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Elena Sassi » 2.Spunti per interventi sui Circuiti Elettrici


Perché i circuiti elettrici?

  • Tema presente in curricula di fisica di base
    • Sono trattati nei corsi di fisica dei licei (5° anno) e degli istituti tecnici (2° anno). Spesso solo con formule senza attività di laboratorio
  • Numerose applicazioni nel quotidiano
  • Difficoltà di apprendimento (DA)

Nota Bene

Consegne

  • Sono obbligatorie, da svolgere su @poi.
  • Analisi dei risultati e commenti sono pubblicate sulla piattaforma

Spunti per lavoro con futuri studenti

  • Aiutare a far emergere ed esprimere idee
  • Favorire il confronto di punti di vista
  • Chiarire confusioni e/o conflitti con idee “ingenue”
  • Aiutare a convergere verso contenuti disciplinari

Applicazioni dei circuiti nel quotidiano

Esempi

Impianto elettrico di case ed auto; alimentazione di telefoni cellulari, calcolatori, TV; partitori di tensione; scaldabagni, asciugacapelli, stufe, ecc…

Consegna 1 (su @poi)

Arricchisci la lista e spiega il ruolo del circuito negli esempi che proponi

Idee “ingenue”, Conoscenza Comune e alcune Difficoltà d’Apprendimento (DA)

Riguardo a:

  • corrente elettrica
  • modelli di conduzione della corrente
  • corrente che si “consuma”
  • tensione (o differenza di potenziale, d.d.p.)
  • resistenza
  • punti di vista locale/sequenziale nel circuito
  • topologia del circuito

Consegna 2

Indica altre DA per esempio da te trovate nello studio dei circuiti e ipotizzane ragioni

Idee “ingenue”, non corrette dal punto di vista della Fisica

  • Pila come un generatore di corrente costante
  • Resistenza come ostacolo indifferenziato posto dei conduttori alla corrente
  • Tensione come “forza” di una pila oppure come intensità della corrente
  • Corrente come energia, oppure potenza o più genericamente “elettricità”

Consegna 3

Aggiungi altri esempi provenienti da tue esperienze e/o conoscenze e contestualizzali

Per elicitare ragionamenti: Domanda 1

Risposta ok

A, C

Risposta non ok

D, B

Domanda 1

Domanda 1


Idee “ingenue” su l’accensione di una lampadina

1) Esiste qualcosa (detto elettricità o corrente) che si muove tra batteria e lampadina

  • Aiutare ad esplicitare cosa si muove, che proprietà esso abbia, come si vuole chiamarlo, da dove viene, che ruolo hanno pila e lampadina, …
  • Aiutare a comprendere il ruolo delle connessioni tra batteria e lampadina

Consegna 4:

Aggiungi tue proposte

Idee “ingenue”su l’accensione di una lampadina

2) Basta un solo filo tra batteria e lampadina perché essa si accenda

  • Aiutare a capire che il circuito deve essere chiuso perché vi scorra una corrente
  • Chiarire bipolarità di pila e lampadina (esame sperimentale)
  • Far esplicitare perché un solo filo è sufficiente affinché vi sia passaggio di corrente

Consegna 5:

Aggiungi tue proposte

Idee “ingenue”su l’accensione di una lampadina

3) (può essere una variante del 2)

  • Un secondo filo tra batteria e lampadina serve solo a portare più corrente alla lampadina che quindi brilla di più.
  • Insistere sul concetto di circuito chiuso.
  • Far esplicitare perché il secondo filo aumenterebbe la corrente e da dove la prenderebbe.
  • Aiutare a capire che nel circuito pila-lampadina, il valore della corrente (unico) dipende dal tipo di pila e lampadina.
  • Mostrare cosa accade se si rimuove il secondo filo.

