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Elettricità e circuitigratis

Albero di Natale con luci LED

Un albero di Natale di cartone alto 28 cm (31 cm con la stella), fatto con due pezzi che si incastrano a croce e sta in piedi da solo. Sei LED colorati attraversano il cartone e, sul retro, delle piste di nastro di rame li collegano in parallelo a un'unica pila a bottone CR2032: facendo scorrere una graffetta sul bordo, si accendono tutti insieme.

Difficoltà★★★☆☆
Età7–12 anni (5–6 con un adulto che sistemi i LED e la pila)
Tempo100–130 min (+ 20 min di asciugatura della pittura, che sfrutti per provare i LED)
Aiuto dell'adultoMedio-alta: ritagliare con il taglierino i due pezzi e le loro fessure, forare i 12 buchi dei LED, inserire la pila a bottone e sigillare il suo coperchio con il nastro.
Dimensioni finali19 × 19 cm di base (a croce) × 31 cm di altezza con la stella (l'albero misura 28 cm)
Albero di Natale con luci LED

Cosa imparerà

  • Che cos'è un circuito in parallelo: ogni LED ha il suo percorso tra la pista + e la pista −, per questo si accendono tutti con 3 V e, se uno si guasta, gli altri continuano a brillare.
  • Perché due LED in serie non si accendono con una pila da 3 V: ognuno ha bisogno di circa 2,8 V e insieme ne chiedono più di 5,5 V.
  • Che il LED ha una polarità: il piedino lungo va al + e quello corto al −; se lo metti al contrario, semplicemente non si accende.
  • Che una pila a bottone ha una «resistenza interna» che limita la corrente, e quando serve aggiungere una resistenza (pile stilo AA, LED rossi o gialli).
  • Come due pezzi piatti con fessure da 4 mm si incastrano a croce e formano una figura che sta in piedi da sola.

Prepara prima

  • Stampa le sagome al 100 % («grandezza naturale») e verifica con il righello che il quadrato da 50 mm misuri 50 mm. Il pezzo B (alto 28 cm) esce su due fogli che si uniscono al segno di sovrapposizione.
  • Misura lo spessore del tuo cartone: se supera i 3,5 mm, taglia tutte le fessure 1 mm più larghe di quanto indica la sagoma.
  • Prova gli 8 LED con la pila CR2032 prima della sessione (piedino lungo sulla faccia +). Devono accendersi tutti con una luminosità simile; metti da parte quelli che brillano molto più degli altri: di solito sono rossi, gialli o verde-giallastri da 2 V.
  • Tieni la pila nella sua confezione, in un posto alto, fino al momento di inserirla. Tieni a portata di mano la confezione per rimetterci la pila se bisogna toglierla.
  • Taglia in anticipo il nastro di rame: 1 pezzo da 40 cm (pista +), 1 da 52 cm (pista −), 12 toppe da 10 mm, 1 striscia da 45 mm e 2 da 25 mm per la pila.
  • Per i gruppi: ritaglia tu i pezzi A, B, E e M con il taglierino e fora i buchi dei LED prima della sessione.

Materiali e attrezzi

  • Cartone ondulato — 2 fogli da 20 × 29 cm e 1 pezzo da 10 × 15 cm
    a onda singola, da 3 mm, di scatola da spedizione, piatto e non schiacciato
  • LED da 5 mm «da 3 V» — 6 (+2 di scorta) da comprare
    diffusi o trasparenti, con tensione diretta 2,8–3,2 V: bianco, bianco caldo, blu, verde puro (520–525 nm) e rosa. Piedini da 25 mm o più
  • Pila a bottone CR2032 — 1 da comprare
    al litio, 3 V, 20 mm di diametro e 3,2 mm di spessore; meglio di una marca con confezione a prova di bambino
  • Nastro di rame adesivo — ≈ 1,3 m da comprare
    largo 5 o 6 mm; meglio con «adesivo conduttivo» (è scritto sul rotolo)
  • Graffetta metallica grande — 1
    da 32 mm o più, di filo metallico non plastificato: è l'interruttore
  • Cartoncino bianco — 1 pezzo da 4 × 4 cm
    200 g/m², per il coperchio della pila
  • Tempera verde e gialla — ≈ 40 ml di verde e 10 ml di gialla
    densa, con poca acqua perché il cartone non si imbarchi
  • Nastro adesivo trasparente — ≈ 30 cm
    da 19 mm, per sigillare il coperchio della pila e isolare il rame sotto il bordo della pila
  • Colla stick — 1
    per incollare le sagome
  • Colla vinilica — ≈ 10 ml
    per la cornice della pila e la stella
  • Resistenza da 100 Ω (facoltativa) — 1 per ogni LED rosso, giallo o arancione da comprare
    1/4 W; solo se vuoi aggiungere LED di quei colori

