Circuiti con pasta conduttiva

Cosa imparerà

• Che ci sono materiali che lasciano passare l'elettricità (pasta al sale, metalli, acqua salata) e altri che non la lasciano passare (pasta allo zucchero, plastica, carta).
• Che un circuito deve essere un percorso chiuso dal + al − delle pile passando per il LED.
• Che il LED ha una polarità: la gamba lunga (+) deve andare dalla parte del filo rosso.
• Che cos'è un cortocircuito: se i due panetti si toccano, la corrente prende la scorciatoia e il LED si spegne.
• Che collegando più LED in parallelo (ognuno con le gambe negli stessi due panetti) si accendono tutti insieme.

Prepara prima

• Il giorno prima, cuoci la pasta conduttiva (ricetta nei passaggi 1–2) e prepara quella isolante. Conservale in sacchetti chiusi in frigorifero; durano 2–3 settimane.
• Verifica che la pila e ogni LED funzionino: tocca le gambe del LED direttamente con i fili per 1 secondo (gamba lunga con il rosso). Se non si accende, cambia il LED.
• Se le punte dei fili del portabatterie sono corte, spelale fino a lasciare 15 mm di rame e attorciglia i fili sottili perché non si aprano.
• Apri le gambe di ogni LED a V: circa 15 mm di distanza tra le punte (per i 3 del semaforo, 25 mm).
• Stampa la sagoma A (tappetino di lavoro) per fare i primi circuiti sopra i segni.

Materiali e attrezzi

• Farina di grano — 1 tazza (≈ 125 g) per la pasta conduttiva + 1½ tazze (≈ 190 g) per quella isolante
  normale farina di grano
• Sale fino — ¼ di tazza (≈ 70 g)
  sale da cucina; è quello che rende conduttiva la pasta
• Cremor tartaro — 3 cucchiai (≈ 25 g) da comprare
  bitartrato di potassio, nel reparto dolci; dà elasticità e aiuta la conservazione
• Zucchero bianco — ½ tazza (≈ 100 g)
  per la pasta isolante (lo zucchero sciolto non conduce)
• Olio vegetale — 1 cucchiaio (conduttiva) + 3 cucchiai (isolante)
  di girasole o d'oliva delicato
• Acqua del rubinetto — 1 tazza (240 ml)
  per la pasta conduttiva
• Acqua distillata — ½ tazza (≈ 120 ml) da comprare
  per la pasta isolante: l'acqua del rubinetto contiene sali e la renderebbe un po' conduttiva
• Colorante alimentare — 4–6 gocce per pasta
  un colore forte per la conduttiva (p. es. verde) e la isolante bianca o gialla, per distinguerle sempre
• LED da 5 mm — 6 (2 per gli occhi + ricambi e semaforo) da comprare
  diffusi da 5 mm: 2 rossi, 2 gialli, 2 verdi (2 V, 20 mA)
• Portabatterie 3 × AA con interruttore — 1 da comprare
  4,5 V, con fili rosso (+) e nero (−) da 15 cm con le punte spelate per 15 mm
• Pile stilo AA alcaline — 3 da comprare
  1,5 V ciascuna, nuove
• Sacchetti con chiusura — 2
  per conservare ogni pasta separata in frigorifero

Attrezzi

• Pentolino antiaderente e cucchiaio di legno — cuocere la pasta conduttiva adulto
• Ciotola grande — mescolare la pasta isolante (non si cuoce)
• Tazza graduata da 240 ml e cucchiai dosatori — misurare gli ingredienti
• Stecchini per modellare o stuzzicadenti — dare forma alla figura e aprire i fori per le gambe
• Righello — controllare la distanza tra i panetti e tra filo e LED
• Forbici o spelafili — spelare 15 mm le punte dei fili se non sono già spelate adulto

Pezzi e sagome

• A · Tappetino di lavoro: primo circuito ×1 — carta o cartoncino da 160 g (plastificato o coperto con nastro largo, perché non si sporchi)
• B · Guida del semaforo (3 LED in parallelo) ×1 — carta da 80 g

Passo passo

1. Cuoci la pasta conduttiva adulto

   In un pentolino antiaderente, mescola a freddo 1 tazza d'acqua, 1 tazza di farina, ¼ di tazza di sale, 3 cucchiai di cremor tartaro, 1 cucchiaio d'olio e 5 gocce di colorante verde. Mescola con il cucchiaio di legno finché non ci sono più grumi.

