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L’energia elettrica è un movimentoordinato di cariche elettrichenegative; un FLUSSO DI ELETTRONI(cariche negative dell’atomo).

Alcuni materiali, detti CONDUTTORI(metalli es :rame, argento), hannoun elevato numero di elettroni chepossono muoversi liberamenteall’interno del conduttore, altri i cuielettroni non possono muoversisono detti ISOLANTI (gomma,plastica) e normalmente utilizzaticome materiale di rivestimento deicavi che trasportano la corrente.

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L’elettrone di un atomo si spostasull’orbita dell’atomo vicino soloquando in due punti opposti delconduttore esiste una diversaconcentrazione di elettroni cheprende il nome di DIFFERENZA DIPOTENZIALE (ddp) o FORZAELETTROMOTRICE (fem) ottenutaappunto tramite un GENERATORE DICORRENTE, per esempio una PILA.

Dal POLO NEGATIVO della pila glielettroni percorrendo un conduttoregiungono al POLO POSITIVO dellastessa, spostandosi in un CIRCUITOCHIUSO.

Anche se per convenzione la corrente va dal polo POSITIVO + a quello NEGATIVO -

ddp

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La corrente elettrica può essereparagonata ad un corso d’acqua:

INTENSITÀ: quantità d’acqua che scorre in1 minuto, litri/sec(nel circuito si misura in Ampere A)

TENSIONE: altezza di caduta dell’acqua(nel circuito si misura in Volt V)

RESISTENZA: è data dall’attrito dell’acquacon il letto del fiume(nel circuito si misura in Ohm)

Queste sono collegate tra loro dalla LEGGE di Ohm

V = I x RPompa= Pila

Strozzatura = Resistenza

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INTENSITÀ Ampere A, quantità di corrente che

passa in 1 secondo in una sezione del circuito.

Si misura con un AMPEROMETRO o GALVANOMETRO;

racchiusi in un unico strumento

ANALIZZATORE o TESTER

V

I R

RESISTENZA Ohm ΩLa difficoltà che la corrente incontra a fluire attraverso

un conduttore.A seconda del materiale, sezione e lunghezza del conduttore la R cambia

SECONDA LEGGE DI Ohm

Natura del materiale

RESISTIVITÀ

Lunghezza conduttore in

metri

R=ρ x l/s

Sezione, area del conduttore mm2

S=r2x π

TENSIONE (ddp) VOLT VSi misura con il

VOLTMETRO

Tensione nelle case:220 V

Tensione nelle industrie:380 V

Si può alzare o abbassare con un

TRASFORMATORE.

V = I x R

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Il circuito elettrico è formato da tre elementi:

SIMBOLO :

Unità di misura: V VOLT

Unità di misura: R Ohm

SIMBOLO:

Può comprendere anche unINTERRUTTORE, che se aperto impedisceil passaggio della corrente, mentre sechiuso, ne permetteil passaggio.

GENERATOREÈ il componente che crea la ddp chestimolare gli elettroni a muoversi.

CONDUTTOREFilo attraverso il quale circola la corrente

UTILIZZATOREL’elemento che attraversato dallacorrente genera LUCE (lampadina) oCALORE (phon) o MOVIMENTO diROTAZIONE (ventilatore o motori)

SIMBOLO: Unità di misura: A AMPERE

SIMBOLO:

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La corrente per convenzione va dal poloPOSITIVO + a quello NEGATIVO -

La pila può essere da:

1,5 volt - 4,5 volt - 9,0 volt

Il conduttore oppone una diversaRESISTENZA (ohm) al passaggio dellacorrente a seconda del MATERIALE,LUNGHEZZA, SPESSORE.

Calcolabile con la 2° LEGGE DI Ohm

R=ρ x l/sLa lampadina che devo usare nel circuitodovrà sopportare l’intensità di corrente chepassa.

In un circuito si determina un aumentodell’intensità di corrente quando aumentala tensione e diminuisce la resistenza.

