Esperimento fai-da-te: quale ha più energia – pila D o batteria da 9V?
Energia ≠ Voltaggio. Una 9V spinge più forte (voltaggio), ma una pila D contiene molta più energia totale (capacità). Dimostralo con questo semplice test di carico.
Materiali
- 1× Pila alcalina D fresca (LR20)
- 1× Batteria alcalina 9V fresca (6LR61)
- 1× LED (Rosso/Giallo ~2 V tensione diretta, 20 mA max)
- 1× Resistenza: 150 Ω (per pila D) / 390 Ω (per 9V) (limita la corrente a ~20 mA)
- Fili/morsetti a coccodrillo, Cronometro/Timer, Multimetro (opzionale ma ideale)
Procedura
- Costruisci il circuito: Batteria (+) → Resistenza → LED (anodo/piede lungo) → LED (catodo) → Batteria (–).
- Verifica che il LED si accenda (anche debole va bene—dimostra che il circuito funziona).
- Avvia il cronometro nel momento in cui il LED si illumina.
- Osserva finché il LED è appena percettibile in una stanza buia. Ferma il cronometro.
- Registra il tempo.
- Ripeti con l’altra batteria e la sua resistenza abbinata.
Risultati attesi e perché
| Batteria | Capacità nominale | Energia (Wh) | Tempo LED tipico (20 mA) |
|---|---|---|---|
| Alcalina D | ~12.000–18.000 mAh | ~18–27 Wh | 600–900+ ore (25–37 giorni) |
| Alcalina 9V | ~550–650 mAh | ~5–6 Wh | 25–35 ore |
La pila D dura circa 20–30 volte di più.
Spiegazione scientifica
- Energia (Joule) = Voltaggio × Carica (Coulomb).
- Pila D: 1,5 V × 15.000 mAh = 22,5 Wh = 81.000 J.
- 9V: 9 V × 600 mAh = 5,4 Wh = 19.440 J.
- La pila D immagazzina 4 volte più energia totale nonostante un voltaggio 6 volte inferiore.
Migliora l’esperimento (livello fiera della scienza)
- Usa un carico a corrente costante (es. LM317 come assorbitore di corrente a 10 mA) invece di LED+R.
- Registra voltaggio vs tempo con Arduino/Pi ADC → traccia curve di scarica.
- Calcola ∫ V(t) × I dt = energia effettivamente erogata.
- Testa a correnti diverse (1 mA, 10 mA, 100 mA) per mostrare l’effetto Peukert.
Questa dimostrazione insegna: Voltaggio è pressione; Capacità è dimensione del serbatoio. Energia = Pressione × Dimensione del serbatoio.