   Trucco: Mescolare a freddo evita i grumi: non scaldare finché non è tutto sciolto.

2. Addensa la pasta sul fuoco adulto

   Scalda a fuoco medio mescolando senza sosta per 3–5 minuti. Quando si forma una palla che si stacca dal fondo del pentolino, spegni e rovescia la pasta su un piatto. Lascia raffreddare 10 minuti e impastala per 1 minuto.

   Verifica: La pasta non si attacca alle dita e torna alla sua forma se la schiacci. Se è appiccicosa, cuocila ancora 1 minuto.

3. Prepara la pasta isolante

   In una ciotola, mescola 1 tazza di farina, ½ tazza di zucchero e 3 cucchiai d'olio. Aggiungi acqua distillata un cucchiaio alla volta, impastando, finché si forma una palla (circa 6–8 cucchiai). Alla fine incorpora poco a poco ancora ½ tazza di farina finché non si attacca più.

   Verifica: Se si attacca alle mani, aggiungi farina un cucchiaio alla volta.
   Trucco: Lasciala bianca o di un colore molto diverso da quella conduttiva: così non le confondi mai.

4. Prepara il portabatterie e i LED

   Metti 3 pile AA nel portabatterie facendo attenzione ai segni + e −, e lascia l'interruttore su OFF. Apri a V le gambe di 2 LED con le dita, finché le punte sono a 15 mm. Guarda qual è la gamba lunga (+).

   Verifica: Con l'interruttore su ON, tocca per un istante le gambe del LED con i fili (lunga con il rosso): deve accendersi. Rimetti su OFF.

5. Fai i due panetti

   Con la pasta conduttiva, forma due palle di Ø 50–60 mm (grandi come un mandarino piccolo) e mettile sui cerchi del tappetino A, con la striscia di pasta isolante spessa 10 mm tra di loro.

   Verifica: Misura con il righello: tra i due panetti ci sono 10 mm di pasta isolante e non si toccano in nessun punto.

6. Pianta i fili

   Infila 15 mm della punta spelata del filo rosso nel panetto di sinistra, sul punto rosso del tappetino, e il filo nero nel panetto di destra, sul punto nero. Prima attorciglia la punta in modo che sia come un chiodino ed entri dritta.

   Trucco: Se il rame si apre quando lo pianti, piega la punta a U di 10 mm: entra meglio e fa più contatto.

7. Metti il LED come ponte

   Pianta la gamba lunga del LED nel panetto del filo rosso e quella corta nel panetto del filo nero, a 5–8 mm di profondità, vicino alla pasta isolante. Ogni gamba deve restare ad almeno 20 mm dal filo del suo panetto.

   Verifica: Le due gambe non si toccano tra loro e ognuna è in un panetto diverso.

8. Accendi

   Metti l'interruttore su ON. Il LED deve accendersi subito. Se non si accende, togli il LED, giralo (gamba lunga nell'altro panetto) e ripiantalo.

   Verifica: Spegni, togli la striscia isolante e avvicina i panetti finché si toccano; quando accendi, il LED non si accende (cortocircuito). Spegni subito, separali, rimetti la striscia e si accenderà di nuovo.

9. Modella il corpo del mostro

   Spegni l'interruttore. Unisci i due panetti conduttivi a forma di corpo (uno è il lato sinistro e l'altro il destro) con una parete di pasta isolante da 10 mm tra loro, dall'alto in basso, come una riga nel mezzo. Aggiungi braccia e piedi di pasta isolante o conduttiva, ma ogni pezzo conduttivo può toccare UN solo lato.

   Trucco: Copri la riga isolante con uno strato sottile di pasta isolante colorata all'esterno, se vuoi che la separazione non si veda.

10. Metti gli occhi luminosi

    Pianta 2 LED nella testa, ognuno con la gamba lunga nel lato sinistro (rosso) e quella corta nel destro (nero), attraversando la parete isolante. Distanzia i due occhi di circa 20 mm.