V = I x R V = I x ρ x l/sREGOLE INVERSE:

I = V/R R = V/I

Flusso corrente

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SIMBOLO

1 Resistenza generica

2 Resistenze generica collegate in serie

2 Resistenze generica collegate in parallelo

1 lampadina

2 lampadine collegate in serie

2 lampadine collegate in parallelo

Unità di misura :

Ohm Ω

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RESISTENZE IN SERIELe Resistenze sono poste l’ unadopo l’altra e attraversate dallaSTESSA corrente (I uguale per tuttele resistenze).

La resistenza totale è data dallaSOMMA di tutte le resistenze.

RT= R1+R2+R3+…Rn

La TENSIONE V SI RIPARTISCEproporzionalmente alle Resistenzedei singoli elementi

V = I x (R1 + R2 + R3)

SVANTAGGIO:Se si rompe un UTILIZZATORE (es: sibrucia una lampadina), siinterrompe il circuito e gli altriutilizzatori non funzionano.

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RESISTENZE IN PARALLELO

Le Resistenze seguono vie diverse perpoi ricongiungersi; vengono attraversatedalla STESSA TENSIONE, ma percorse daINTENSITA’ di corrente INVERSAMENTEproporzionale alla sua resistenza (siripartisce); possiamo avere i seguenticasi:

1. N°2 Resistenze in parallelo

2. N° 3 o più Resistenze in parallelo

3. N° qualsiasi di Resistenze inparallelo, aventi però lo stessovalore

VANTAGGIO:Se si rompe un UTILIZZATORE(es: si brucia una lampadina),NON si interrompe il circuito egli altri utilizzatori funzionano.Vedi IMPIANTO DI ILLUMINAZIONE DOMESTICA.

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Questi generatori possono essereusati da soli oppureopportunamente collegati tra loro.

Esistono 2 possibilità:

. Serie . Parallelo

COLLEGAMENTO pile IN SERIE(alta tensione - ridotta durata)

Il polo POSITIVO della prima pila sicollega con il polo NEGATIVO dellaseconda e così di seguito, laTENSIONE uscente al termine saràquella di una pila moltiplicato per ilnumero delle pile.

1,5 Volt 4,5 Volt 9 Volt

SIMBOLO :

V = somma delle V delle singole pile

I = Costante

Vtot = V1 + V2 + V3

Vtot = 1,5V + 1,5 V + 1,5V

Vtot = 4,5 volt

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COLLEGAMENTO pile PARALLELO

(bassa tensione - maggiore durata)

Tutti i poli POSITIVI si collegano tra loroottenendo una uscita e tutti i poliNEGATIVO tra loro ottenendo un’altrauscita.

La TENSIONE al termine del collegamentosarà uguale a quella di un’unica pila ossia1,5 volt; ma la durata dell’erogazione dienergia sarà uguale a quella di unamoltiplicata per il numero.

V = 1 singola pila

I tot = I1 + I2 + I3

Vtot = 1,5 Volt (che dura per 3)

Vtot = V1 = V2 = V3

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P = I X V

Dove:• P potenza si esprime in Watt (W)• I intensità di corrente si esprime in

Ampere (A)• V tensione si esprime in Volt (V)

1 Watt è la POTENZA di una corrente aventeintensità di 1 A e la tensione di 1 V

Ci fornisce l’idea di quanto CONSUMA un elettrodomestico

(lavoro compiuto nell’unità di tempo).

Per sapere l’energia consumata, nel tempo da un Utilizzatore:

P x tW x tempo di funzionamento

Wh (wattora)

Per comodità numerica si usa il multiplo:

1000Wh = 1 Kwh (chilowattora)

Phon da 0,5 a 1,8 KW

Computer 0,2 KW

Ferro da stiro da 1,0 a 2,2 KW

Frigorifero da 0,1 a 0,3 KW

In ore

Se espressa in secondi: Joule1Vx 1Ax 1sec = J 1Wh=3600 J

1KWh= 3.600.000 J

Prendi il PHON e leggi sull’apparecchio la suapotenza in watt (es: 1800 w), poi prendi il tempooccorrente ad asciugarti i capelli (10 minuti),convertilo in ore (0,17 ore) e moltiplica i due dati(306 wh ossia 0,3 Kwh consumati).

