La resistività elettrica

Dalla legge di Ohm si è convenuto con gli allievi, che la resistenza è una costante non variabile nel circuito elettrico; due soli i casi visti di non attinenza a questa regola: il motore elettrico che messo sotto sforzo assorbe più corrente, quindi di fatto ha una resistenza minore, dovuta all'interazione magnetica tra lo statore ed il rotore; l'altra, la lampada a incandescenza la cui resistenza  misurata non accesa, ci da un valore molto diverso da quello ricavato dai dati del circuito dove è inserita funzionante. Qui ci siamo soffermati semplicemente nel dire che la resistività è legata alla temperatura, che nel filamento di tungsteno raggiunge circa i 2700 °C, per cui il valore varia di molto ed è quello che i costruttori  considerano quando realizzano la lampada.

Al fine di capire meglio questo concetto, ho proposto la realizzazione della seguente unità didattica di laboratorio, dove i ragazzi hanno la possibilità di verificare il concetto di resistività variabile in base alla temperatura.

Obiettivi

1. Capire il passaggio da Resistenza come costante, al concetto di resistività variabile in base alla temperatura

2. Saper applicare le conoscenze acquisite per la realizzazione di un circuito in serie

3. Saper collegare correttamente gli strumenti usati sia come voltmetri che come amperometri

4. Ricavare le variazioni dei dati, per dedurne le caratteristiche proposte.

Contenuti

Legge di Ohm calcolo; della resistenza di una lampada accesa e spenta; collegamento in serie e parallelo; collegamento dei tester di misura come voltmetro e amperometro; utilizzo della rappresentazione grafica; applicazione delle formule conosciute e realizzazione dei calcoli relativi.

Metodologia

Ho proposto ai ragazzi la realizzazione del circuito relativo all'impianto da realizzare per la nostra prova, completo dei punti di connessione e di tutta la strumentazione necessaria.

Un  gruppo di ragazzi si è prodigato nella realizzazione della resistenza, utilizzando del filo di acciaio dolce di spessore sottile, avvolto spira su spira in un perno, al fine di prenderne la forma circolare; la resistenza così realizzata è stata fissata su un supporto di compensato al fine di renderla visibile e di portarla ad una determinata altezza.

Un altro gruppo si è dedicato alla realizzazione del circuito semplicemente seguendo il grafico dato e predisponendo i tester nelle posizioni dovute.

Per l'alimentazione si è utilizzato l'alimentatore del laboratorio già programmato alla massima tensione erogabile e collegando i morsetti della corrente continua.

La lampadina inserita, ha i seguenti dati di targa: tensione  U = 12 v e potenza assorbita P = 3 w.

Completato il circuito e collegati gli strumenti, si è chiuso l'interruttore (on); in alto a sinistra, il voltmetro ci da la tensione effettivamente erogata dall'alimentatore, mentre a destra l'amperometro ci fornisce il valore della corrente del circuito, assorbita dalla lampada con in serie collegata la resistenza; tale corrente la chiameremo appunto I s , dove "s" indica il collegamento in serie; la corrente, nel tester,  viene misurata in millesimi di ampere o mA.

In basso abbiamo a sinistra la lampadina inserita nell'apposita basetta e collegato a suoi capi , a destra il voltmetro che ci misura la tensione fornita; si può subito notare che essa non ha lo stesso valore a causa della resistenza realizzata dai ragazzi e collegata in serie.

A questo punto ho proposto ai ragazzi di calcolare il valore della resistenza della molla da loro realizzata, a freddo, avendo già tutti i dati a disposizione:

Is = 0,72 A;  Ut = 10,45 v;  U₁ = 9,28 v;

Rt = Ut / Is = 10,45/0,72 = 14,51 W;  R₁ = U₁ / Is = 9,28/0,72 = 12,89 W;

R₂ = Rt - R₁ = 14,51-12,89 = 1,62 W;  questo è il valore della resistenza della molla a freddo.

Finiti i calcoli,  abbiamo acceso il bunsen al di sotto della spirale, col conseguente surriscaldamento del filo che si arroventa.

C'è chi nota immediatamente un calo della luce della lampadina, confermata dal calo della tensione ai suoi capi. Anche la corrente si è abbassata, conseguentemente all'aumento complessivo della resistenza. Invito quindi a ripetere gli stessi calcoli, utilizzando però i dati della prova a caldo.

Is = 0,65 A;  Ut = 10,15 v;  U₁ = 7,85 v;

Rt = Ut / Is = 10,15/0,65 = 15,61 W;   R₁ = U₁ / Is = 7,85/0,65 = 12,07 W;

R₂ = Rt - R₁ = 15,61-12,07 = 3,54 W;  questo è il valore della resistenza della molla a caldo evidentemente più elevato della prima prova.

In conclusione questa esercitazione è stata resa possibile grazie alle unità didattiche precedentemente realizzate.

Si è potuto rendere affrontabile un concetto difficile dal punto di vista teorico. Siamo riusciti non solo a calcolare le differenze, ma a visualizzare il fenomeno direttamente quando questo si è realizzato.

Sant'Angelo in Vado 27.04.08

Giuseppe Dini