Progetto didattico : la bobina di Faraday e le linee di campo

Learning by doingIl progetto didattico che andrò a presentare è interamente incentrato sul concetto di energia e sul suo sviluppo dalla preistoria ad oggi. L'obiettivo fondamentale che mi prefiggo è quello di suscitare curiosità ed interesse negli studenti, i quali a loro volta saranno naturalmente portati a compiere osservazioni, interagire con la classe e svolgere attività di ricerca individuale e di gruppo. Il progetto è basato sul learning by doing, cioè sulla possibilità di imparare mettendosi in gioco in prima persona, lavorando e sperimentando. Propongo quindi dei laboratori da effettuare in classe, nei quali verranno indicate varie esperienze a cui gli alunni parteciperanno, lavorando in piccoli gruppi. In particolare sarebbe opportuno che i ragazzi potessero lavorare con l'ausilio di software matematici, quali DataStudio oppure Cabrì Geometre, nel caso volessero attuare delle raccolte di dati e fare grafici. Inoltre, la cosa fondamentale, è che tutto il materiale raccolto durante le esperienze dovrà essere completamente condivisibile, tramite un blog oppure un wiki del corso, di modo che i ragazzi possano imparare a lavorare con i video e con le immagini.
Ovviamente le relazioni saranno composte da una parte storiografica e dalla parte sperimentale effettuata dagli alunni, che in generale sarà un exhibit storico riproposto dagli alunni stessi. Questa tipologia di apprendimento interattivo è utile per svariati motivi, ma soprattutto perchè i ragazzi, oltre a confrontarsi in classe con il supporto dell'insegnante, potranno anche discutere a casa grazie ai supporti informatici. L'argomento conduttore di tutte le esperienze sarà l'energia, come ho già anticipato, quindi gli esperimenti proposti saranno riferiti ai grandi fisici che hanno fatto la storia del panorama scientifico, da Galileo a Leibniz, da Volta a Faraday, da Joule a Helmholtz. Eccovi un esempio di quella che potrebbe essere la relazione di un'esperienza didattica del mio progetto.







Bobina di Faraday e linee di campo





Hans Oersted è stato un grande fisico danese che, nella prima metà dell'Ottocento, ha compiuto studi importantissimi per la comprensione dei fenomeni elettromagnetici. In particolare, è stato proprio lui a capire che l'elettricità e il magnetismo sono fenomeni strettamente connessi tra di loro, compiendo il famoso esperimento della bussola in prossimità di un cavo percorso da corrente. Oersted infatti osserva che l'ago della bussola si orienta naturalmente lungo il campo magnetico terrestre, ma facendo circolare corrente nel filo posto vicino alla bussola, l'ago magnetico si disponeva in direzione perpendicolare al cavo. Da questa esperienza Oersted concluse che una corrente elettrica genera nello spazio circostante un campo magnetico, identificato dalle cosiddette linee di campo. Tali linee possono essere osservate in maniera molto semplice; serve solamente dell'olio di vaselina, un barattolo, della carta da cucina trasparente, una provetta, della limatura di ferro ed un piccolo magnete. Pensate a come potrebbero essere utilizzati tutti questi strumenti insieme per riprodurre le linee di campo e poi guardate il video dell'esperimento (che trovate a fondo pagina) per vedere come li abbiamo impiegati noi.








Michael Faraday


L'esperienza di Oersted, compiuta nel 1820, apre le porte ad un vasto studio sui fenomeni elettromagnetici. Nel 1821 anche Faraday elabora un esperimento in cui si mette in evidenza che un conduttore percorso da corrente subisce una forza quando si trova in un campo magnetico. La storia di Michael Faraday è davvero curiosa. Egli, nato in una famiglia inglese molto povera, fu costretto fin da giovanissimo ad andare a lavorare per guadagnarsi di che vivere. Il caso volle che il suo primo lavoro fosse come fattorino e, successivamente, rilegatore, presso la bottega di un librario. Fu qui che maturò il suo interesse scientifico, leggendo moltissimi libri dedicati alla fisica e, più in particolare, all'elettricità. In seguito la sua spiccata attitudine verso il mondo della fisica e le sue indubbie qualità, furono notate da un eminente fisico britannico, Humphry Davy, grazie al quale riesce a compiere nel 1821 l'esperimento accennato precedentemente. Una versione modificata di questo esperimento, è stata compiuta anche da noi e documentata nel video che trovate a fondo pagina.















Per la realizzazione della prova abbiamo utilizzato una semplice bobina (posta all'estremità di un braccio mobile), la quale racchiude un magnete cilindrico fissato all'interno di una scatola. Alimentando la bobina con una pila, si osserva che il flusso di corrente fa si che la bobina venga attratta o repulsa dal magnete, in base al verso in cui la corrente scorre. Questa piccolo exhibit mostra in realtà come l'energia possa assumere varie forme e passare dall'una all'altra attraverso semplici trasformazioni: l'energia chimica muta in energia elettrica che a sua volta si trasformata in energia magnetica, la quale viene convertita in energia meccanica e termica.