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L'effetto Joule, è un effetto fisico cheprende il nome dal fisico James PrescottJoule che lo osservò attorno al 1840.L'effetto joule è quel fenomeno per cui unCONDUTTORE attraversato da unacorrente elettrica dissipa energia sottoforma di CALORE in quantitàproporzionale all'intensità della correnteelettrica che lo attraversa.

P = I 2 x Rche esprime la prima legge di Joule, dove:

• P è la potenza dissipata misurata in Watt (W)

• I è la corrente che vi circola misurata in Ampere (A).

• R è la resistenza del circuito misurata in Ohm (Ω).

Il fenomeno ha spesso implicazioninegative, poiché è causa di perdita dienergia nelle linee di trasportodell'elettricità ed in generale di qualsiasicircuito, nonché abbatte il RENDIMENTOdelle macchine elettriche perché partedell’energia assorbita viene trasformata inCALORE.

Ha però anche implicazioni positive inquanto è alla base del funzionamento dimolti dispositivi elettrici tra cui: laLAMPADINA A INCANDESCENZA,INTERRUTTORE MAGNETOTERMICO,FORNO ELETTRICO, ASCIUGACAPELLI, ETC.

Maggiore la tensione V maggiore deveessere la dimensione del filo altrimentiscalda.

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DI CORRENTE CONTINUA

SIMBOLO:

DI CORRENTE ALTERNATA

• PILA (generatore statico) Es: pila a secco per la torcia, la radiolina. ENERGIA CHIMICA ENERGIA ELETTRICA•ACCUMULATORI (generatore statico)Es: batteria per avviamento del motore dell’automobileENERGIA CHIMICA ENERGIA ELETTRICA•DINAMO (generatore dinamico)Es: filobus ENERGIA MECCANICA ENERGIA ELETTRICAGenera corrente in seguito ad una ROTAZIONE, sfrutta l’INDUZIONE MAGNETICA.

Hanno un senso UNICO durante tutto iltempo dell’erogazione gli elettroni circolanocostantemente dal polo + al polo -

La corrente circola a PERIODI ALTERNI dalpolo + al polo - e viceversa da polo - al polo +• ALTERNATORI ( generatore dinamico)Genera corrente in seguito ad unaROTAZIONE .

ENERGIA MECCANICAENERGIA ELETTRICA

Il funzionamento si basa sullo sfruttamento dell’INDUZIONE MAGNETICA , genera la corrente distribuita nelle nostre case.

SIMBOLO:

È un ALTERNATORE anchequella che è chiamataerroneamente Dinamo dellaBicicletta)

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Tutte le batterie contengono 2 elettrodi metallici,separati da una soluzione conduttrice chiamataelettrolita.

Questa soluzione fa si che nei pressi di ciascun elettrodoavvenga una reazione chimica che genera una correnteelettrica.

Le pile usate per le torce o per le radio sono chiamatePILE A SECCO (pila Leclanchè); contengono unbastoncino di CARBONE e un cilindro di ZINCO separatida una PASTA CONDUTTRICE.

(Gli elettroni circolano dal polo + al polo - )

La reazione chimica ad un certo punto finisce, e labatteria non eroga più energia.

Alcune pile sono RICARICABILI collegandole ad unapresa della corrente elettrica che inverte la reazionechimica.

+

-

Cappellotto di ottone (protezione)

(elettrolita)

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ENERGIA MECCANICA ENERGIA ELETTRICA

Nelle Centrali Elettriche il movimento ècreato dalle TURBINE, nella bicicletta dalmovimento della ruota.

