2020/2021
SPINTA – INTENSITÀ DELLA CORRENTE - RESISTENZA
IDRAULICA: Il mulino
Nelle prossime attività scopriremo un nuovo portatore di energia.
Riprendiamo, per cominciare, un esempio già visto.
Esperienza 1. Accensione di una lampadina
Situazione reale
Modello interpretativo
Esperienza 2. Mulino
Situazione reale
Modello interpretativo
batteria lampadina
elettricità
recipiente (ambiente)
mulino (ruota idraulica) acqua
luce + entropia
ambiente
T
ESERCIZIO
Nell’immagine della pagina seguente è rappresentata una centrale idroelettrica. A monte troviamo un bacino idrico arginato da una diga e a valle la centrale idroelettrica. Prova ad analizzare questo caso aiutandoti con le seguenti domande:
1. A cosa serve una centrale idroelettrica?
2. Dove è immagazzinata l’energia sfruttata dalla centrale idroelettrica?
3. Quanti e quali portatori di energia riesci ad identificare?
4. Rappresenta la situazione con un diagramma dei flussi di energia.
Serve a trasferire l’energia dal portatore acqua al portatore elettricità.
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L’energia è immagazzinata nel bacino idrico (lago artificiale) che si trova a monte della centrale.
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Portatore 1: acqua che scorre.
Portatore 2: movimento. Turbina = ruota idraulica Portatore 3: elettricità.
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bacino idrico
(centrale) turbina
(centrale) alterna-
tore
utenti
(case, uffici …)
acqua movimento elettricità
alterna- tore
T T
mag
Nella centrale idroelettrica abbiamo visto che il portatore d’energia è l’acqua.
È un portatore del quale conosciamo alcune proprietà e ha il vantaggio d’essere visibile.
Affinché l’energia possa essere trasferita dal portatore acqua a quello corrente elettrica, è strettamente necessario che l’acqua sia in movimento (flusso di energia).
Con le prossime attività cercheremo di chiarire quale è la causa del flusso d’acqua e da che cosa dipende.
acqua in movimento
LA SPINTA
Situazione 1
Il recipiente a sinistra contiene dell’acqua ed è collegato con un altro recipiente, identico al primo, non visibile.
1. Viene aperto il rubinetto: cosa potrebbe succedere?
2.
2. Da cosa dipende l’esito dell’esperimento? Quando avremo un flusso d’acqua e da cosa dipende la direzione del flusso?
Situazione 2
Nell’apparecchiatura illustrata qui sotto e posata su una superficie piana, sono stati messi 10 bicchieri d’acqua nel recipiente di sinistra e 3 soli bicchieri in quello di destra.
Potrebbe esserci un flusso d’acqua (in entrambe le direzioni!) oppure potrebbe anche non esserci alcun flusso.
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Avremo un flusso d’acqua solo se c’è una differenza di livello tra i due recipienti. Il flusso sarà dal recipiente con il livello maggiore verso quello con il livello minore.
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Da che parte andrà la corrente d’acqua quando apriremo il rubinetto?
Situazione 3
Osserviamo ora la situazione illustrata qui sotto, dove il piano d’appoggio dei recipienti è diverso.
Da che parte andrà la corrente d’acqua quando apriremo il rubinetto?
CONCLUSIONI
Da cosa dipende la spinta che determina il flusso dell’acqua?
Da destra verso sinistra, cioè dal recipiente con il livello maggiore (anche se contiene meno acqua) verso quello con il livello minore.
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Da sinistra verso destra, cioè dal recipiente dove l’acqua raggiunge un livello maggiore (anche se contiene meno acqua) verso quello con il livello minore.
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L’acqua fluisce spontaneamente da un livello alto verso uno più basso (grazie alla differenza di pressione) indipendentemente dalla forma e dalle dimensioni dei recipienti e dal piano d’appoggio; questo flusso continua fino al raggiungimento dell’equilibrio (nessuna differenza di livello).
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L’ INTENSITÀ DELLA CORRENTE
a) Completa il disegno aggiungendo i livelli d’acqua nei due recipienti in modo che una volta aperto il rubinetto la ventolina giri il più veloce possibile.
b) Evidenzia quali dei grafici sottostanti rappresentano più verosimilmente l’esperimento precedente.
∆h = differenza di livello [cm]
v = velocità della ventolina [giri/min]
t = tempo [min]
“delta acca”
CONCLUSIONI
1) Differenza di livello (differenza di pressione) = spinta, cioè la causa del flusso d’acqua.
L’acqua fluisce spontaneamente dal livello alto a quello basso fino al raggiungimento dello stesso livello (situazione di equilibrio).
2) Quanto maggiore è la differenza di livello, tanto maggiori sono la spinta e l’intensità della corrente, ammettendo che resti invariato il tubo di comunicazione.
3) Funzione della “ventolina”: indica il senso della corrente d’acqua ed anche l’intensità con la quale il liquido scorre (all’inizio gira velocemente, poi sempre più lentamente fino a fermarsi).
L’intensità della corrente d’acqua potrebbe essere espressa in litri/secondo oppure in giri/minuto (della ventolina).
LA RESISTENZA
L’ intensità della corrente d’acqua dipende solo dalla differenza di livello?
Confrontiamo le due situazioni illustrate qui sotto: nel secondo caso il tubo che collega i due recipienti ha una sezione più fine.
In quale situazione l’intensità della corrente sarà maggiore?
CONCLUSIONI:
A parità di differenza di livello, è possibile fare variare l’intensità della corrente d’acqua applicando una resistenza maggiore o minore (per
esempio variando il diametro del tubo di collegamento).
Tubo di collegamento grosso: resistenza minore Tubo di collegamento fine: resistenza maggiore
Nella prima situazione, visto che il tubo è più “grosso” e l’acqua può scorrere
“meglio” (la resistenza è minore).
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