada hanno evidenziato realizzazione
di parte dei loro disegni, con inchiostri fluorescenti che reagiscono agli U. V.
dand
o colorazioni rossastre o gialle. Nelle stessa carta delle banconote sono
apparse delle piccole righe di colore diverso, abbastanza evidenti: la fibra
della carta contiene dei marcatori fluorescenti che impediscono la
falsificazione; infatti le banche sono munite di queste lampade per riconoscere
quelle vere dalle false.
Con degli evidenziatori ho macchiato leggermente la mano che alla luce normale è apparsa senza colore, mentre alla luce U. V. si è notato chiaramente il colore dell’evidenziatore; in chirurgia queste sostanze contenute nei medicinali si depositano sulle parti malate del corpo, permettendo al medico la completa asportazione del tessuto alterato.
Infine
abbiamo potuto notare come la luce U. V. mette in evidenza le lentiggini del
volto, il bianco degli occhi e dei denti, più opachi in quelli non lavati, il
cerume delle orecchie, la caseina del latte della colazione intorno alla bocca.
2.a
Esperienza; la lampada a vapori di sodio
Le lampade al Sodio sono quelle messe negli incroci stradali; ho fatto notare ai ragazzi le goccioline di sodio metallico depositate su una lampada, nella cui scatole appare con chiarezza la scritta: “attenzione reagisce violentemente all’acqua”.
Per avere la giusta illuminazione, abbiamo aspettato diversi minuti perché arrivi a regime.
E’ apparso subito evidente che la sua luce gialla ci da la sensazione di una visione in bianco/nero; infatti la sua luce è di tipo monocromatica cioè emette solo lo spettro del giallo. Tutti gli altri colori quindi spariscono.
Queste si mettono negli incroci proprio perché hanno una profondità di illuminamento piuttosto elevata, perché il nostro occhio è più sensibile a questo colore.
Ho fatto
notare come un faro antinebbia a disposizione del laboratorio, ha il vetro
giallo per permette un illuminamento più efficiente.
3.a
Esperienza; lampada ad infrarossi.
Alcune
lampade abbronzanti hanno la possibilità di emettere solo infrarossi; così
quella a disposizione del laboratorio. Abbiamo notato subito che emette solo
pochissima intensità luminosa. Portandola sui banchi dei ragazzi, ho fatto
notare come seppure non vicinissima, tutti percepiscono la sensazione di calore:
sono appunto i raggi infrarossi che trasportano l’energia termica. La stesa
cosa avviene dal sole che invia la sua energia soprattutto attraverso la
radiazione I. R.
La stufetta
elettrica, il ferro da stiro, lo stesso termosifone, inviano nell’aria questo
tipo di radiazione, comunque percettibile. Questa “luce” viene usata anche
per scoprire le parti nascoste dei quadri antichi, o anche per individuare le
perdite di calore di una abitazione. Esistono in commercio delle pellicole
fotografiche sensibili agli I. R. che permetto la realizzazione di fotografie
particolari. Anche i visori notturni usati a scopo militare, sfruttano questa
radiazione che amplificata permette di riconoscere al buio i corpi che hanno
temperature più elevate.
4.a
Esperienza; la luce ad arco
La saldatrice elettrica ad arco tra i le macchine disponibili nel laboratorio di tecnica, ci ha permesso di verificare come sia potente la luce emessa da una scintilla elettrica; la sua luce è apparsa chiaramente bianchissima, seppure ricca di ultravioletti che rischiano di danneggiare gli occhi se osservata direttamente: ecco perché gli operatori di questa macchina portano sempre una maschera nera che ha un vetro scuro al cobalto, che lascia passare solo una parte di luminosità.
Questo tipo di luce è utilizzata nei proiettori cinematografici, che nel passato utilizzavano proprio due elettrodi per produrre questa luce che lasciava inalterati i colori della pellicola. Oggi montano delle lampade allo xenon, dove l’arco non è più libero, ma avviene all’interno della stessa lampada.
Nei primi
del 1900 la piazza di Torino era illuminata da una lampada ad arco sistemata in
cima all’obelisco.
Al fine di
capire che non sempre i nostri sensi ci permetto di vedere tutto e che il non
visibile può messo in evidenza solo da strumenti particolari, sono solito
abbinare questa attività a quella della luce. Ho con me alcuni strumenti utili
a rendere visibile ciò che normalmente non percepiamo. “Cell Sensor” e un
dispositivo abbastanza economico, in grado di rilevare sia campi elettrici che
onde elettromagnetiche.
Porto con me
una radiosveglia che inserita alla rete elettrica funzione come una qualsiasi
altra. Collego a Cell Sensor una sonda esterna che ci permette di rilevare i
campi elettrici che si formano attorno agli elettrodomestici accesi spostandol
o
attorno alla radiosveglia, a circa 30 cm, il sensore accende la sua lampada ad
intermittenza e emette il “bip” sonoro. Ciò significa che il campo
elettrico intorno all’apparecchio ha una intensità tale da mettere in guardia
chi di solito lo tiene sul comodino vicinissimo alla testa
Senza la
sonda , il sensore è capace di rilevare le onde elettromagnetiche di
ricetrasmettitori, cordless, telefonini. Sono solito fare prove su diverse, per
mettere in evidenza ciò che non vediamo, ma che essi emettono.
Il campo
elettromagnetico può essere anche utile ed utilizzato. Infatti il cercatubi e
cercafili è uno strumento che sfrutta proprio questa capacità, per rilevare
gli oggetti metallici che sono nascosti sotto l’intonaco del muro. Lo stesso
principio viene utilizzato dalla polizia per cercare oggetti metallici
pericolosi addosso alle persone, dalle banche e aeroporti e come cercametalli e
cercamine.
