Le Scienze a scuola: un’esperienza per tutti

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Costruzione di una pila

Materiale occorrente: lastra di rame, lastra di ferro zincato, panno assorbente, aceto o succo di limone,

led, ed inoltre, forbici, cesoie, fermacarte, filo elettrico.

Verrà illustrato un modo particolarmente semplice per realizzare una semplice pila rame-zinco ed

utilizzarla per accendere un led.

Le lastre di rame e di ferro zincato si possono facilmente reperire in ferramenta che vendono materiali

per saldatori e se il venditore è disponibile provvede egli stesso al taglio delle lastre in piccoli quadrati.

altrimenti occorrerà provvedere usando delle cesoie adatta al taglio della lamiera. Durante il taglio sui bordi

delle piastre si potrebbero formare delle sbavature che è bene rimuovere usando una lima o ribattendole

con un martello. È infatti importante che le piastre siano piane e senza sporgenze ai bordi che potrebbero

compromettere il funzionamento della pila come capiremo in seguito. Delle lastre quadrate di 4 centimetri

di lato costituiscono un buon compromesso tra la maneggevolezza della pila e il contenimento dei costi.

Con le forbici ritagliare dei quadrati dal panno assorbente di lato uguale a quello delle lastre di metallo.

Versare in un piattino un po’ di aceto o di succo di limone e bagnarvi i quadrati di panno assorbente.

Adesso è tutto pronto per assemblare la pila e capire perché si chiami proprio così.

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Un elemento completo della pila: si vede sotto la piastrina di ferro zincato, il panno giallo imbevuto di

aceto e sopra la piastrina di rame.

Prendiamo una lastra di zincata (che chiameremo per brevità di zinco nel seguito, visto che ciò che

conta è il materiale sulla superficie) e per comodità fissiamo un filo elettrico dopo averne spellato le

estremità alla piastra di zinco con un fermacarte. Prendiamo quindi un quadrato di panno inumidito e lo

distendiamo sopra la lastra di zinco. Quindi prendiamo una piastra di rame e la posiamo sopra il panno

facendo molta attenzione che lo zinco non sia in contatto diretto con il rame. A questo punto si riparte

prendendo una nuova piastrina di zinco, la si appoggia direttamente sopra la piastrina di rame, poi si adagia

un altro pezzo di panno bagnato con aceto e a seguire un’altra piastrina di rame, sempre facendo

attenzione a non far toccare fra loro direttamente le piastrine di rame e zinco separate dal panno

imbevuto. La sequenza di può ripetere a piacere impilando piastrine e panno secondo lo schema illustrato:

alla fine questa pila di piastrine di rame, di panno e di zinco cos’è se non una pila? A conclusione della

costruzione, prima di porre l’ultima piastrina di rame, la si collega ad un filo elettrico come fatto in

precedenza con la prima piastrina di zinco.

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Un esempio di pila rame-zinco ( o Pila Daniell) con 4 elementi sovrapposti.

La pila che stiamo costruendo non è in grado di fornire una corrente elettrica tale da accendere una

lampadina tradizionale a incandescenza anche se si usa una piccola lampadina per torcia elettrica. Tuttavia

oggi disponiamo di molti altri tipi di “lampadine”, tra cui i LED (Light Emitting Diode, in italiano: diodo

emettitore di luce, si tratta di un dispositivo, il diodo, formato da due materiali semiconduttori diversi che,

attraversato da corrente elettrica nel verso opportuno, è in grado di emettere luce).

I LED si possono acquistare presso negozi di elettrotecnica e si presentano con una capsula di plastica

(comunemente di colore rosso, o giallo o verde) dalla quale escono due terminali di metallo, quello più

lungo va collegato al polo positivo della pila e quello corto al polo negativo altrimenti il LED non si accende.

Se la pila che abbiamo costruito non è troppo alta possiamo collegare direttamente il led alla pila

facendo toccare il terminale lungo con la piastra di rame esterna e il terminale corto con la piastrina di

zinco all’estremo opposto (la prima piastrina di rame è il polo positivo della pila e l’ultima piastrina di zinco

è il polo negativo). Altrimenti è conveniente collegare il led ai due fili di rame che abbiamo

preventivamente collegato ai due poli della pila. Un solo elemento non è in grado di accendere il LED ne

occorrono almeno due, infatti i LED necessitano di almeno 1.7 V di differenza di potenziale ai loro capi e un

singolo elemento della pila (cioè la semplice sequenza elementare rame, panno , zinco) produce una

differenza di potenziale di circa 1 volt (1.05 V è il valore teorico) non sufficiente ad accendere il LED. Se

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abbiamo una pila con due elementi la differenza di potenziale che si ottiene è la loro somma, cioè un po’

più di 2 volt, e avendo superato la soglia di accensione del LED che è di 1,7 volt si avrà l’accensione. Con tre

elementi avremo una pila da 3 volt con 5 elementi da 5 volt e così via.

Accessione del LED ad opera della pila assemblata.

Per migliorare il passaggio di corrente attraverso la pila e aumentare la luminosità del LED è bene

premere con un dito sulla pila in modo da migliorare i contatti fra i vari elementi.

Se si dispone di un piccolo voltmetro (se ne trovano di economici anche in negozi di fai da te o similari

oltre che nei negozi di materiale elettrico) si può misurare la differenza di potenziale ai capi della pila

appena costruita e vedere come varia il valore della differenza di potenziale aggiungendo o rimuovendo

elementi dalla pila. I multimetri digitali (con display a cristalli liquidi) sono da preferirsi a quelli analogici

(con indice e scala graduata) perché richiedono una corrente minore.

Se si smonta la pila dopo averla fatta funzionare si osserva che è avvenuto qualcosa sulla superficie

delle piastre metalliche: la superficie delle piastre di rame a contatto con il panno imbevuto si sono

annerite e la superficie delle piastre di zinco sempre a contatto con il panno sono diventate più lucide e

splendenti. Questi due fenomeni indicano che durante il funzionamento della pila avvengono delle reazioni

chimiche.

Osservazioni supplementari che si possono compiere con questo semplice dispositivo riguardano la

relazione tra lo spessore del panno e l’intensità di corrente che può erogare la pila. Nella pila avviene la

trasformazione di energia chimica in energia elettrica e nel LED l’energia elettrica è trasformata in energia

luminosa (e in parte termica). Non è difficile reperire piccoli dispositivi elettronici come orologi-sveglia che

si possono far funzionare alimentandoli con la pila che abbiamo imparato a costruire. In casi “fortunati”

anche piccoli motori elettrici di bassa potenza potrebbero essere messi in rotazione dalla pila che abbiamo

appena presentato.