ELETTROMAGNETISMO

Ecco due filmati che spiegano in modo chiaro i fenomeni dell'elettromagnetismo, un argomento non certo facile da capire.

CAMPO ELETTRICO, CAMPO MAGNETICO, ONDE EM

Ecco qui una spiegazione intuitiva  riguardo al campo elettrico, al campo magnetico ed alle onde elettromagnetiche. Non è semplice capire questi concetti, che sono molto importanti, ma ho trovato una spiegazione che mi pare vada bene.

 1- Il campo elettrico

Per capire cos'è un campo elettrico partiamo dall'esperimento che tutti, da bambini o da adulti, abbiamo sicuramente fatto. Si prende un pezzo di plastica (ad esempio una penna) e lo si strofina su della lana (ad esempio un maglione) per qualche secondo. Avvicinando la penna ad alcuni pezzetti di carta questi verranno attratti già quando sono a 4-5 centimetri di distanza dalla penna. E' come se attorno alla plastica che è stata strofinata si fosse creata una "zona" per cui se un qualsiasi pezzetto di carta entra in questa zona viene attratto. Questa zona prende il nome di Campo Elettrostatico o semplicemente campo elettrico. 

2- Il campo magnetico 

Per introdurre il concetto di campo magnetico facciamo anche in questo caso un esperimento simile al precedente utilizzando però una calamita al posto della penna ed alcuni trucioli di ferro al posto dei pezzetti di carta. Stavolta la calamita non ha bisogno di essere strofinata per attirare i pezzetti di ferro. Analogamente al primo esperimento, i trucioli di ferro sono attratti dalla calamita quando entrano in una "zona" che sta attorno alla calamita. Questa "zona" è tanto più ampia quanto più la calamita è potente e prende il nome di Campo Magnetico.

3- Quali le diversità tra i due fenomeni ?

Benchè apparentemente simili, i due esperimenti presentano delle diversità sostanziali.

Innanzi tutto la penna strofinata sulla lana, benchè attiri i pezzetti di carta non attira di certo i trucioli di ferro. Viceversa la calamita attira i trucioli di ferro ma non la carta.

Ma l'elemento che distingue maggiormente il fenomeno elettrostatico da quello magnetico è l'impossibilità per quest'ultimo di creare il cosiddetto monopolo magnetico. Cioè mentre è possibile avere un materiale carico elettrostaticamente con segno positivo o con segno negativo, il magnete esiste sempre con entrambe le polarità.

Per provarlo provate a prendere una calamita, constatate che da un lato vi è presente il polo N e dall'altro vi è il polo S. Se ora provate a spezzare la calamita per dividere il polo N da quello S non ci riuscite in quanto otterrete due calamite più piccole, ciascuna con i poli N ed S. 

Si veda per chiarezza la figura seguente. 

 4- Le onde elettromagnetiche

Il legame tra campo elettrico e campo magnetico è frutto di scoperte scientifiche fatte durante il 1800.

Le ricerche hanno portato a constatare che tra campo elettrico e campo magnetico vi è un profondo legame:

Un campo elettrico variabile genera un campo magnetico e viceversa.

Cosa significa questo ? Al solito facciamo un esempio considerando un esperimento.

Al posto della penna dell'esperimento precedente, caricata strofinandola con un panno di lana, prendiamo stavolta un disco di plastica che fissiamo con un perno centrale così che possa ruotare.

Ora strofiniamo il disco con il solito panno di lana, così da caricarlo come per la penna.

Il disco carico genera un campo elettrico, come abbiamo visto in precedenza. Adesso però facciamo ruotare il disco in modo da mettere in movimento le cariche che generano il campo elettrico e produrre quindi un campo elettrico variabile.

Avvicinando al disco in rotazione l'ago di una bussola, quest'ultimo tenderà ad orientarsi verso il disco.

Questa è la prova che il campo elettrico variabile che abbiamo creato ha generato un campo magnetico il quale è rilevabile tramite l'ago di una bussola. 