Attrezzi

  • Taglierino con righello di metallo e tappetino da taglio — ritagliare il contorno dei pezzi, le fessure e il foro della cornice della pila adulto
  • Forbici — ritagliare il coperchio di cartoncino e tagliare i pezzi di nastro di rame
  • Puntina da disegno o punteruolo sottile — aprire i 12 buchi da 1,5 mm per i piedini dei LED adulto
  • Penna a sfera o spiedino di legno — strofinare il nastro di rame perché aderisca bene e piegare gli angoli
  • Pennello piatto da 2 cm — dipingere l'albero e la stella
  • Pinze piccole o tagliaunghie (facoltativi) — accorciare i piedini dei LED in eccesso adulto
  • Multimetro (facoltativo) — misurare la tensione della pila negli esperimenti

Pezzi e sagome

  • A · Albero con le luci (pezzo davanti) ×1 — cartone ondulato 3 mm
  • B · Albero incrociato (pezzo laterale) ×1 — cartone ondulato 3 mm
  • E · Stella ×1 — cartone ondulato 3 mm
  • M · Cornice della pila ×1 — cartone ondulato 3 mm
  • T · Coperchio della pila ×1 — cartoncino 200 g/m²

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100% digitale: stampi le sagome a casa e costruisci con il cartone. Non spediamo nulla.

Passo passo

  1. Incolla le sagome

    Ritaglia le sagome A, B, E e M lasciando 5 mm di margine e incollale con la colla stick sul cartone, con le onde in verticale (dall'alto al basso dell'albero). La sagoma A va sulla faccia che sarà il RETRO: sopra incollerai il rame. Unisci i due fogli di B facendo coincidere il segno di sovrapposizione.

    onde in verticale
    1 Spalma la colla stick sulla sagoma, anche sui bordi
    A · RETRO
    2 Incolla A sulla faccia del retro, con le onde dall'alto in basso
    Verifica: Le onde del cartone vanno dall'alto in basso, come le fessure al centro.
    Trucco: Spalma la colla su tutta la sagoma, anche sui bordi e sulle linee delle piste: il rame si incollerà sopra la carta.
  2. Ritaglia l'albero A e l'albero B adulto

    Con taglierino e righello di metallo, taglia il contorno di A e di B lungo la linea continua. Taglia anche le loro fessure: in A, quella in alto (larga 4 mm e lunga 95 mm); in B, quella in basso, che ha 2 tratti: 105 mm larghi 10 mm dalla base e altri 35 mm larghi 4 mm.

    1 Taglia il contorno con taglierino e righello di metallo
    4 mm95 mmA
    2 Taglia la fessura di A: larga 4 mm e lunga 95 mm dall'alto
    AB
    3 A con la fessura in alto; B con la fessura in basso, larga alla fine
    Verifica: La fessura di A arriva fino a metà albero (a 95 mm dal bordo superiore) e quella di B fino alla sua metà (a 140 mm dalla base).
    Trucco: Nelle fessure, taglia prima i due lati lunghi con il righello e poi il fondo: fai uscire la striscia spingendo con il dito.
  3. Ritaglia la stella, la cornice e il coperchio adulto

    Ritaglia con il taglierino la stella E (80 mm, con una fessura da 4 × 25 mm nella punta in basso) e la cornice M (quadrato da 30 mm con un foro rotondo da 21 mm al centro). Con le forbici, ritaglia nel cartoncino il coperchio T da 30 × 30 mm e due quadratini da 12 × 12 mm per lo spessore.