Realizzando le condizioni inverse siproduceva ELETTRICITA’.

Se un conduttore elettrico viene posto inMOVIMENTO ROTATORIO tra i poli di unMAGNETE (CALAMITA), nel conduttore stessosi genera una corrente elettrica.

Tenere conto che il generatore NON generacorrente in quanto questa è già presente,sotto forma di elettroni nei conduttori(bobina), esso provoca solo lo SPOSTAMENTOdegli elettroni e quindi genera ENERGIAELETTRICA.

Si scoprì che il passaggio della corrente in unfilo conduttore generava attorno al filo unCAMPO MAGNETICO. • DINAMO (corrente continua)

• ALTERNATORE (corrente alternata)

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1. TERMICO

2. LUMINOSO

3. MAGNETICO

4. CHIMICO

5. FISIOLOGICO

1. TERMICO

Quando gli elettroni attraversano unconduttore incontrano una certaresistenza, per cui si sviluppa ATTRITOche si trasforma in CALORE

( en. Elettrica en. Termica

vedi EFFETTO Joule).

Questa quantità di calore che si sviluppaal passaggio della corrente è tantogrande quanto più sottile è lo spessoredel filo e più grande è l’intensità dicorrente e il tempo in cui circola lacorrente.

L’effetto termico viene sfruttato percostruire apparecchi elettroriscaldanti.

Al passaggio della corrente elettrica neicircuiti si producono dei FENOMENI chesi possono classificare in:

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2. LUMINOSO

È una conseguenza del FENOMENOTERMICO. Per esempio una lampadinaad incandescenza si illumina

3. MAGNETICO

Intorno ai conduttori percorsi dallacorrente elettrica si manifestano azionimagnetiche (capacità di attrarre piccolipezzi di metallo o deviare l’ago dellebussole).

Se il conduttore è avvolto a SPIREsuccessive prende il nome diSOLENOIDE o BOBINA; in esso il flussomagnetico aumenta con l’aumentare delnumero delle spire e della ddp (V).

Le applicazioni sono molte:

Campanello elettrico, ricevitoretelefonico, telegrafo, elettrocalamita.

di una luce bianca perché il filamento ditungsteno si surriscalda (en termica) ediventa incandescente (en luminosa),ma non brucia (combustione), perchéall’interno della bolla di vetro non c’èossigeno (aria) ma argon (gas nobile chenon reagisce).

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4. CHIMICO

Alcuni liquidi sono detti ELETTROLITI,perché conducono bene la corrente(soluzioni acquose di Sali, acidi).

In questi conduttori elettrolitici si hannofenomeni di DISSOCIAZIONE DELLEMOLECOLE.

Questi fenomeni

Hanno dato vita

all’industria

GALVANICA che consiste nel ricoprireoggetti metallici, resi conduttori, di unostrato di metallo diverso.

Si ottengono così:

La NICHELATURA, la ZINCATURA,la CROMATURA, l’ARGENTATURA ela DORATURA.

5. FISIOLOGICO

Il corpo umano è un conduttore che offreresistenza al passaggio della corrente;minore è la sua resistenza, maggiore èl'intensità della corrente che circolanell'organismo.

Se prendiamo una scossa , la parte nonISOLANTE (es: sangue) di esso sviluppaCALORE e determina delle DISSOCIAZIONICHIMICHE e degli CHOC NERVOSI chepossono causare:

dalle USTIONI all’ARRESTO DELLARESPIRAZIONE con PARALISI VITALE equindi la MORTE.

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EFFETTO TERMICO

EFFETTO LUMINOSO

EFFETTO MAGNETICO

EFFETTO CHIMICO

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Dalle centrali l’elettricità vienetrasmessa alle case per mezzo diuna rete di cavi.

Per essere trasmessa con minoriperdite, deve avere un elevatovoltaggio (380.000 V); invece

quando viene utilizzata, deve avereun voltaggio inferiore

(casa 220 V - aziende 380V).

