Casa con luci LED nelle stanze

Cosa imparerà

• Che cos'è un circuito in parallelo: ogni LED ha il suo percorso tra le due piste, quindi se uno si guasta gli altri restano accesi.
• Che un LED ha una polarità: il piedino lungo (+) va alla pista positiva e solo così si accende.
• Come un diffusore (carta da lucido) distribuisce la luce di un punto su tutta la finestra.
• Come usare il nastro di rame come filo piatto e come fare gli angoli senza interrompere la pista.

Prepara prima

• Stampa le sagome al 100 % e verifica la linea rossa di 50 mm dell'intestazione.
• Prova ogni LED con la pila: piedino lungo sulla faccia + (quella piatta con le scritte), piedino corto sulla faccia −. Metti da parte quelli che non funzionano.
• Verifica che i 3 LED siano dello stesso colore e si accendano con una luminosità simile.
• Se i bambini sono piccoli, taglia le finestre e la porta con il taglierino prima dell'attività.
• Prepara una stanza che si possa oscurare per la prova finale.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 foglio di 40 × 35 cm
  a onda singola, 3–4 mm (scatola da spedizioni), liscio
• LED da 5 mm — 3 (+1 di ricambio) da comprare
  bianco caldo o giallo, tutti dello STESSO colore; con i piedini non accorciati (circa 25–28 mm)
• Pila a bottone CR2032 — 1 da comprare
  litio 3 V, 220 mAh
• Portabatterie CR2032 con interruttore e fili — 1 da comprare
  con interruttore ON/OFF e fili rosso (+) e nero (−) di 10–15 cm
• Nastro di rame adesivo — ≈ 80 cm da comprare
  largo 5–6 mm, con adesivo conduttivo se possibile
• Carta da lucido (o carta da forno) — 3 quadrati di 26 × 26 mm
  traslucida: diffonde la luce
• Foglio A4 bianco — 1
  per rivestire l'interno della parete posteriore B: riflette la luce dei LED verso le finestre
• Nastro adesivo — 1 rotolo
  trasparente o nastro di carta
• Stick di colla a caldo — 2
  per la pistola per colla a caldo
• Tempere o pennarelli — a piacere
  decorare PRIMA di montare il circuito

Attrezzi

• Taglierino, righello di metallo e tappetino da taglio — tagliare pareti, finestre e porta adulto
• Forbici — ritagliare sagome, carta da lucido e nastro di rame
• Pistola per colla a caldo — unire pareti e tetto adulto
• Punteruolo o spiedino di legno — foro di 3 mm per i fili adulto
• Pinze a becchi lunghi o pinzette — piegare i piedini dei LED
• Colla stick — incollare le sagome di carta sul cartone

Pezzi e sagome

• A · Parete frontale (lato esterno) ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• B · Parete posteriore ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• C · Parete laterale con il portabatterie ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• D · Parete laterale liscia ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• E · Tetto ×1 — cartone ondulato 3–4 mm
• F · Diffusore della finestra ×3 — carta da lucido
• G · Sagoma del circuito (lato interno della facciata) ×1 — carta

Passo passo

1. Prova i LED

   Prendi la pila CR2032 e metti il piedino lungo di ogni LED sulla faccia + (quella piatta con le scritte) e quello corto sulla faccia − . Se si accende, il LED va bene. Metti da parte 3 LED con la stessa luminosità.

   Verifica: Se un LED non si accende, giralo: forse i piedini erano al contrario. Se continua a non accendersi, è rotto.

2. Taglia i cinque pezzi adulto

   Incolla le sagome A, B, C, D ed E sul cartone con la colla stick e taglia lungo la linea continua con taglierino e righello. Il tetto E misura 104 × 216 mm: se non entra nel foglio, traccialo direttamente con il righello. Poi l'adulto apre con il punteruolo il foro di 3 mm di C, a 20 mm dal bordo frontale e a 28 mm dal bordo superiore.

3. Apri finestre e porta adulto

   Taglia le 3 finestre di 18 × 18 mm della parete A. Nella porta, taglia solo il lato in alto e quello destro (28 e 45 mm) e piega il sinistro, così si apre come una cerniera.

   Verifica: Le finestre hanno angoli netti e la porta si apre e si chiude senza rompersi.

4. Decora le pareti

   Dipingi i lati esterni di A, B, C, D ed E con tempere o pennarelli (tegole, mattoni, cornici delle finestre). Lascia asciugare 10 minuti prima di proseguire: con la pittura umida il nastro di rame non attacca.

5. Incolla i diffusori

   Sul lato interno di A, fissa un quadrato di carta da lucido F di 26 × 26 mm su ogni finestra con 4 strisce sottili di nastro sui bordi. Poi incolla sopra la sagoma G, con le aperture che coincidono con le finestre.

   Verifica: Guarda la parete in controluce: le tre finestre appaiono biancastre e la sagoma G è allineata.

