Forno solare in una scatola

Cosa imparerà

• Che i colori scuri assorbono più radiazione solare e si scaldano più di quelli chiari (confronto misurabile con il termometro).
• Che cos'è l'effetto serra: la luce entra dalla pellicola, si trasforma in calore sul fondo nero e l'aria calda non può uscire.
• Che uno specchio (l'alluminio) aggiunge luce in più: con l'aletta ben orientata entra quasi il doppio dell'energia dalla finestra.
• Perché l'isolamento (aria ferma, carta di giornale) frena le perdite di calore.
• A misurare e registrare la temperatura in funzione del tempo e a mettere in relazione l'altezza del sole con l'angolo del riflettore.

Prepara prima

• Procurati una scatola della pizza pulita (chiedila vuota in pizzeria). Se ha unto sul fondo, coprilo con carta di giornale prima del cartoncino.
• Guarda le previsioni: ti servono sole diretto, poco vento e meglio nelle 2 ore prima e dopo il mezzogiorno solare (in Spagna, più o meno tra le 12:00 e le 16:00 d'estate e tra le 11:00 e le 15:00 d'inverno). Con le nuvole non funziona.
• Stampa il foglio delle sagome al 100 % (pezzo B, righello del margine, e pezzo E, indicatore di orientamento).
• Prepara i 4 tubi di giornale prima della sessione se i bambini sono piccoli (arrotolare è faticoso).
• Scegli il posto: pavimento o tavolo al sole, lontano da ombre che si spostano, con una pietra o un libro perché il vento non faccia cadere l'aletta.

Materiali e attrezzi

• Scatola della pizza — 1
  di cartone ondulato, circa 33 × 33 × 4 cm (pizza media), pulita e senza unto sul fondo
• Carta stagnola (alluminio) — 1 quadrato di 30 × 30 cm + 4 strisce di 30 × 4 cm
  normale da cucina; si usa il lato lucido verso l'esterno
• Pellicola trasparente da cucina — 2 pezzi di 35 × 35 cm
  di polietilene, senza grinze
• Cartoncino nero — 1 foglio di 30 × 30 cm (o 2 A4)
  nero opaco (non lucido)
• Carta di giornale — 8–10 fogli
  per fare 4 tubi isolanti di circa 2 cm di diametro
• Nastro adesivo — 1 rotolo
  trasparente o da imballaggio, largo (regge meglio il calore)
• Colla stick — 1
  per incollare l'alluminio e il cartoncino senza grinze
• Spiedino di legno — 1
  di circa 30 cm, Ø 3 mm (puntello dell'aletta)
• Stuzzicadenti — 1
  per l'indicatore di orientamento (pezzo E): deve sporgere di 15 mm
• Piattino scuro — 1
  di metallo o di ceramica scura, con diametro inferiore a 22 cm
• Cibo per la prova — 2 quadretti di cioccolato, 2 biscotti, 2 marshmallow
  o una fetta di pane tostato con una sottiletta
• Termometro da cucina — 1 (facoltativo)
  a sonda o da forno, intervallo 0–120 °C

Attrezzi

• Taglierino e tappetino da taglio (o un cartone spesso sotto) — tagliare i tre lati dell'aletta adulto
• Righello da 30 cm e matita — segnare il margine di 25 mm e le pieghe
• Forbici — ritagliare alluminio, pellicola e cartoncino
• Penna scarica — segnare la piega della cerniera perché si pieghi dritta
• Presine da forno — tirare fuori il piatto caldo adulto

Pezzi e sagome

• A · Coperchio della scatola: tracciatura dell'aletta ×1 — il coperchio stesso della scatola della pizza (cartone ondulato 3 mm)
• B · Righello del margine di 25 mm ×1 — cartoncino 200 g/m²
• C · Fondo nero ×1 — cartoncino nero
• D · Tubi isolanti di giornale ×4 — carta di giornale arrotolata
• E · Indicatore di orientamento al sole ×1 — cartoncino 200 g/m²
• F · Puntello dell'aletta ×1 — spiedino di legno Ø 3 mm

Passo passo

1. Pulisci e orienta la scatola

   Apri la scatola della pizza e togli i resti di cibo. Chiudila e mettila con la cerniera (il lato dove si piega il coperchio) verso dietro. Scrivi «DIETRO» a matita sul coperchio, vicino alla cerniera.

   Verifica: Il coperchio deve chiudersi piatto e senza grandi fessure ai lati.