Consegna 6:

Aggiungi tue proposte

Idee “ingenue”su l’accensione di una lampadina

4) Il secondo filo tra batteria e lampadina porta una corrente opposta a quella del primo filo; le due correnti si “scontrano” nella lampadina che perciò si accende

  • Far esplicitare perché due correnti opposte; da dove vengono e perché si “scontrano”
  • Chiarire che bipolarità di pila non è sorgente di correnti di segno opposto
  • Far osservare cosa accade invertendo la polarità con cui la pila è connessa alla lampadina
  • Far osservare cosa accade invertendo la polarità con cui la lampadina è connessa alla pila

Consegna 7:

Aggiungi tue proposte

Per elicitare ragionamenti: Domanda 2

Risposta ok

Se R cresce la I cala, ma è sempre la stessa nel circuito, quindi la 1 brilla come la 2

Risposta non ok

La 2 brilla meno

Possibile idea

La I entra prima nella 1, si consuma anche nella R che ora è più grande e la 2 quindi brilla meno della 1

Domanda 2

Domanda 2


Idee “ingenue”: la corrente si “consuma” man mano che circola in un circuito con lampadine uguali connesse in serie

  • Far esplicitare perché la corrente I si “consuma” e cosa lo produce
  • Confrontare punti di vista sul “consumo” di I
  • Quali elementi del circuito fanno “indebolire” la corrente?
  • Che vuol dire “consumo di corrente” nel linguaggio comune?
  • Analizzare una fattura di consumi elettrici di casa
  • Far costruire un circuito con due lampadine e scambiarne la posizione

Consegna 8:

Aggiungi tue proposte

Per elicitare ragionamenti: Domanda 3

Risposta ok

V3 > V1 = V2

Risposta non ok

V1 = V2 = V3

Possibile idea

La d.d.p. è proporzionale alla corrente

Domanda 3

Domanda 3


Idee “ingenue” sulla tensione (ddp)

  • Indagare idea di Tensione. Può essere intesa come: – quanta energia o elettricità c’è in una pila; – quanta elettricità, corrente, energia è usata da qualcosa; – “forza” della corrente; – “potenza” della pila.
  • Spesso c’è uso della legge di Ohm ΔV = IR come fosse universale, senza riconoscere i limiti di validità.
  • Trascurare sempre la resistenza dei collegamenti.

Consegna 9:

Aggiungi tue proposte

Alcune DA sulla tensione (ddp)

  • Prevedere la ddp ai capi di un interruttore aperto e quella di due pile in serie o parallelo
  • Distinguere fra potenziale in un punto di un circuito e ddp tra due suoi punti
  • Trascurare sempre la resistenza dei collegamenti

Per elicitare ragionamenti: Domanda 4

Risposta ok

Chiudendo l’interruttore S, la resistenza totale del circuito diminuisce, quindi la corrente erogata dalla batteria aumenta e la luminosità di A aumenta

Risposta tipica non corretta

La luminosità non cambia

Ragionamento sotteso

La lampadina A non è influenzata da ciò che viene dopo

Domanda 4

Domanda 4


Idee “ingenue”: la corrente si “consuma” man mano che circola in un circuito con lampadine uguali connesse in serie

  • Far emergere il ragionamento alla base della risposta: è plausibile che lo studente pensi che la batteria eroghi sempre la stessa corrente indipendentemente dal carico a cui è collegata.
  • Far notare che chiudendo l’interruttore la resistenza totale del circuito diminuisce.
  • Attenzione a frasi del tipo: “l’interruttore viene dopo la lampadina A quindi questa non è influenzata da esso”.

Consegna 10:

Aggiungi tue proposte

Alcune DA sulla Resistenza

Comprendere:

  • il ruolo dei resistori come regolatori della corrente
  • cosa accade quando vi è un corto circuito
  • cosa accade quando in un circuito sono aggiunti resistori in serie o in parallelo

I materiali di supporto della lezione

Arons A. Introduzione all'insegnamento della Fisica (cap. 5, 6 e 7). Bologna: Zanichelli

Duit R. Students' Alternative Framework and Science Education. IPN Kiel, Germany

Duit R., von Rhoneck C. (1998) “Learning and understanding key concepts of electricity” In Connecting Research in Physics Education with Teacher Education. Andrée Tiberghien, E. Leonard Jossem, Jorge Barojas (eds). An I.C.P.E. Book © International Commission on Physics Education 1997,1998

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