Per provare il viceversa, cioè che un campo magnetico variabile genera un campo elettrico, andiamo a descrivere un apparecchio che tutti, più o meno frequentemente, abbiamo utilizzato: la dinamo della bicicletta.

La dinamo è composta essenzialmente da un magnete che può ruotare all'interno di un avvolgimento di filo di rame. La rotazione del magnete produce un campo magnetico variabile il quale genera un campo elettrico. Vi ricordate cosa fa il campo elettrico ? Attira le cariche elettriche che, nel caso specifico, sono gli elettroni presenti nel rame. Questi muovendosi generano una corrente elettrica che fa accendere la lampadina collegata alla dinamo.

Quindi un campo magnetico variabile genera un campo elettrico che nel caso particolare della dinamo viene utilizzato per muovere gli elettroni e generare quindi una corrente elettrica.

Fu un tale di nome Maxwell che riuscì a descrivere matematicamente questi fenomeni e a sciogliere così ogni dubbio sulle leggi fisiche che regolano i campi elettrici e magnetici.

La deduzione più brillante di queste ricerche, che è oggi alla base delle moderne telecomunicazioni cellulari è che un campo elettrico variabile genera (si dice anche "induce") un campo magnetico variabile il quale a sua volta induce un campo elettrico variabile che induce un campo magnetico variabile e così via ... il risultato è un'onda, detta onda elettromagnetica, che si propaga nello spazio ed è composta da un campo elettrico e da un campo magnetico. 

Vedi anche qui per saperne  di più sulle onde elettromagnetiche

LEGGE DI OHM

Il fisico tedesco Ohm (1784-1854) agli inizi del 1800 dimostrò che in un filo conduttore percorso da corrente elettrica esiste una relazione tra la d.d.p. ai suoi capi, la resistenza del filo e l'intensità di corrente che percorre il conduttore. Egli formulò due importanti leggi che prendono il suo nome.

Prima legge di Ohm

In un filo conduttore l'intensità di corrente ( I ) è direttamente proporzionale al voltaggio ( V ) ed inversamente proporzionale alla resistenza ( R ). Con parole più semplici possiamo dire che, in un circuito, la corrente aumenta all'aumentare della tensione della pila o al diminuire della resistenza del circuito stesso. La corrente diminuisce se diminuisce la tensione della pila o aumenta la resistenza del circuito.

Questi concetti sono riassunti nella prima legge di Ohm, che ha la seguente formula:

                                                                          I = V / R

Dalla formula I= V / R si possono ricavare le formule inverse che, in un circuito, ci permettono di calcolare il voltaggio ( conoscendo l'intensità e la resistenza ) o la resistenza ( conoscendo il voltaggio e l'intensità ):

                                        V= I x R                                                            R= V / I

Questa applet ( cliccare sull' immagine ) mostra un circuito elettrico (ridotto all'essenziale) idoneo alla verifica dell'applicazione della legge di Ohm; nel circuito sono inseriti:

• una resistenza (R1);
• un amperometro (A);
• un generatore di f.e.m. (G);

• la resistenza può variare il proprio valore da 2 a 20 W; a seconda del valore della resistenza, il simbolo che la rappresenta cambia colore;
• l'amperometro può misurare da un minimo di 0.25 ad un massimo di 10.0 A;
• il generatore di f.e.m. può erogare una ddp da un minimo di 5 ad un massimo di 30 V;

Per azionare il circuito occorre settare i valori voluti di R1 e G mediante le apposite slidebar, quindi chiudere il circuito facendo un click sull'interruttore; dopo la chiusura del circuito viene calcolato il valore dell'intensità di corrente (ovviamente in base alla legge di Ohm) e ne viene mostrato il valore sull'amperometro; se i valori impostati superano il fondoscala dell'amperometro, un apposito segnale viene scritto ed il circuito viene aperto automaticamente;