    25 mmE
    1 Ritaglia la stella E e la sua fessura da 4 × 25 mm
    30 mmØ 21MTspessori 12 × 12
    2 Cornice M da 30 mm con foro da 21 mm; coperchio T e 2 spessori
    Verifica: Una pila CR2032 (20 mm) entra nel foro della cornice senza forzare e resta quasi a filo del cartone.
  4. Prova l'incastro a croce

    Metti A in piedi. Cala B dall'alto, a croce, infilando la sua fessura in basso nella fessura in alto di A, finché le due basi toccano il tavolo. Verifica che l'albero stia dritto e smontalo tirando B verso l'alto: lo rimonterai alla fine.

    B, a croceA in piedi
    1 Cala B dall'alto, a croce, nella fessura di A
    ABvista dall'alto
    2 Dall'alto si vede una croce a 4 bracci uguali
    Verifica: Visti dall'alto, i due pezzi formano una croce a 4 bracci uguali e le basi sono allo stesso livello.
    Trucco: Se entra a fatica, allarga di 1 mm la fessura stretta; se balla, incolla una striscia di nastro di carta dentro la fessura di A.
  5. Dipingi l'albero e la stella

    Dipingi di verde la faccia davanti di A (quella SENZA sagoma) e le due facce di B. Dipingi la stella E di giallo su entrambe le facce. Lascia asciugare 20 minuti su carta di giornale; nel frattempo, fai il passaggio 6. Non dipingere la faccia del retro di A.

    faccia senza sagoma
    1 Dipingi di verde la faccia davanti di A (quella senza sagoma)
    20 minB: le due facce
    2 Dipingi B su entrambe le facce e la stella di giallo
    Verifica: La sagoma di A è ancora pulita e si leggono le linee delle piste.
    Trucco: Con un dito bagnato nella tempera bianca o rossa puoi dipingere palline e una ghirlanda che unisca i punti dove andranno i LED.
  6. Prova i LED con la pila adulto

    L'adulto tiene la pila CR2032 tra i due piedini di ogni LED: il piedino lungo tocca la faccia + (quella con le scritte) e quello corto la faccia −. Prova i 6 LED e i 2 di scorta, uno alla volta. Devono accendersi tutti con una luminosità simile. Rimetti la pila nella sua confezione.

    +−piedino lungoCR2032 di taglio
    1 L'adulto mette la pila tra i piedini: quello lungo sulla faccia +
    2 V6 luci uguali
    2 Tieni 6 LED che brillano uguali; metti da parte quelli da 2 V
    Verifica: Hai separato 6 LED che brillano allo stesso modo. Girando la pila, nessuno si accende: la polarità conta.
    Trucco: Metti da parte qualsiasi LED che brilli molto più degli altri: è uno di quelli da 2 V (rosso, giallo, verde-giallastro) e in parallelo lascerebbe al buio gli altri.
  7. Incolla la pista + di rame

    Con la sagoma A verso di te, incolla un pezzo di nastro di rame di ≈ 35 cm sulla linea segnata «+», senza tagliarlo: scendi lungo la pista + di sinistra, gira all'angolo, attraversa l'albero lungo la linea in basso (a 137 mm dal bordo superiore) e risali lungo la pista + di destra. Stacca la carta protettiva poco alla volta.