2. Segna l'aletta

   Ritaglia il righello del margine B. Appoggialo contro ciascuno dei quattro bordi del coperchio e traccia all'interno una linea a 25 mm. Ti resta disegnato un quadrato di 280 × 280 mm.

   Verifica: Misura le due diagonali del quadrato: devono essere uguali (circa 396 mm) con 3 mm di tolleranza.

3. Taglia tre lati adulto

   Con taglierino e righello, taglia il lato anteriore e i due laterali del quadrato, attraversando solo il coperchio. NON tagliare il lato posteriore: è la cerniera dell'aletta. Fai due o tre passate leggere invece di una forte.

   Trucco: Metti un'asse o un cartone spesso dentro la scatola, sotto il coperchio, per non tagliare il fondo.

4. Segna la piega

   Passa una penna scarica sulla linea posteriore, appoggiata al righello, premendo. Solleva l'aletta e piegala all'indietro fino a 90° varie volte perché la cerniera diventi morbida.

   Verifica: L'aletta deve aprirsi dritta, senza piegarsi in un altro punto.

5. Rivesti l'aletta di alluminio

   Taglia un pezzo di alluminio di 30 × 30 cm. Spalma con la colla stick la faccia interna dell'aletta (quella che guarda verso la scatola quando la chiudi). Incolla l'alluminio con il lato più lucido verso l'esterno e liscialo dal centro verso i bordi con un panno. Sui tre lati liberi, ripiega dietro i 10 mm in eccesso e fissali con il nastro; sul lato della cerniera, taglia l'eccesso a filo della piega.

   Verifica: Specchiati nell'aletta: devi vedere la tua sagoma sfocata.
   Trucco: Meno grinze ci sono, più luce viene riflessa. Se si stropiccia molto, meglio ricominciare con un altro pezzo.

6. Incolla il primo strato di pellicola

   Apri del tutto la scatola. Dalla parte INTERNA del coperchio, incolla un pezzo di pellicola di 35 × 35 cm coprendo il vano della finestra. Fissa prima un lato con il nastro, tira verso il lato opposto e incollalo, e poi gli altri due.

   Verifica: La pellicola deve restare tesa come un tamburo: se dai un colpetto risuona e non fa sacche.

7. Incolla il secondo strato di pellicola

   Chiudi la scatola e incolla un altro pezzo di pellicola di 35 × 35 cm FUORI, sulla cornice di 25 mm, altrettanto teso. Tra i due strati resta un'intercapedine d'aria dello spessore del cartone (circa 3 mm) che isola come una doppia finestra.

   Verifica: Guardando dalla finestra, vedi l'interno senza grandi grinze e senza buchi.

8. Rivesti le pareti e il fondo

   Incolla 4 strisce di alluminio di 30 × 4 cm (4 cm è l'altezza della parete) sulle quattro pareti interne, con il lato lucido verso l'interno. Taglia il cartoncino nero C a misura del fondo (circa 300 × 300 mm) e incollalo con la colla stick.

   Trucco: L'alluminio delle pareti rimanda verso il fondo la luce che entra storta.

9. Sistema l'isolamento

   Arrotola 4 tubi di giornale di circa 20 mm di spessore (D) e tagliali alla misura interna della parete meno 20 mm (circa 285 mm). Fissali con il nastro lungo le pareti, sopra il cartoncino, a girandola: ogni tubo parte da un angolo e la sua punta tocca il fianco del successivo, formando una cornice. Lascia libero il centro per il piatto.

   Verifica: Il coperchio deve chiudersi senza schiacciare i tubi; se non si chiude, schiacciali un po'.

10. Metti l'indicatore di orientamento

    Ritaglia il disco E (Ø 24 mm), incollalo in un angolo anteriore della cornice di 25 mm del coperchio, senza toccare la pellicola, e pianta al centro un pezzo di stuzzicadenti ben verticale che sporga di 15 mm. Ti dirà se la scatola è rivolta verso il sole.

11. Prepara il puntello

    Fissa con il nastro un'estremità dello spiedino di 30 cm (F) a un angolo libero dell'aletta. Apri l'aletta a circa 70° e appoggia l'altra estremità sul bordo laterale del coperchio, a circa 20 cm dalla cerniera. Fissala con un pezzo di nastro che puoi staccare.

    Verifica: Soffia forte verso l'aletta: non deve muoversi.

12. Metti dentro il cibo

    Metti sul piatto scuro due biscotti con sopra un quadretto di cioccolato e un marshmallow. Apri la scatola, appoggia il piatto al centro del fondo nero e chiudi il coperchio con attenzione per non rompere la pellicola.

