GUGLIELMO MARCONI

                     

                            
                            

IL MAGNETISMO

Il magnetismo è un fenomeno fisico dimostrato da alcuni materiali che hanno la capacità di attrarre il ferro nonché di trasmettere tale capacità ad altri materiali.

Gli antichi avevano scoperto la capacità di alcuni minerali (ad esempio la magnetite) di attrarre la limatura di ferro o piccoli oggetti ferrosi. Questa capacità di esercitare una forza a distanza e` chiamata forza magnetica.

Una proprietà interessante dei magneti naturali è che essi presentano un polo nord e un polo sud; se si divide in due parti un magnete, tentando di “separarne” i due poli, si ottengono due magneti del tutto simili (ciascuno con una coppia di poli opposti).

Le forze di attrazione dei due poli di un magnete generano un campo magnetico.

Particolarmente rilevante è l’esistenza di un magnetismo terrestre.

Il Polo Nord magnetico è spostato di circa 1.000 km da quello geografico e si trova attualmente in territorio canadese. La definizione di polo nord e sud è legata alla proprietà di un ago magnetico che è libero di ruotare senza attriti attorno al suo baricentro e di disporsi lungo le linee del suddetto campo di forze.

Pertanto definendo il polo magnetico “nord” quello dell’ago della bussola che si rivolge a Nord ne segue che il polo Nord terrestre è in realtà un polo Sud magnetico e viceversa.
L'origine del campo magnetico terrestre è da ricercarsi nella parte esterna fluida del nucleo. La parte interna solida è ricca di ferro e nichel, che sono minerali ferromagnetici, ma si trova a una temperatura elevatissima alla quale anche il ferro e il nichel cessano di essere magnetici. Perciò si pensa che il campo magnetico terrestre sia generato da correnti elettriche che circolano nel nucleo liquido.
Gli scienziati pensano che un magnete sia costituito da moltissimi magnetini elementari (corrispondenti ad atomi o molecole) disposti in modo ordinato, in una stessa direzione, con il polo Nord in un verso ed il polo Sud in quello opposto.

All' interno del magnete, ogni polo Nord di un magnetino, viene neutralizzato dal polo Sud del magnetino vicino; gli unici punti della calamita in cui la forza magnetica rimane non bilanciata e manifesta tutto il suo valore sono i poli.

 Secondo questa teoria i corpi di ferro, di acciaio o le leghe contenenti  ferro, cobalto o nichel, sono costituiti anch'essi  da magnetini elementari disposti però in modo disordinato: in condizioni normali, quindi, non manifestano proprietà magnetiche.
Se questi corpi entrano nel campo magnetico di una calamita, diventano anch'essi magneti perché i loro magneti elementari, sotto l'influsso della forza magnetica, si dispongono ordinatamente uno di seguito all'altro e con i poli opposti affacciati.

Secondo questa teoria i corpi di ferro, di acciaio o le leghe contenenti  ferro, cobalto o nichel, sono costituiti anch'essi  da magnetini elementari disposti però in modo disordinato: in condizioni normali, quindi, non manifestano proprietà magnetiche.
Se questi corpi entrano nel campo magnetico di una calamita, diventano anch'essi magneti perché i loro magneti elementari, sotto l'influsso della forza magnetica, si dispongono ordinatamente uno di seguito all'altro e con i poli opposti affacciati.
Se il corpo è di ferro la magnetizzazione sarà temporanea, se è di acciaio o alnico la magnetizzazione sarà, invece, permanente. Questa teoria ci permette di dare una facile spiegazione ai tre metodi di magnetizzazione per strofinio, contatto e induzione.
Strofinando l'oggetto con un magnete i magnetini si orientano in gran parte nella stessa direzione.
Tenendo un polo magnetico a contatto con l' oggetto di ferro i magnetini si orientano nella stessa direzione.
Avvicinando un polo di un magnete ad un oggetto di ferro i magnetini si orientano nella stessa direzione

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

ALTERNATORE

L'alternatore è una macchina rotante, costituita essenzialmente da due parti distinte: una mobile, chiamata rotore, ed una fissa, chiamata statore.

Ad esempio la parte fissa può essere formata da magneti che generano il campo magnetico nel quale è immersa la parte mobile, cioè una spira 

Per mettersi in funzione l'alternatore ha poi necessità d'energia meccanica, cinetica, la quale gli può essere fornita dalle turbine idrauliche.

L'energia meccanica giunge così al rotore che si mette in movimento e, in virtù dei campi elettromagnetici indotti, si crea la forza elettromotrice.
Vediamo questo breve e semplice film, ve lo farà capire benissimo !

                        

CHE COS'E' L'AURORA BOREALE

L'aurora boreale è un fenomeno fisico provocato dall'urto di particelle elementari, per lo più elettroni, contro gli atomi che si trovano negli strati più esterni dell'atmosfera terrestre. A causa degli urti gli atomi si eccitano ed emettono luce di diverso colore. Le aurore hanno una grande varietà di caratteristiche e compaiono nelle regioni polari sia nell'emisfero boreale sia in quello australe, per cui è più corretto chiamarle aurore polari.