    Verifica: Accendi: i due occhi si accendono insieme. Se se ne accende solo uno, l'altro è al contrario.

11. Fai il semaforo

    Con la guida B, forma due colonne di pasta conduttiva da 45 × 115 mm separate da 20 mm di pasta isolante. Apri a 25 mm le gambe di un LED rosso, uno giallo e uno verde (a 15 mm non arrivano da una colonna all'altra) e piantali con tutte le gambe lunghe nella colonna del filo rosso.

    Verifica: Quando accendi, i tre LED si accendono. Se ne togli uno, gli altri restano accesi: sono in parallelo.

12. Riordina e conserva

    Spegni e togli i LED e i fili. Conserva ogni pasta nel suo sacchetto ben chiuso in frigorifero, senza mescolarle. Pulisci le gambe dei LED con un foglio di carta umido e asciugale perché non si ossidino.

Funziona? La prova

Monta il primo circuito sul tappetino A con un LED rosso e 4,5 V. Poi unisci i panetti, separali, e cambia la posizione del LED.

Cosa deve succedere: Il LED rosso si accende con una buona luce mettendo l'interruttore su ON. Se i panetti si toccano, si spegne all'istante. Se il LED è al contrario, non si accende (e non si rovina). Avvicinare il LED ai fili lo fa brillare di più; allontanarlo, di meno, perché la pasta ha una resistenza.

Se qualcosa non va

• Il LED non si accende in nessun modo — Pasta non conduttiva (plastilina commerciale a base di cera) o LED al contrario. Soluzione: Usa la pasta al sale (o tipo Play-Doh). Gira il LED: gamba lunga nel panetto del filo rosso.
• Si accende molto debole — Poche pile, pile scariche, panetti troppo lunghi o LED bianco/blu. Soluzione: Usa 3 pile AA nuove, avvicina il LED ai fili (senza scendere sotto i 2 cm), fai i panetti più spessi e prova con un LED rosso.
• Si accende e quando tocchi la figura si spegne — I due panetti si toccano in qualche punto (cortocircuito) quando li schiacci. Soluzione: Allarga la parete di pasta isolante a 10 mm e controlla sotto la figura, dove di solito si uniscono.
• Il LED si è acceso fortissimo e si è spento per sempre — La gamba del LED era attaccata al filo: quasi senza pasta in mezzo, la corrente era troppo alta. Soluzione: Cambia il LED e lascia sempre almeno 2 cm di pasta tra il filo e la gamba.
• Con più LED, uno si accende e l'altro no — Uno è al contrario o le sue gambe sono nello stesso panetto. Soluzione: Verifica che tutte le gambe lunghe siano nel panetto del filo rosso e che ogni LED attraversi la parete isolante.
• Anche la pasta isolante fa accendere il LED — È fatta con acqua del rubinetto o contiene resti di pasta salata. Soluzione: Falla con acqua distillata e lavati le mani tra una pasta e l'altra.
• La pasta conduttiva si secca e si crepa — È stata lasciata all'aria. Soluzione: Impastala con qualche goccia d'acqua; conservala sempre in un sacchetto chiuso.

Sicurezza

• Le paste contengono molto sale: non si mangiano. Lavati le mani alla fine e sorveglia i bambini sotto i 5 anni.
• La pasta conduttiva si cuoce sul fuoco: la prepara l'adulto e aspetta che si raffreddi prima di darla ai bambini.
• Non collegare mai i fili del portabatterie direttamente tra loro: le pile si scaldano.
• Usa solo pile AA (massimo 4 × AA = 6 V). Mai prese di corrente né caricabatterie: l'elettricità di rete è pericolosa.
• I LED e le pile sono pezzi piccoli: lontano dai bambini sotto i 3 anni. Le gambe del LED pungono.
• Spegni l'interruttore alla fine: se i panetti si toccano con il portabatterie acceso, le pile si scaricano in poche ore.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

L'elettricità è come un sacco di formichine che escono dalla pila dal filo rosso e vogliono tornare a casa dal filo nero. La pasta al sale è una strada dove possono camminare; la pasta allo zucchero è come un muro. Se lasciamo un muro tra i due panetti, l'unico ponte per attraversare è il LED, e quando le formichine ci passano sopra, si accende. Ma se i panetti si toccano, le formichine prendono la scorciatoia e nessuna passa dal LED: si spegne.