    ≈ 35 cm
    1 Incolla il rame sulla linea +, senza tagliarlo
    piega indiagonalenon tagliare
    2 Agli angoli, piega il nastro in diagonale senza tagliarlo
    Verifica: La pista + è un solo pezzo, a forma di U, e non tocca nessuna linea «−». Strofinala con la penna perché aderisca bene.
    Trucco: A ogni angolo, senza tagliare: piega il nastro all'indietro su se stesso e giralo nella nuova direzione; la piega resta in diagonale e il rame rimane intero.
  8. Incolla la pista − di rame

    Incolla un altro pezzo di rame di ≈ 47 cm sulla linea «−»: scendi lungo la pista − di sinistra (quella esterna), gira, attraversa lungo la linea più in basso (a 8 mm dal bordo inferiore dei rami) e risali lungo la pista − di destra. Le piste + e − corrono parallele, a 7 mm di distanza.

    −−due U, una dentro l'altra
    1 Incolla la pista − (la U esterna), di ≈ 47 cm
    7 mm−+non si toccano
    2 Le piste + e − sono parallele, a 7 mm di distanza
    Verifica: Ci sono due U di rame, una dentro l'altra, che non si toccano in nessun punto. Guarda con attenzione gli angoli in basso.
  9. Fora i buchi dei LED adulto

    Appoggia A su un pezzo di cartone vecchio, con la sagoma verso l'alto. Con la puntina, fora i 12 buchi segnati (6 coppie, una per LED, con i punti a 3 mm l'uno dall'altro, tra le due piste) finché esce dalla faccia verde. Ruota la puntina per ottenere buchi di circa 1,5 mm.

    12 buchi6 coppie
    1 Fora con la puntina le 6 coppie segnate
    −++3 mm
    2 Due buchi a 3 mm, tra le piste, senza tagliare il rame
    Verifica: Dalla faccia verde vedi 6 coppie di forellini. Nessuno ha tagliato il nastro di rame.
  10. Inserisci i LED e piega i piedini

    Dalla faccia verde, infila i due piedini di un LED in una coppia di buchi finché la sua base tocca il cartone. Gira l'albero: il piedino lungo deve uscire dal buco «+» (quello accanto alla pista +). Piega il piedino lungo piatto sulla pista + e quello corto sulla pista −. Ripeti con i 6 LED.

    faccia verderetropiedino lungo
    1 Infila il LED dalla faccia verde finché la base tocca
    −+lungocorto
    2 Piega il piedino lungo sulla pista + e quello corto sulla −
    Verifica: Ogni piedino è appoggiato sulla sua pista e i piedini di uno stesso LED non si toccano tra loro.
    Trucco: Se il piedino lungo esce dal buco «−», sfila il LED e giralo di mezzo giro. Taglia i piedini che sporgono più di 10 mm dalla loro pista (lo fa un adulto con le pinze).
  11. Fissa ogni piedino con una toppa di rame

    Incolla una toppa di nastro di rame da 10 mm sopra ogni piedino, sulla pista, e strofinala forte con la penna perché il piedino resti premuto contro il rame sottostante. Sono 12 toppe, una per piedino.

    −+10 mm
    1 Incolla una toppa di rame da 10 mm su ogni piedino e strofinala
    12 toppe
    2 Ogni LED ha i due piedini fissati: non si muove
    Verifica: Tira delicatamente ogni LED dalla faccia verde: non si muove.
    Trucco: Se il tuo nastro non ha adesivo conduttivo, è questa toppa ad assicurare il contatto: premi bene ai due lati del piedino.
  12. Prepara la culla della pila

    Incolla una striscia di rame da 45 mm dal centro del quadrato segnato «PILA» verso sinistra e poi verso il basso, fino a 3 mm prima della pista − (zona «CLIP»). Copri con nastro trasparente il rame che andrà sotto il bordo della pila, lasciando scoperti 5 mm al centro. Incolla la cornice M con la colla sul quadrato e, per ultima, una striscia di rame dalla pista + fin sopra il lato superiore della cornice.