Per secoli ritenute segni divini

Drappeggi colorati che si agitano come sospinti dal vento, macchie lattiginose, archi di luce e raggiere pulsanti, lingue di fuoco: le aurore boreali sono fenomeni luminosi molto frequenti nelle zone polari, dove si manifestano con una grande varietà di forme e di colori. Per questo motivo nell'antichità furono considerate prodigi di natura divina.

Uno dei primi a tentare una spiegazione scientifica del fenomeno è stato nel 4° secolo a.C. il filosofo greco Aristotele. Nella sua opera Meteorologia attribuì le aurore boreali ai vapori che da terra salivano verso il cielo. Ma la corretta spiegazione è arrivata solo a partire dai primi del Novecento, quando è stata chiarita la struttura dell'atomo e gli astronomi hanno capito meglio la natura del Sole e le sue complesse interazioni con la Terra.

Poiché fin dall'antichità il fenomeno è stato segnalato e descritto dai popoli dell'emisfero nord o boreale, per molto tempo si è pensato che fosse esclusivo di questa parte del mondo ed è stato ribattezzato aurora boreale. Oggi sappiamo invece che si verifica anche nell'emisfero australe ed è quindi più opportuno usare il termine generico di aurore polari.

Apparenze diverse, ma una sola causa

All'origine dei tanti volti delle aurore polari c'è lo stesso fenomeno fisico: l'urto di sciami di particelle elementari di origine solare con gli strati più alti dell'atmosfera terrestre.

Il nostro Sole è una stella, come tante altre nell'Universo, e al suo interno si verificano processi di fusione nucleare. Le reazioni nucleari sono accompagnate dalla liberazione di energia che, dagli strati più esterni del onde elettromagnetiche (luce e altre radiazioni invisibili) e di particelle elementari, per lo più elettroni e protoni. Il flusso delle particelle proiettate nello spazio aumenta o diminuisce in funzione di fenomeni turbolenti come le eruzioni e le macchie solari.

Sole, si diffonde nello spazio circostante sotto forma di

Viaggiando alla velocità di centinaia di chilometri al secondo, le particelle arrivano in prossimità della Terra e fluiscono attorno al campo magnetico che avvolge il nostro pianeta. Alcuni sciami di particelle si insinuano in corrispondenza dei Poli, dove il campo magnetico è più debole e, ad altezze variabili fra 300 e 100 km, urtano contro gli atomi della rarefatta atmosfera. In seguito agli urti alcuni atomi si caricano di energia e diventano luminescenti: per esempio l'azoto emette luci bluastre, l'ossigeno verdastre.

Così hanno origine le aurore polari, che sono più frequenti e intense quando l'attività solare è ai livelli massimi e quindi i flussi di particelle aumentano. In media, gli abitanti delle zone a 60°÷70° di latitudine possono assistere a un centinaio di aurore polari ogni anno. Eccezionalmente, in occasione delle più intense tempeste solari, il fenomeno è visibile anche alle latitudini più basse.

dalla stazione ISS

Anche in una lampada al neon

Da un punto di vista fisico il fenomeno delle aurore polari è del tutto analogo a quello che avviene all'interno delle comuni lampade al neon, dove scariche di elettroni eccitano gli atomi del gas rarefatto e lo rendono luminescente. A differenza di una lampada a filamento che brilla per incandescenza, raggiungendo temperature di migliaia di gradi, quella al neon viene anche chiamata luce fredda perché la luminescenza si verifica a basse temperature.

da: http://www.treccani.it/enciclopedia/aurora-boreale_(Enciclopedia-dei-ragazzi)/

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

MOTORE ELETTRICO

Schema di funzionamento di un motore elettrico:

Quando l’avvolgimento è percorso da corrente, genera un campo magnetico e riceve una spinta che dipende dal verso della corrente e dall’orientamento del magnete fisso. Nella figura, tale spinta è rappresentata con due frecce nere.
La forza che spinge un filo percorso da corrente elettrica immerso in un campo magnetico si chiama forza di Lorentz, in onore del fisico olandese Hendrik Lorentz.

Potete trovare un’animazione del motore elettrico su WEB-LAB

CORRENTE INDOTTA

Dopo la scoperta di Oersted ( 1820), secondo cui una corrente elettrica è in grado di produrre un campo magnetico, fu naturale da parte dei maggiori scienziati del tempo chiedersi se potesse valere anche l'inverso, ovvero se, e in quali condizioni, un campo magnetico fosse in grado di generare una corrente elettrica. La risposta positiva venne nel 1831 da Michael Faraday.
Muovendo un magnete nelle vicinanze di un conduttore verrà indotta una corrente elettrica all'interno del conduttore; quando il movimento del magnete cessa, si arresta anche il flusso di corrente all'interno del conduttore. Lo stesso avviene se il conduttore è in movimento all'interno di un campo magnetico in quiete, infatti ciò che genera il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è il movimento relativo tra un conduttore e un campo magnetico.
In conclusione si può dire che si ha produzione di corrente indotta, e quindi di forza elettromotrice indotta (f.e.m.), tutte le volte che un circuito elettrico viene attraversato da un campo magnetico che varia nel tempo.