Per aumentare e diminuire ilvoltaggio, si usano iTRASFORMATORI.

TRASFORMATORI

Sono costituiti da due avvolgimentidi filo separati, intorno a un nucleodi ferro.

Quando la CORRENTE ALTERNATAcircola nell’avvolgimento primario,produce un campo magneticoalternato.

Esso induce una corrente elettricaalternata nell’avvolgimentosecondario.

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TRASFORMATORE ELEVATORE

In un trasformatore elevatore,l’avvolgimento secondario hapiù spire di quello primario:questo aumenta il voltaggioquanto basta per ladistribuzione.

TRASFORMATORE RIDUTTORE

In un trasformatore riduttore,l’avvolgimento secondario hameno avvolgimenti di quelloprimario, il che consente didiminuire il voltaggio a valoriadeguati per l’utilizzodomestico.

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Estratto da:

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LAMPADE AD INCADESCENZA

LAMPADE A FLUORESCENZA È costituita da un tubo di vetro, al cui interno èdapprima praticato il vuoto, poi introdotto ungas nobile (argon) ed una piccola quantità dimercurio liquido. La superficie interna del tuboè rivestita di un materiale fluorescente,dall'aspetto di una polvere bianca. Ai dueestremi del tubo sono presenti due elettrodi.Gli elettroni in movimento tra i due elettrodieccitano gli atomi di mercurio, che sono a lorovolta sollecitati ad emettere radiazioneultravioletta. Il materiale fluorescente di cui èricoperto il tubo, investito da tali radiazioni,emette luce visibile.

Il filamento di tungsteno si surriscalda (en.termica T. 2.400°C) diventa incandescente edemette luce bianca (en. luminosa).Questo perché all’interno della bolla di vetronon c’è ossigeno (aria) ma argon altrimentibrucerebbe (combustione).

Questo tipo di lampade sono erroneamentechiamate lampade al neon o tubi al neon, ma inrealtà il funzionamento è dovuto alla presenzadi vapori di mercurio e non al neon.L'emissione luminosa visibile è indiretta,ovvero non è emessa direttamente dal gasionizzato ma da un materiale fluorescente (dacui il nome).

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LAMPADE A BASSO CONSUMO (LFC a fluorescenza compatta)

(OBBLIGATORIE dal 2011)

Le lampadine a basso consumorappresentano la versione compatta dellelampade a fluorescenza.

Sono formate da uno o più tubi di vetroincurvati contenenti vapori di mercurio.

All'estremità di ciascun tubo si trova unelettrodo.

Quando la lampadina si accende, lacorrente attraversa questi elettrodiprovocando una scarica di gas; i vapori dimercurio emettono allora un raggioultravioletto che viene trasformato in lucedalla polvere fluorescente che ricopre laparete interna del bulbo.

Queste lampade costano di più di quelletradizionali, ma consumano molta menoenergia perché hanno migliori rendimentiluminosi.

Una lampada da 20W illumina come unalampada tradizionale da 100W;consumando 1/5

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Le lampade fluorescenti contengono mercurio che è estremamente inquinante emolti componenti che possono invece essere riciclati.Dopo l'uso devono essere smaltite in maniera differenziata tra i materiali RAEE enon con il vetro.Per questo vanno obbligatoriamente consegnate al rivenditore o all'appositocentro di riciclaggio spesso presso le discariche comunali.

LAMPADE ALOGENE

Queste lampade emettono una luce molto bianca. Il gascontenuto è un gas ALOGENO (FLUORO, BROMO, IODIO).Funzionano a BASSA TENSIONE, quindi c’è la necessità difarle precedere da un TRASFORMATORE ed emettonoun’ALTA intensità di corrente.

Non sono economiche e consumano molto rispetto allealtre lampade viste.