    nastro isolantePILA
    1 Incolla la striscia della pila e isola con nastro il tratto sotto il bordo
    M
    2 Incolla la cornice M con la colla sopra il quadrato
    pista +ramesulla cornice
    3 Porta una striscia dalla pista + fin sopra la cornice
    Verifica: Nel foro della cornice si vede solo il rame del centro; la striscia della zona «CLIP» non tocca la pista −.
    Trucco: Per unire rame con rame, piega all'indietro 5 mm dell'estremità della striscia (rame verso l'esterno) prima di appoggiarla sulla pista + e coprila con un pezzetto di nastro.
  13. Inserisci la pila e chiudi il coperchio adulto

    Incolla al centro della faccia sotto del coperchio T uno spessore di cartoncino da 12 × 12 mm (due se il tuo cartone è da 4 mm) e, sopra, una striscia di rame da 22 mm dal bordo superiore del coperchio. L'adulto mette la pila nel foro con la faccia + (scritte) verso l'esterno, appoggia sopra il coperchio con il rame verso la pila e lo sigilla con il nastro sui 4 lati.

    T22 mmfaccia sotto: spessore + rame
    1 Incolla lo spessore e la striscia di rame sotto il coperchio T
    ++ verso fuori
    2 L'adulto inserisce la pila con la faccia + (scritte) verso l'esterno
    T
    3 Sigilla il coperchio con il nastro sui 4 lati
    Verifica: La pila non si vede e non si può togliere senza tagliare il nastro; il coperchio non si muove.
    Trucco: Prima di sigillare, premi il coperchio con il dito e tocca con la graffetta la zona «CLIP»: se i LED si accendono, il contatto è buono.
  14. Accendi con la graffetta

    Fai scorrere la graffetta metallica verso l'alto sul bordo inferiore dei rami, proprio nella zona «CLIP», in modo che la sua parte posteriore prema allo stesso tempo l'estremità della striscia della pila e la pista −. I 6 LED si accendono tutti insieme. Per spegnere, togli la graffetta.

    zona CLIPstrisciadella pilapista −
    1 Fai scorrere la graffetta sul bordo: unisce la striscia della pila alla pista −
    2 I 6 LED si accendono insieme; senza graffetta, si spengono
    Verifica: Con la graffetta messa brillano i 6 LED; senza, nessuno. Se uno non si accende, controlla il suo verso e le sue toppe.
    Trucco: Tieni la graffetta agganciata al bordo, ma a 2 cm dalla zona «CLIP», per non perderla.
  15. Monta l'albero a croce

    Con la graffetta tolta, metti A in piedi con le luci verso di te. Cala B dall'alto, a croce, infilando la sua fessura in basso nella fessura in alto di A, come nel passaggio 4, finché le due basi toccano il tavolo. La parte larga della fessura di B passa sopra le piste di rame senza sfregarle.

    B dall'altoluci verso di te
    1 Cala B dall'alto a croce, come nella prova
    sta su da solo
    2 L'albero resta dritto e il rame sul retro, intatto
    Verifica: L'albero sta in piedi da solo, dritto, e il nastro di rame sul retro non si è staccato.
  16. Metti la stella e accendilo

    Metti una goccia di colla sulla punta di B e incastraci la fessura della stella E, con la stella rivolta in avanti (come A), finché la punta tocca il fondo della fessura. Lascia asciugare 10 minuti, metti la graffetta e spegni la luce.

    colla sulla punta
    1 Incastra la fessura della stella sulla punta di B con la colla
    2 Metti la graffetta, spegni la luce e goditi il tuo albero
    Verifica: La stella resta dritta in cima all'albero, senza toccare i rami di A, e i 6 LED brillano al buio.
    Trucco: Metti l'albero in un angolo o contro la parete: così il retro, con il rame e la pila, resta nascosto.

Funziona? La prova

In una stanza al buio, metti la graffetta e guarda l'albero di fronte da 2 m. Poi togli uno dei LED dal suo posto (stacca le sue due toppe) e guarda di nuovo. Infine, togli la graffetta.

Cosa deve succedere: Con la graffetta, i 6 LED si accendono insieme con una luminosità simile e si vedono bene da 2 m al buio. Togliendo un LED, gli altri 5 restano accesi (e brillano un po' di più): questo dimostra che sono in parallelo. Senza la graffetta, si spengono tutti. La pila non si scalda.