13. Mettilo al sole

    Porta il forno al sole diretto, su un pavimento o un tavolo senza ombre, con la cerniera dal lato opposto al sole. Gira la scatola finché l'ombra dello stuzzicadenti punta dritta verso la cerniera. Se il sole è basso (inverno o prima delle 11), rialza il bordo posteriore con un libro di 4–6 cm.

    Verifica: Guarda dalla finestra: il riflesso luminoso dell'aletta deve cadere dentro, sul piatto.

14. Regola l'angolo dell'aletta

    Fai scorrere l'estremità libera dello spiedino finché la macchia di luce riflessa copre tutta la finestra. Come guida: 60° d'inverno, 70° in primavera e autunno, 80° d'estate a mezzogiorno. Riregola ogni 15–20 minuti perché il sole si sposta.

15. Aspetta e tira fuori il cibo adulto

    Aspetta 15–40 minuti senza aprire la scatola (ogni volta che la apri perdi l'aria calda). Quando il cioccolato è lucido e il marshmallow si gonfia, apri la scatola e tira fuori il piatto con le presine.

    Verifica: Se hai il termometro, annota la temperatura all'inizio e ogni 10 minuti.

Funziona? La prova

Con il forno vuoto e il termometro dentro (o un quadretto di cioccolato sul piatto), mettilo al sole a mezzogiorno con l'aletta ben orientata. Leggi la temperatura attraverso la pellicola ogni 5 minuti per 30 minuti senza aprire.

Cosa deve succedere: In una giornata di sole di primavera o d'estate (25–30 °C di temperatura ambiente), l'interno passa dalla temperatura ambiente a 55–80 °C in 20–30 minuti. Il cioccolato (fonde a 30–35 °C) diventa lucido e si ammorbidisce in 10–15 minuti; il marshmallow si gonfia in 25–40 minuti. D'inverno, con il sole, si arriva a 40–55 °C: abbastanza per il cioccolato.

Se qualcosa non va

• Non supera 35–40 °C — Poca luce (nuvole, sole basso) oppure l'aletta non riflette verso l'interno. Soluzione: Prova tra le 12:00 e le 15:00, rialza la scatola verso il sole e regola l'aletta finché il riflesso cade dentro la finestra.
• Si scalda e si raffredda subito — Entra aria: pellicola allentata, crepe agli angoli della scatola o vento. Soluzione: Tendi la pellicola e sigilla con il nastro gli angoli e la fessura di chiusura della scatola. Mettila al riparo dal vento.
• La pellicola si appanna all'interno — Il cibo rilascia vapore acqueo che si condensa sulla pellicola fredda. Soluzione: È normale con cibi umidi. Usa cibi secchi (biscotti, cioccolato) o lascia uno spiraglio di 5 mm per 2 minuti perché esca il vapore.
• L'aletta cade o si muove con il vento — Lo spiedino è solo appoggiato. Soluzione: Fissa le due estremità dello spiedino con il nastro e metti una pietra sulla scatola. Se c'è molto vento, lega un filo dall'angolo dell'aletta alla scatola come secondo sostegno.
• Il fondo si scalda poco anche se entra il sole — Il cartoncino nero è lucido oppure è coperto dal piatto bianco. Soluzione: Usa cartoncino nero opaco e un piatto scuro. Un piatto bianco riflette la luce e si scalda molto meno.
• Il cibo ci mette più di un'ora — Troppo cibo o alimenti con molta acqua (frutta, salsa). Soluzione: Metti porzioni piccole e sottili. L'acqua ha bisogno di molta energia per scaldarsi; il cioccolato e il formaggio, poca.

Sicurezza

• Il taglierino lo usa solo un adulto, con il righello e qualcosa di duro sotto il coperchio.
• Dentro possono esserci 70–80 °C: il piatto e l'alluminio scottano. Tira fuori il piatto sempre con le presine.
• Non guardare il sole né l'aletta di alluminio quando riflette: abbaglia. Usa gli occhiali da sole e guarda la finestra di lato.
• Solo cibi pronti da mangiare che basta scaldare o sciogliere. Mai carne, pesce, uova o riso crudi: il forno non garantisce i 75 °C al centro.
• Usa una scatola pulita: se ha unto, muffa o resti, cambiala.
• Se l'interno si scalda molto (da 70–80 °C in su), la pellicola può ammorbidirsi: se vedi che si raggrinzisce verso l'interno, apri l'aletta un po' meno.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

La luce del sole è energia. Quando cade su qualcosa di nero, il nero se la «mangia» e si scalda, come una maglietta nera d'estate. L'alluminio dell'aletta è uno specchio che manda più luce dentro, come se ci fossero due soli. La plastica trasparente lascia passare la luce, ma non lascia uscire l'aria calda, proprio come un'auto chiusa al sole. Per questo dentro la scatola fa sempre più caldo e il cioccolato si scioglie.