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INCANDESCENZA FLUORESCENZA BASSO CONSUMO LFC

MATERIALE TUNGSTENO ARGONMERCURIO

ARGON MERCURIO

ARGON

TEMPERATURA ALTA BASSA BASSA

RENDIMENTO 10% 35% 40%

DURATA 1.000 ORE 8.000 ORE da 6.000 a 15.000 ORE

COSTO circa 2 EURO Circa 5 EURO da 5 a 25 EURO

EFFICIENZA LUMINOSA

11-12 lumen/WattAlimentazione : 15-1000 Watt

50 – 100 lumen/WattAlimentazione:

10 – 58 Watt

60 – 70 lumen/WattAlimentazione :

3-23 Watt

COSTO MEDIO 1Kwh IN BOLLETTA : 0,17 EURO

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ESEMPIO:Asciugacapelli 1,8 kWFrigorifero 0,2 kWLampade 0,2 kWTelevisore 0,1 kWLavatrice o forno 2,0 kW 4,3 kW

Quando è in funzione la lavatrice o il forno elettrico non puoi asciugarti i capelli!

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Indica la rumorosità del frigorifero, frigocongelatore o congelatore.Scegliete un modello poco rumoroso se il muro presso cuiposizionerete l’apparecchio confina con la zona notte: l’avvio delcompressore potrebbe disturbare il relax e il sonno.

In Italia sono state introdotte dal 1999 e attualmenteOBBLIGATORIE per frigoriferi e congelatori, scaldabagno,lavatrici,forni elettrici, condizionatori e lampade a uso domestico.

Adottate dall’UNIONE EUROPEAper un acquisto consapevole.

Indica il marchio del costruttore e il nome del modello di frigorifero,frigocongelatore o congelatore.

Indica l’efficienza energetica; è facoltativamente presente il simboloEcolabel. Come sapete, un frigorifero, frigocongelatore o congelatoredi classe A consuma una quantità di energia elettrica di gran lungaminore rispetto a un frigorifero, frigocongelatore o congelatore diclasse C. Le classi E, F e G sono ormai uscite di produzione.

Indica il consumo di energia espresso in kilowattora (kWh) misuratosulle prove standard di laboratorio nell’arco di 24 ore.

Indica il volume degli alimenti freschi e il volume degli alimenticongelati, ovvero la capacità netta totale del vano frigorifero e delvano congelatore misurate in litri. Inoltre è indicato il codice a stelleche contraddistingue il vano congelatore.

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Non sempre l’elettricità si sposta. Esisteanche l’ENERGIA STATICA, questaprovoca le scariche dei fulmini e a voltefa crepitare alcuni indumenti quando celi togliamo.STROFINANDOSI GLI UNI CONTRO GLIALTRI, GLI OGGETTI POSSONOSVILUPPARE UNA CARICA POSITIVA ONEGATIVA.Lo strofinio stacca gli ELETTRONI dagliatomi (cariche negative), e l’oggetto sicarica POSITIVAMENTE, mentre l’altro sicarica negativamente perché glielettroni liberati si spostano verso i suoiatomi.

IMPIEGO DELL’ELETTRICITÀ STATICA

FOTOCOPIATRICIL’originale viene illuminato da un lampo di luce, leparti chiare riflettono la luce e quelle scure laassorbono. All’interno della macchina c’è untamburo carico di elettricità statica che vieneinvestito dalla luce riflessa dall’originale.Nel tamburo in corrispondenza delle zone chiaresi annulla la carica mentre in quelle scure la caricarimane. Poi il tamburo, viene coperto di tonerche aderisce solo alle zone cariche di elettricitàstatica. Infine viene messo a contatto con la cartabianca, a sua volta carica di elettricità statica etrasferisce l’inchiostro sulla carta.

Generatore Van de Graaf ElettroscopioVestito antistaticoEsperimento del fulmine di Franklin

Per approfondimento

U.D.: ELETTRICITÀ – Prof.ssa R.D'Imporzano38