Se qualcosa non va

  • Non si accende nessun LED — La pila è al contrario, il coperchio non preme sulla pila, la graffetta non tocca le due zone di rame o un angolo delle piste è tagliato. Soluzione: Verifica (l'adulto) che la faccia + della pila sia rivolta verso il coperchio e che lo spessore sia sotto il rame del coperchio. Fai scorrere la graffetta più in alto. Se una pista è tagliata, metti una toppa di rame sopra il taglio con il trucco di piegare l'estremità (rame contro rame).
  • Un LED non si accende e gli altri sì — Quel LED è al contrario (piedino lungo sulla pista −) o uno dei suoi piedini non fa contatto. Soluzione: Stacca le sue toppe, sfilalo, giralo di mezzo giro e rimettilo con il piedino lungo sulla pista +. Premi bene le toppe con la penna.
  • Alcuni LED brillano molto e altri quasi niente — Stai mescolando LED da 2 V (rosso, giallo, arancione o verde-giallastro) con LED da 3 V: quello da 2 V si prende quasi tutta la corrente. Soluzione: Sostituisci i LED da 2 V con altri da 3 V (bianco, blu, verde puro, rosa) o metti una resistenza da 100 Ω tra il piedino lungo del LED da 2 V e la pista +.
  • La luce lampeggia o si spegne quando muovi l'albero — Un contatto allentato: la graffetta, una toppa o il coperchio della pila. Soluzione: Strofina di nuovo tutte le toppe. Se il problema è la graffetta, mettici sotto un pezzo di carta stagnola piegato in 4 (10 × 30 mm). Se il problema è la pila, l'adulto aggiunge un'altra striscia di nastro sul coperchio, premendo.
  • La pila si scalda o si scarica in pochi minuti — Cortocircuito: la pista + tocca la pista −, un piedino tocca la pista che non è la sua o il rame sul fondo della cornice tocca il bordo della pila. Soluzione: Togli subito la graffetta. Cerca il punto in cui si toccano le due piste (soprattutto negli angoli e sotto il bordo della pila) e separale o isolale con nastro trasparente.
  • I pezzi non si incastrano o l'albero balla — Il tuo cartone è più spesso o più sottile di 3 mm. Soluzione: Se non entra, allarga di 1 mm la fessura stretta di B e quella di A. Se balla, incolla una striscia di nastro di carta dentro la fessura di A o metti una goccia di colla nell'incrocio.
  • Le luci sono molto deboli fin dal primo giorno — La pila è vecchia oppure è una CR2025/CR2016, più sottile, che non arriva al coperchio. Soluzione: Usa una CR2032 nuova. Con una pila più sottile, aggiungi un altro spessore di cartoncino sotto il rame del coperchio.

Sicurezza

  • Le pile a bottone sono molto pericolose se un bambino le ingoia: in 2 ore possono ustionare dall'interno l'esofago. Le inserisce e le toglie sempre un adulto, il coperchio del portabatterie resta sigillato con il nastro sui 4 lati e le pile nuove e scariche si conservano nella loro confezione, fuori dalla portata dei bambini. Se sospetti che un bambino ne abbia ingoiata una, vai subito al pronto soccorso (112), anche se non ha sintomi.
  • Non usare mai candele o luci a corrente su un albero di cartone: questo progetto funziona solo con LED e una pila da 3 V, che si scaldano appena.
  • Il taglierino lo usa un adulto, con righello di metallo e tappetino da taglio, tagliando sempre lontano dalla mano che tiene il pezzo. Anche la puntina o il punteruolo li usa un adulto (o un bambino più grande sorvegliato), su un cartone vecchio.
  • Non unire mai direttamente la pista + e la pista − con la graffetta, con la carta stagnola o con il rame: è un cortocircuito che scalda la pila e la scarica. La graffetta va solo nella zona «CLIP».
  • I bordi del nastro di rame e le punte dei piedini dei LED pungono un po': piegali piatti e lavati le mani alla fine.
  • Con bambini sotto i 3 anni nelle vicinanze, metti via la graffetta, i LED di scorta e i ritagli: sono pezzi piccoli. Le pile scariche vanno nel contenitore per le pile.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'elettricità esce dalla pila attraverso la pista + di rame, entra in ogni LED dal piedino lungo, esce da quello corto e torna alla pila attraverso la pista −. È come una scala a pioli: le due piste sono i montanti e ogni LED è un piolo. Ogni LED ha il suo piolo, per questo si accendono tutti e, se ne togli uno, gli altri continuano a brillare: questo si chiama «in parallelo». Se invece metti due LED uno dopo l'altro («in serie»), la pila deve spingere l'elettricità attraverso tutti e due, e non ha abbastanza forza: non se ne accende nessuno. La graffetta è un ponte: quando la metti, il percorso si chiude e la luce si accende; quando la togli, il percorso si interrompe.