6. Attacca le due piste di rame

   Attacca una striscia di nastro di rame di 122 mm sulla linea PISTA + (in alto) e un'altra uguale su PISTA − (in basso). Premi forte con l'unghia. Guardando la parete da dentro, le piste cominciano a 8 mm dal bordo sinistro e finiscono a 10 mm da quello destro, che è il lato dove andrà la parete C: lì collegherai i fili.

   Verifica: Le due piste sono distanti 36 mm e non si toccano in nessun punto.

7. Piega i piedini dei LED

   Con le pinze, piega i due piedini di ogni LED a 90° a 8 mm dalla base (dove finisce la plastica). Poi apri il piedino lungo verso l'alto e quello corto verso il basso, in linea, formando una T con il LED in piedi al centro. Taglia il superfluo perché ogni piedino misuri 18 mm dal gomito (quello corto può restare di 16 mm: basta che poggi sul nastro della pista).

   Trucco: Prima di piegare, segna il piedino lungo con un puntino di pennarello rosso: dopo la piega non si capisce più quale fosse quello lungo.

8. Posiziona i LED

   Appoggia la T di ogni LED piatta sulla sagoma G, con il gomito al centro della sua finestra: il LED sta in piedi, a 8 mm dalla parete e rivolto verso l'interno della casa. Il piedino + (segnato in rosso) poggia sulla pista in alto e il − su quella in basso. Fissa ogni piedino con un pezzetto di nastro di rame di 15 mm incollato sopra.

   Verifica: Metti la pila nel portabatterie e l'interruttore su ON. Appoggia la punta spelata del filo rosso all'estremità della pista + e quella del nero sulla pista − (se i fili non sono già spelati, spela ora 10 mm di ciascuno): i tre LED devono accendersi insieme. Poi spegni.
   Trucco: I LED non puntano verso le finestre: la luce va verso l'interno, rimbalza sulla parete posteriore rivestita di bianco ed esce dalle tre finestre. Così ogni finestra si illumina tutta e in modo uniforme, senza un punto luminoso al centro.

9. Monta le pareti adulto

   Incolla un foglio A4 bianco sul lato interno della parete posteriore B (ritaglialo con la sua forma). Poi, con la colla a caldo, incolla le pareti laterali C e D all'interno di A, a filo con i bordi, e per ultima la parete posteriore B, con il foglio verso l'interno. La parete C va sul lato dove finiscono le piste, con il foro di 3 mm vicino alla parete frontale.

   Verifica: La scatola è in squadra e i LED non si sono mossi.

10. Collega il portabatterie adulto

    L'adulto incolla il portabatterie all'esterno della parete C con la colla a caldo. Fai passare i fili dal foro di 3 mm. Se non l'hai fatto nel passaggio 8, spela 10 mm di ciascuno; metti il rame del rosso sulla fine della pista + e il nero sulla pista −, e coprili con 20 mm di nastro di rame premendo forte.

    Verifica: Metti l'interruttore su ON: si accendono i 3 LED.
    Trucco: Senza portabatterie: fai uscire le piste da una fessura, appoggia la pila con la faccia − sulla pista − e fai una linguetta di cartoncino rivestita di rame, collegata alla pista +, che si chiuda sulla pila con una molletta da bucato. La molletta è l'interruttore.

11. Metti il tetto adulto

    Piega il tetto E lungo il colmo e appoggialo sui due timpani triangolari di A e B, con 8 mm di gronda davanti e dietro. Incollalo con un cordone di colla a caldo lungo i quattro bordi inclinati.

12. Accendi al buio

    Spegni la luce della stanza, metti la casa sul tavolo e porta l'interruttore su ON. Le tre finestre devono illuminarsi in modo uniforme e la luce uscirà anche dalla fessura della porta.

Funziona? La prova

Con la stanza al buio, accendi e osserva da 1 m. Poi copri una finestra con il dito e apri la porta.

Cosa deve succedere: Le 3 finestre brillano con una luce morbida e simile. Se togli un LED, gli altri due restano accesi (parallelo). Con una CR2032 nuova, la casa resta accesa ininterrottamente per circa 8–15 ore.

Se qualcosa non va

• Non si accende nessun LED — Piste + e − invertite, interruttore su OFF o filo collegato male al nastro. Soluzione: Verifica che il filo rosso vada alla pista in alto. Premi le giunzioni con l'unghia o aggiungi sopra un altro pezzo di nastro di rame.
• Un LED si accende ma un altro no — Quel LED è al contrario o il suo piedino non tocca bene la pista. Soluzione: Gira il LED (lungo in alto) e premi il suo pezzetto di nastro di rame. Provalo direttamente sulla pila.
• I LED fanno pochissima luce — Pila scarica o LED bianchi ad alta tensione diretta. Soluzione: Cambia la pila. Se il problema persiste, usa LED gialli o bianco caldo da 2,8–3 V. Guarda la casa al buio.
• Uno brilla molto e gli altri quasi niente — LED di colore o tipo diverso. Soluzione: Usa tre LED uguali della stessa confezione.
• Funziona solo se premo in un punto — Il nastro di rame si è interrotto in un angolo o l'adesivo non conduce. Soluzione: Nelle giunzioni, metti rame su rame piegando la punta del nastro (lato metallico contro lato metallico) o rinforza con un altro pezzo.
• La pila si scalda — Cortocircuito: le piste + e − si toccano. Soluzione: Spegni, cerca il punto di contatto (spesso un pezzo di nastro storto) e separalo con normale nastro adesivo.