Per l'adulto

Il sale (NaCl) si scioglie nell'acqua della pasta in ioni Na⁺ e Cl⁻ che possono muoversi: la pasta è un conduttore ionico con una resistività dell'ordine delle decine di Ω·cm, per cui un panetto di qualche centimetro presenta centinaia di ohm. Lo zucchero, invece, si scioglie senza formare ioni, e con acqua distillata la pasta isolante ha una resistenza molto maggiore (MΩ). Un LED rosso ha bisogno di ≈ 1,8–2 V per cominciare a condurre e la sua corrente utile è di 5–20 mA; con 4,5 V, la caduta in eccesso (≈ 2,5 V) la assorbe la resistenza della pasta, che fa da resistenza di limitazione: con circa 300 Ω di pasta (≈ 150 Ω per panetto) circolano ≈ 8 mA. Per questo non serve una resistenza, ma se si pianta la gamba vicino al filo la resistenza del tratto crolla e il LED può sovraccaricarsi. Il LED è un diodo: conduce solo quando l'anodo (gamba lunga) è a un potenziale più alto del catodo. Se i panetti si toccano, la resistenza della scorciatoia è molto minore di quella del ramo del LED e passa di lì quasi tutta la corrente (cortocircuito). Più LED in parallelo ricevono la stessa tensione; quelli bianchi e blu (≈ 3 V) si accendono appena perché resta poca tensione per la pasta.

• conduttore: materiale attraverso cui l'elettricità passa facilmente (metallo, acqua salata, pasta al sale).
• isolante: materiale che non lascia passare l'elettricità (plastica, pasta allo zucchero).
• circuito chiuso: percorso completo dal + della pila fino al − passando per il LED.
• cortocircuito: scorciatoia attraverso cui la corrente salta il LED.
• polarità: il LED ha un lato + (gamba lunga) e un lato −; funziona in un solo verso.
• ione: pezzettino di sale sciolto con carica elettrica che si muove nella pasta.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto prepara le paste, il portabatterie e i LED con le gambe aperte e segna la gamba lunga con un pennarello rosso. Il bambino fa i panetti, mette la parete di pasta isolante e pianta il LED seguendo il tappetino. La cosa importante: «se si toccano, si spegne».
• 8–10 anni: Seguono tutti i passaggi, aiutano a misurare gli ingredienti e fanno la pasta isolante. Costruiscono il mostro con due occhi e il semaforo, e scoprono da soli perché un LED al contrario non funziona.
• 11–12 anni: Fagli misurare con un multimetro la resistenza di un salsicciotto di pasta da 5, 10 e 20 cm e fare un grafico. Sfida: calcolare la corrente del LED con la legge di Ohm e progettare una figura con LED in serie e in parallelo.

In gruppo o in classe

Squadre di 2–3 bambini. Prepara il giorno prima 2 ricette complete di pasta conduttiva e 2 di isolante (bastano per 8–10 squadre). Per squadra: un panetto conduttivo da 150 g, 80 g di isolante, 1 portabatterie 3 × AA con pile, 4 LED (rosso, giallo, verde e uno di ricambio) e il tappetino A stampato. Sessione di 50 min: 10 min di dimostrazione del cortocircuito, 15 min di primo circuito sul tappetino, 20 min di figura libera o semaforo, 5 min per riordinare. Tieni un barattolo per i LED usati e sacchetti etichettati per le paste.

Sfide

• Fai un mostro con gli occhi di un colore e la bocca di un altro, tutto con un solo portabatterie.
• Costruisci un interruttore di pasta: un pezzo di pasta conduttiva che, spinto, chiude lo spazio e accende il LED.
• Aggiungi un cicalino attivo da 3–5 V (gamba lunga nel panetto +) e crea una figura che suona.
• Metti due LED in serie (uno dopo l'altro su tre panetti) e confronta la loro luminosità con due in parallelo: perché si accendono meno?
• Progetta una città di pasta con lampioni: varie colonne conduttive unite da «strade» e un unico portabatterie.

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• Allarme per la porta con cicalino
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