Per l'adulto

Circuito: una pila al litio CR2032 (3,0 V nominali, ≈ 3,1–3,2 V da nuova, 225 mAh a bassa corrente) alimenta 6 LED da 5 mm collegati in parallelo tramite due piste di nastro di rame (resistenza trascurabile, pochi mΩ per tratto). Tutti i LED sono InGaN (bianco, bianco caldo, blu, verde da 520–525 nm, rosa), con tensione diretta Vf ≈ 2,7–3,0 V a pochi mA; per questo si dividono bene la corrente: con la stessa tensione ai capi, ognuno assorbe una corrente simile. Se si aggiunge un LED AlGaInP (rosso, arancione, giallo, Vf ≈ 1,8–2,1 V), questo fissa la tensione delle piste intorno a 2 V e quelli InGaN, che a 2 V conducono appena, restano quasi spenti: è il «current hogging» (accaparramento di corrente) dei diodi in parallelo. Soluzione: una resistenza in serie con ogni LED a bassa Vf; con 100 Ω, I = (2,8 − 1,9) / 100 ≈ 9 mA. Serie contro parallelo: in serie le tensioni dirette si sommano (2 × 2,8 ≈ 5,6 V; anche 2 rossi chiedono ≈ 3,7 V), quindi con 3 V non circola una corrente apprezzabile e non se ne accende nessuno; in parallelo ogni LED vede i 3 V completi. Resistenza interna: la CR2032 ha ≈ 10–20 Ω da nuova (sale scaricandosi e con il freddo), quindi la sua corrente di cortocircuito è limitata a circa 150–300 mA e, con il carico dei LED, la tensione ai morsetti scende: con l'albero acceso si misurano ≈ 2,7–2,9 V e circolano in totale ≈ 10–20 mA (stima: 2–3 mA per LED, sufficienti per vedersi bene in casa). Questa resistenza interna fa da resistenza di limitazione, ed è per questo che un LED da 3 V collegato direttamente a una CR2032 non si brucia. Non succede lo stesso con 2 pile stilo AA (resistenza interna ≈ 0,1–0,3 Ω in totale): lì serve davvero una resistenza per ogni LED, R = (V − Vf) / I, per esempio 100 Ω per un LED rosso a 3 V e ≈ 15–22 Ω per uno bianco. Autonomia: a 15–20 mA continui la capacità utile di una CR2032 scende a ≈ 100–150 mAh, quindi si stimano circa 6–12 ore di luce, con luminosità decrescente; per questo c'è un interruttore. Potenza: 2,8 V × 0,015 A ≈ 0,04 W, che non scalda il cartone. Polarità: il LED è un diodo; conduce dall'anodo (piedino lungo, +) al catodo (piedino corto, −, lato piatto dell'involucro). Al contrario non conduce, e con 3 V non si rovina (la tensione inversa massima tipica è 5 V). Interruttore: la graffetta d'acciaio unisce l'estremità della striscia della pila con la pista −; la sua resistenza di contatto (decimi di ohm) è trascurabile rispetto a quella interna della pila. Sicurezza della pila a bottone: la tensione di 3 V non dà la scossa, ma se viene ingoiata e si ferma nell'esofago, la corrente che passa nella mucosa produce idrossido al polo negativo e un'ustione chimica grave in 2 ore; per questo il portabatterie è sigillato. Struttura: i due pezzi si incastrano a mezzo legno; la fessura di A (95 mm) e la parte di B senza fessura si sovrappongono lungo l'asse, e la somma delle fessure (95 + 140 mm) è l'altezza dell'incrocio (235 mm). Il tratto largo 10 mm della fessura di B lascia 3,5 mm di spazio su ogni lato di A perché piste e toppe passino senza sfregare.

