Sapevi che si può accendere una lampadina con delle patate? E che, in generale, alcuni prodotti alimentari sono in grado di farlo? In questo articolo spiegheremo i fenomeni fisici grazie ai quali possiamo trasformare la lista della spesa in… energia elettrica!

Il circuito elettrico: spieghiamolo in modo semplice

Capire l’elettricità non è cosa da poco. Si ha a che fare con un fenomeno di cui tutti hanno esperienza quotidiana a livello macroscopico, ma non v’è la possibilità di vedere con i propri occhi cosa avviene all’interno di un filo di metallo o capire i moti che accadono in una piastra mentre si cucina o nel filo incandescente dell’asciugacapelli. Gli stessi scienziati hanno impiegato secoli per interpretare i fenomeni elettrici e le loro implicazioni. La scoperta dell’elettrone in quanto carica negativa e particella fondamentale ha sicuramente dato una svolta alle scienze sperimentali e ha dato il via a nuovi modelli e nuove teorie scientifiche.

La comprensione dei fenomeni elettrici prevede una forte componente di astrazione e si basa sulla costruzione di modelli adeguati a descrivere la conduzione elettrica. Siamo stimolati quotidianamente all’uso di apparecchi elettrici; eppure, non siamo in grado di spiegare la natura del fenomeno elettrico!

Prima di immergerci nell’esperienza di osservare il fenomeno elettrico, partiamo dalla questione principale: quali sono le condizioni fisiche necessarie affinché si abbia un circuito elettrico? Quali elementi circuitali sono essenziali per costruire un circuito elettrico?

Per spiegarlo andiamo indietro di qualche secolo e andiamo a conoscere Alessandro Volta, fisico e chimico italiano il cui nome di certo conosciamo tutti. Nel 1800, Volta rese pubblica l’invenzione della pila inviando una lettera a Joseph Banks, presidente della Royal Society of London.

 
In cosa consiste l’invenzione del circuito elettrico?

Alessandro Volta costruì una colonna formata da coppie di dischi di rame e zinco, impilandole le une sulle altre e separandole da un panno imbevuto di acido solforico diluito.

Zinco e rame, a contatto con la soluzione acida, si caricano l’uno negativamente e l’altro positivamente per via di reazioni chimiche che oggi conosciamo col nome di ossidoriduzione, o redox. Si crea così un campo elettrico: ogni carica infatti genera intorno a sé un campo elettrico e ognuna di queste cariche può esercitare una forza su altre cariche che sono vicina ad essa.

Essendo zinco e rame vicini tra loro a coppie, le loro cariche esercitano una forza le une sulle altre e questo le spinge a muoversi. Muovendosi, acquistano energia!

Ogni coppia di dischi di rame e zinco imbevuti e carichi danno così luogo a quella che in fisica si definisce “differenza di potenziale”. Avendone impilate diverse coppie, le differenze di potenziale di ogni coppia si sommano perché inframezzate dal dischetto imbevuto di acido diluito che permette alle cariche di spostarsi. Così, agli estremi di questa pila, la differenza di potenziale risultava la somma di quella di tutte le coppie di rame e zinco.

Volta collegò attraverso un filo di rame il disco di zinco all’estremità superiore della “pila” con il disco di rame all’estremità inferiore, e ottenne così un passaggio continuo di corrente elettrica che circolava dal polo positivo (il rame) al polo negativo (lo zinco), per ritornare al polo positivo dopo aver attraversato l’interno della pila.

Le moderne pile, anche se piuttosto diverse, sfruttano lo stesso principio. Alla pila basta poi collegare una lampadina o qualsiasi dispositivo elettronico et voilà, accensione.

Le patate possono costituire un circuito elettrico? E come?

Lo zinco e il rame reagiscono chimicamente con la polpa della patata in modo diverso. Lo zinco attua delle reazioni chimiche tali per cui su di esso si accumulano cariche positive. Al contrario, sui fili di rame si andranno a concentrare delle cariche negative.

La patata di per sé non produce energia, ma siccome contiene acido ascorbico, questo a contatto con rame e zinco consente agli elettroni il passaggio da un lato all’altro; insomma, funge da ponte.

Esatto, l’acido ascorbico nella patata si comporta come l’acido solforico della pila di Volta, permettendo il passaggio di cariche. Anche questo fenomeno è conosciuto come reazione “redox”, ed è capace di accendere e mantenere in funzionamento artefatti elettrici.

Una o due patate, in genere, non bastano per accendere una lampadina: non si accumula abbastanza differenza di potenziale. Usiamo almeno quattro patate, ormai abbiamo capito che collegandole in serie le loro differenze di potenziale si sommano!

Tutto chiaro? Bene!

E ora… Al laboratorio!

Gli ingredienti per il nostro esperimento

• Quattro patate
• Barrette/chiodi di zinco
• Barrette/fili di rame
• Elettrodo/lampadina
• Cavetti in metallo con morsetti ad entrambe le estremità

I componenti per costruire il circuito elettrico si possono comprare dal ferramenta o su internet digitando “kit circuito elettrico” e affidandosi alle più comuni piattaforme di vendita online.

Procedimento

• Lavare e asciugare le patate
• Disporle su un piano e inserire, in ognuna, un chiodo (o una barretta) di zinco + ed un filo di rame –
• Colleghiamo ora i poli positivi (zinco) di una patata con i poli negativi (rame) della patata successiva utilizzando i morsetti. Passiamo alla seconda patata e colleghiamola con la terza usando la stessa logica: polo positivo con polo negativo. Collegando più di una patata in serie, in questo caso fermiamoci alla terza, otterremo una quantità di differenza di potenziale sufficiente per accendere una piccola lampadina da 1,5 volt!
• Una volta collegate in serie tre patate passiamo dunque a collegare la lampadina: colleghiamo un morsetto al rame della prima patata che abbiamo utilizzato, che sarà rimasto scollegato. L’altra estremità di quel morsetto la dovremo collegare a uno dei due elettrodi della nostra lampadina. Usiamo un ultimo cavetto per collegare lo zinco della nostra ultima patata: un morsetto sul metallo ed uno sull’elettrodo della lampadina rimasto scoperto.
• Nel momento in cui “chiudiamo” il circuito, ecco che la lampadina si accende!!

Solo le patate possono condurre energia elettrica?

La risposta è: ovviamente no. Potete sperimentare con i diversi cibi che avete in casa, come la mela, il pomodoro, il formaggio. Ma anche sostanze liquide come l’acqua, la panna o il latte.

Il mondo è un laboratorio scientifico immenso, non dobbiamo far altro che… sperimentarlo!