VOLTA E LA PILA

Nel 1778, anno in cui arrivò all' Università di Pavia, conquistandosi la cattedra di Fisica sperimentale, Alessandro Volta (1745-1827) era già famoso tra la cerchia di ricercatori dell'epoca. Mentre i familiari lo avrebbero voluto prete o uomo di legge, nel 1778 aveva già firmato alcuni trattati sull'elettricità, aveva inventato strumenti come l' elettroforo e scoperto il metano, l' “aria nativa delle paludi”, come Volta chiamava il gas. Gli esperimenti sulla pila, che lo avrebbe poi reso famoso  ( e che gli avrebbe fatto guadagnare il posto sulle vecchie banconote da 10mila lire ) cominciarono proprio in quegli anni, come risposta alle teorie sull' elettricità animale di Galvani

Le rane animate del collega-avversario Galvani infatti non convincevano appieno Volta, per il quale le contrazioni dei muscoli osservate quando venivano toccate con una pinza, non indicavano la presenza di un'elettricità interna ai piccoli anfibi, quanto piuttosto la rivelazione del suo passaggio. Per Volta infatti era nella presenza di due diversi metalli usati nell'esperimento – la pinza e i ganci usati per montare i muscoli della rana - la ragione in cui andava ricercata l'origine del fenomeno. 

La disputa con Galvani avrebbero portato Volta all'invenzione della pila. Il lavoro dello scienziato infatti all'inizio serviva a dimostrare che per generare energia elettrica non ci fosse bisogno di nessun tessuto animale. Bastava mettere insieme diversi metalli e un opportuno sistema per veicolare l'elettricità. Dopo averne provato varie combinazioni e averli testati, si dice anche sulla propria lingua, Volta creò il primo generatore di energia elettrica che si chiamò prima “organo elettrico artificiale” (per analogia a quello animale della torpedine) poi, senza troppa fantasia, pila, per via della disposizione dei vari elementi. 

1801, Volta illustra pila a Napoleone

Il suo marchingegno era costituito da una serie di dischetti di rame (o argento) e stagno (o zinco) che si alternavano in altezza, in cui ogni coppia di dischetti era inframmezzata da cartone (o un panno) imbevuto in una soluzione di acqua salata o acidulata. Collegando la pila a un circuito era possibile osservare il passaggio di corrente continua, anche grazie all'azione chimica dell'acqua salata. Lo scienziato, cosciente della portata della sua invenzione, che avrebbe rivoluzionato le ricerche su elettrochimica ed elettromagnetismo, scrisse una lettera al presidente della Royal Society of London, Joseph Banks per annunciargli la trovata ( qui uno dei disegni inclusi nella lettera). Era il 20 marzo del 1800 e con quella trovata Volta si guadagnava una fama tale da portarlo a mostrare la sua invenzione anche a Napoleone l'anno seguente.
Fino al 1869, anno dell'invenzione della dinamo, la pila fu l'unico mezzo di produzione della corrente elettrica.

DA FARADAY A MARCONI

Da una lezione- ricerca con la LIM, uno sguardo alla onde elettromagnetiche, la cui scoperta ha  così tanto cambiato il nostro stile di vita!

onde elettromagnetiche

ENERGIA ELETTRICA, PERCHE' E COME

Dal lavoro di un Istituto Tecnico, un aiuto per un semplice ma chiaro viaggio nel mondo dell'energia elettrica

ELETTRIZZAZIONE

Per gli alunni di terza, un'animazione sull'elettrizzazione molto chiara, tratta dal materiale on-line del nostro libro di testo. Dopo aver cliccato sul link, andare su elettrizzazione dei corpi su pc.

La scoperta della possibilità di trasmettere a distanza le proprietà elettriche di un corpo strofinato venne fatta da Stephen Gray.
Nel 1729 Gray comunicò ad alcuni membri della Royal Society che la "virtù elettrica" di un tubo di vetro strofinato poteva essere trasmessa ad altri corpi, sia per contatto diretto, sia collegando il corpo carico con un altro scarico mediante un filo metallico.
Era ormai chiaro che l'elettricità poteva essere separata dal corpo nel quale era stata prodotta. Essa non era quindi una proprietà esclusiva di certi materiali.
La figura illustra come, con un tubo di vetro elettrizzato, si possa caricare un corpo sospeso (isolato) toccando il filo metallico che sorregge la persona e non direttamente la persona.