  • circuito in parallelo: più percorsi contemporaneamente tra la pista + e la −: ogni LED ha il suo.
  • circuito in serie: un solo percorso che attraversa una cosa dopo l'altra; se una si guasta, si interrompe tutto.
  • polarità: il lato + e il lato − di una pila o di un LED; il LED si accende solo in un verso.
  • resistenza interna: il «freno» che ogni pila ha dentro: non lascia uscire più corrente di quella che può dare.
  • cortocircuito: unire il + e il − senza niente in mezzo: la pila si scalda e si scarica molto in fretta.
  • pista: percorso di rame incollato al cartone che fa da filo elettrico.

Per età

  • 5–7 anni: L'adulto ritaglia i pezzi, fora i buchi, incolla le piste e inserisce la pila. Il bambino incolla le sagome, dipinge, prova i LED con la pila tenuta dall'adulto, infila i LED dalla faccia verde e preme le toppe con la penna. Concentrati su «piedino lungo al +» e su «la graffetta chiude il percorso».
  • 8–10 anni: Fanno tutto tranne i tagli con il taglierino, i buchi e la pila. Fagli fare l'esperimento serie contro parallelo e spiegare con l'immagine della scala perché 5 LED continuano a brillare se ne tolgono uno.
  • 11–12 anni: Fagli disegnare lo schema del circuito con i simboli, misurare la pila con e senza carico e calcolare la resistenza interna. Sfida: calcolare la resistenza che servirebbe per alimentare l'albero con 2 pile stilo AA (una per LED) e confrontare quanto durerebbe.

In gruppo o in classe

Un albero per coppia (≈ 1,50 € per albero tra LED, pila e rame). Prima della sessione: ritagliare A, B, E e M con il taglierino, forare i buchi, separare i LED da 3 V per colore e tagliare il nastro di rame a pezzi in buste per coppia. Le pile le tiene l'adulto e le inserisce lui alla fine, una per una. Sessione di 2 ore: 15 min di dimostrazione (serie contro parallelo con 2 LED e perché non usiamo candele), 20 min di pittura, 30 min di piste di rame mentre asciuga, 25 min di LED e toppe, 15 min di pila (l'adulto passa tra i tavoli) e 15 min di montaggio e accensione tutti insieme al buio. Tieni di scorta 6 LED, 2 pile e un rotolo di rame. Alla fine, conta le pile: tante inserite e sigillate quanti sono gli alberi.

Sfide

  • Aggiungi un 7° LED: trova un posto tra le due piste, fora due buchi e collegalo allo stesso modo. Quanto cala la luminosità degli altri?
  • Metti un LED rosso con la sua resistenza da 100 Ω e verifica che non rubi più la luce agli altri.
  • Fai brillare la stella: incolla dietro un LED bianco caldo con la sua pila CR2032 in una culla di cartoncino uguale a quella dell'albero, sigillata (la monta un adulto).
  • Sostituisci la graffetta con un interruttore a pressione: una linguetta di cartoncino con carta stagnola che, premendola, unisce le due zone di rame.
  • Progetta un albero più grande con due piani in più: quanti LED reggerebbe una sola CR2032 prima che si vedano troppo deboli?

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