Sicurezza

• Le pile a bottone sono molto pericolose se ingerite (possono ustionare l'esofago in 2 ore): conservale fuori dalla portata dei bambini sotto i 6 anni e, se ne viene ingerita una, vai subito al pronto soccorso.
• Non collegare mai i LED a una pila da 9 V senza resistenza: si bruciano e possono scaldarsi.
• Il taglierino e la colla a caldo li usa un adulto.
• I piedini dei LED pungono: piegali verso l'interno e non lasciare punte libere.
• Spegni la casa quando non la guardi; un cortocircuito scalda la pila al litio.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'elettricità esce dalla pila dalla faccia + come l'acqua in un tubo, percorre la pista di rame in alto, scende attraverso ogni LED e torna dalla pista in basso alla faccia −. Ogni LED ha il suo percorso, come tre scivoli uno accanto all'altro: se uno si rompe, gli altri continuano a funzionare. Il LED lascia passare l'elettricità solo in un senso, per questo va messo con il piedino lungo verso il +. La carta da lucido è come una nuvola: distribuisce la luce così brilla tutta la finestra.

Per l'adulto

I tre LED sono in parallelo tra le due piste, quindi ognuno riceve la stessa tensione (quella della pila meno la caduta sulle piste, trascurabile). Un LED è un diodo: conduce solo in polarizzazione diretta, oltre la sua tensione di soglia (≈ 2 V giallo/rosso, ≈ 2,8–3,1 V bianco). Sopra quella soglia la corrente cresce in modo quasi esponenziale, per cui di solito serve una resistenza di limitazione. Con una CR2032 non serve: la sua resistenza interna (≈ 10–30 Ω, di più quanto più è scarica) limita la corrente totale a circa 10–25 mA. Con 220 mAh di capacità e ≈ 15 mA di consumo, dura nell'ordine delle 10 h. Mescolare colori non funziona perché il LED con la tensione di soglia più bassa fissa la tensione del parallelo sotto la soglia degli altri. La carta da lucido è un diffusore: disperde la luce in molte direzioni (diffusione nelle fibre di cellulosa) e trasforma una sorgente quasi puntiforme in una superficie illuminata in modo più uniforme; distanziare il LED di 8 mm aumenta l'area illuminata. Il nastro di rame funziona da conduttore piatto; il suo adesivo può non essere conduttivo, per questo nelle giunzioni conviene che il rame tocchi il rame.

• circuito in parallelo: collegamento in cui ogni apparecchio ha il suo percorso tra i due poli della pila.
• polarità: il lato + e il lato − di una pila o di un LED.
• LED: diodo a emissione di luce: una lucina che funziona solo in un senso.
• diffusore: materiale che distribuisce e ammorbidisce la luce.
• cortocircuito: quando + e − si toccano direttamente senza passare per niente: la pila si scarica e si scalda.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto taglia e monta la casa e piega i piedini dei LED. Il bambino decora, incolla i diffusori e le piste di rame (linee segnate) e posiziona i LED con il piedino rosso in alto. Concentrati su «la luce ha una strada di andata e una di ritorno».
• 8–10 anni: Fanno tutto tranne taglierino e colla a caldo. Fai provare ogni LED con la pila prima di posizionarlo e lascia che trovino da soli il guasto se uno non si accende.
• 11–12 anni: Fai aggiungere un interruttore per stanza (linguetta di rame su ogni pista + dei LED) e disegnare lo schema elettrico con i simboli. Sfida: misurare con un multimetro tensione e corrente con 1, 2 e 3 LED.

In gruppo o in classe

Coppie, una casa per coppia (≈ 2 € a casa tra LED, pila e portabatterie). Prima dell'attività: tagliare i pezzi di cartone (o usare cartoni del latte da 1 L come corpo), stampare le sagome G e tagliare il nastro di rame in strisce di 122 mm. Attività di 90 min: 10 min di dimostrazione del LED e della pila, 60 min di montaggio, 20 min per spegnere la luce dell'aula e riunire le case in un «quartiere» su un tavolo. Tieni LED e pile di ricambio.

Sfide

• Aggiungi un quarto LED in soffitta (finestra nel timpano) senza fare una pista nuova dalla pila.
• Metti un interruttore indipendente per ogni finestra.
• Costruisci un lampione con un LED, una cannuccia e due strisce di rame collegato alla stessa pila.
• Fai in modo che la casa si accenda aprendo la porta (la porta chiude il circuito quando si muove).

Altri progetti gratis

• Fantasma che levita con l'elettricità statica
• Allarme per la porta con cicalino
• Circuiti con pasta conduttiva
• Pila di limoni che accende un LED
• Torcia a tubo con interruttore
• Ventilatore da tavolo con motorino
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• Casa stregata con occhi che si accendono
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