Alcuni prodotti in commercio possono emettere radiazioni ionizzanti, non percettibili, ma che certamente non fanno bene al nostro corpo.
Ho
disponibili delle reticelle per lampade a gas da campeggio (quelle usate anche
dagli scouts) che tengo in mezzo ad un foglio di piombo spesso, di tipo ra
dioattivo e non, ed ovviamente il contatore Geiger portatile per effettuare le
relative misure.
Appoggiato alle reticella esso mette in evidenza sia l’elevato valore raggiunto sia attraverso un display digitale sia attraverso un susseguirsi di “bip” sonori.
Si misura anche la radiazione di fondo, cioè quella che di solito è presente nei locali, che da noi è molto bassa. Approfitto per indicare ai ragazzi i tre tipi di radiazioni ionizzanti conosciuti.
Radiazioni alfa (a): si tratta di particelle positive (protoni) emesse da nuclei instabili. Hanno uno scarso potere penetrante, infatti possono essere arrestate da un foglio di carta o dalla stessa pelle umana, ma se materiali alfa emettitori vengono ingeriti o respirati possono danneggiare i tessuti direttamente dall'interno.
Radiazione beta (b): si tratta di elettroni ( cariche negative) che hanno un potere penetrante di poco maggiore delle alfa; riescono infatti a superare la pelle per circa due centimetri; sono fermate da un foglio di alluminio
Radiazioni gamma (g): sono radiazioni di tipo elettromagnetico ad elevata energia perciò sono molto penetranti, tant'é riescono ad attraversare tutto il corpo di un uomo, ma in genere sono abbastanza deboli e non hanno un elevato potere ionizzante (quello di caricare elettricamente un atomo). Vengono fermati da schermature di piombo o da uno spesso muro di cemento (materiali densi).
Intensità
di equivalente di dose: è
un'unità di misura degli effetti delle radiazioni sull'uomo (effetti biologici)
che dipendono non solo dalla dose di radiazione acquisita, ma anche dal tempo
nel quale la dose è stata assorbita; si misura in SIEVERT/ORA (quello dell’ARPAM)
o in REM/ORA (quella dello strumento della scuola). 1Sievert/h
= 100 Rem /h
Radioattività:
emissione spontanea di radiazioni, in genere particelle alfa o beta, assai
spesso accompagnate da raggi gamma, dal nucleo di un elemento instabile
(isotopo).
Parlando
del concetto di calore, anche i ragazzi concordano sul fatto che noi possiamo
distinguere la sensazione d
i caldo e dal freddo, a volte anche solo soggettiva,
ma non siamo in grado di indicarne l’effettiva temperatura. Ecco che mostro ai
ragazzi un termometro elettronico, che è formato da tre pezzi: una sonda a
termocoppia esterna che viene agganciata ad un adattatore elettronico, capace di
trasformare l’impulso, in un segnale elettrico che viene letto da un tester
digitale; sul display elettronico appare l’effettiva temperatura misurata,
quando l’adattatore sarà ovviamente collegato al tester. Invito i ragazzi a
disegnare quelli disponibili a casa e fare alcune misure di temperatura.
L’insegna
pubblicitaria luminosa
Un
mio amico mi ha regalato una insegna pubblicitaria particolare, che utilizzo per
questa prova. Una volta accesa domando ai ragazzi come questa possa funzionare:
diverse piccole lampade accese, si spengono e accendono seguendo un programma
stabilito; tante sono le espressioni dei ragazzi che raccolgo come contributo,
mentre loro ovviamente disegnano e colorano l’insegna.
Per
capire come è fatta occorre aprirla e perciò tolgo le viti che fissano il
pannello posteriore e lo giro suscitando la meraviglia di tutti: un tamburo con i
settori colorati gira davanti ad una lampada a proiettore che invia la luce ad
un fascio di “fili” di plastica.
Faccio notare come la cima di quelli non
collegati si colora diversamente: quindi sono quei “fili a trasportare la luce
sullo schermo frontale: sono delle fibre ottiche.
Queste permettono di portare la luce anche se il filo è curvato.
Domando: “Ma la luce può curvare?”.
Prendo un laser segnapunto e faccio notare che la sua luce viaggia in linea retta che se mai può
solo riflettere e metto in evidenza il suo fascio facendo scuotere il cancellino
proprio sopra la lavagna ed ecco delinearsi la linea rossa: le particelle di
gesso sospese nell’aria riflettono la luce determinandone il suo percorso.
Prendo
un connettore telefonico in fibra ottica e lasciandolo arrotolato, metto ad una
estremità il laser, mentre dall’altra si può notare evidentemente
il puntino
rosso.
Si
giunge a conclusione che la luce viaggia in linea retta, ma che all’interno
delle fibre ottiche viaggia zizzagando: infatti essa riflette nelle pareti della
fibra ripetutamente, permettendo un percorso solo apparentemente diverso dal
rettilineo.
Glossario
NEON: elemento chimico di simbolo Ne, è un gas mobile,usato per le lampade a luminescenza.
FOSFORESCENTI: proprietà di alcune sostanze di emettere luce in modo più o meno persistente dopo l’eccitazione subita ad opera di una radiazione luminosa.
ACRONIMO: parola formata dalle lettere o dalle parti iniziali di altre parole.
LUCE MONOCROMATICA: di un solo colore.
RADIAZIONI: fenomeni per cui dalla materia viene emessa energia sotto forma di particelle o onde elettromagnetiche che si propagano nello spazio circostante.
LASER: apparecchio che produce un fascio di luce coerente cioè non diffusa intorno ma tutta in un’unica direzione, frequenza e fase.
TERMOCOPPIA: sensore termico costituito da due elementi diversi saldati insieme nell’estremità.
Sant’Angelo in Vado 02.05.07
Giuseppe Dini