Per l'adulto

In pieno sole arrivano circa 1000 W/m² di irraggiamento. Una finestra di 0,28 × 0,28 m (0,078 m²) riceve circa 70–80 W diretti se il sole la colpisce di fronte (con la scatola in piano e il sole a 30–70° di altezza, circa 40–75 W); l'aletta riflettente, ben orientata, ne aggiunge altri 40–60 W (l'alluminio da cucina riflette ≈ 85 %, ma con le grinze una parte si disperde). Il cartoncino nero opaco assorbe ≈ 90 % del visibile e si scalda. La pellicola di polietilene è trasparente al visibile, e il suo ruolo principale non è bloccare l'infrarosso (il PE è abbastanza trasparente all'IR) ma impedire la convezione: l'aria calda resta confinata; è l'«effetto serra» in senso colloquiale. La temperatura sale finché le perdite (conduzione attraverso le pareti, convezione e irraggiamento attraverso la finestra) eguagliano l'energia assorbita. Per questo migliorano il forno il doppio strato di pellicola (aria ferma di 3 mm, conducibilità ≈ 0,025 W/m·K), l'isolamento di giornale e la sigillatura delle fessure. Detto questo, un forno di cartone raggiunge 55–80 °C; i forni solari commerciali arrivano a 120–150 °C con vetro, più riflettori e un isolamento migliore. Angolo del riflettore: perché un raggio con altezza solare h venga riflesso in verticale, lo specchio deve formare 45° + h/2 con l'orizzontale.

• assorbimento: quando un materiale trattiene la luce che gli arriva e la trasforma in calore.
• riflessione: quando la luce rimbalza su una superficie, come su uno specchio.
• effetto serra: la luce entra attraverso qualcosa di trasparente, scalda l'interno e il calore non può uscire.
• isolante: materiale che lascia passare il calore molto lentamente (aria ferma, carta, sughero).
• irraggiamento: quantità di energia della luce che cade su ogni metro quadrato.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto segna e taglia l'aletta. Il bambino incolla l'alluminio e il cartoncino, aiuta a tendere la pellicola e, soprattutto, confronta: cioccolato sul nero e sul bianco. Concentrati su «il nero assorbe, l'alluminio fa rimbalzare, la plastica tiene il calore».
• 8–10 anni: Fanno tutti i passaggi tranne il taglio con il taglierino. Fai misurare loro la temperatura ogni 5 minuti e annotarla in una tabella, e lascia che scoprano da soli l'angolo migliore dell'aletta guardando il riflesso.
• 11–12 anni: Fai disegnare il grafico temperatura–tempo e confrontare versioni (1 o 2 strati di pellicola, con o senza giornale). Sfida: calcolare l'angolo dell'aletta con la formula 45° + h/2 misurando l'altezza del sole con l'ombra di un bastone.

In gruppo o in classe

Squadre di 3–4 bambini, un forno per squadra (scatole della pizza chieste in anticipo a una pizzeria). Per squadra: 1 scatola, 1 m di alluminio, 1 m di pellicola, 1 cartoncino nero, 1 giornale, 1 spiedino, nastro adesivo. L'adulto porta le alette già tagliate. Sessione di 90 min: 10 min di spiegazione, 40 min di montaggio, 40 min di prova al sole in cortile con un quadretto di cioccolato per squadra e un termometro condiviso che gira tra le squadre. Vince il forno che scioglie prima il cioccolato o che raggiunge la temperatura più alta dopo 20 min.

Sfide

• Arriva a 80 °C dentro il forno senza cambiare scatola.
• Aggiungi alette riflettenti sugli altri tre lati (con cartone e alluminio) e misura quanto sale.
• Progetta un forno che funzioni con il sole d'inverno inclinando la scatola: qual è l'angolo migliore?
• Prepara un biscotto con cioccolato fuso e marshmallow (s'more) in meno di 30 minuti.
• Costruisci un forno solare a imbuto con un ombrellino o una ciotola rivestita di alluminio e confronta.

Altri progetti gratis

• Meridiana equatoriale
• Misuratore di vento a bicchieri
• Orologio ad acqua con due bottiglie
• Termometro ad acqua colorata

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