Elettromagnetismo
Forza elettrica. Proviamo a strofinare una biro contro un maglione di lana e avviciniamola ad alcuni pezzetti di carta. Cosa succede?
Quasi per magia i pezzetti di carta vengono attirati. Come mai? La forza che agisce tra i pezzetti di carta e gli oggetti di plastica o di
vetro viene chiamata FORZA ELETTRICA. Perché i corpi si elettrizzano? In condizioni normali gli atomi, i componenti più piccoli della
materia, sono elettricamente neutri; ogni atomo è formato da un nucleo centrale composto da particelle neutre, i NEUTRONI, e
particelle con una carica positiva, i PROTONI. Intorno al nucleo si trovano particelle con una carica negativa, gli ELETTRONI. In
condizioni normali il numero di elettroni e di protoni è uguale per questo gli atomi sono neutri. Due cariche elettriche che hanno lo
stesso segno si respingono mentre due cariche elettriche con segno diverso si attraggono. Lo strofinio determina lo spostamento
degli elettroni dal maglione alla biro: il maglione perdendo elettroni si carica positivamente mentre la biro, acquistando elettroni, si
carica negativamente e da questo deriva la forza elettrica che attira i pezzetti di carta.
Elettroscopio. Si può vedere se un oggetto è elettrizzato attraverso uno strumento chiamato ELETTROSCOPIO che misura le cariche
elettriche. L'elettroscopio è formato da un recipiente di vetro con al proprio interno un'asticella di metallo: sulla parte finale
dell'asticella di metallo sono posizionati due piccoli foglietti di alluminio. Se si avvicina un corpo carico, le cariche attraversano
l'asticella e vengono trasferiti ai due foglietti di alluminio che, acquistando cariche dello stesso segno, si respingeranno.
Elettrizzazione per strofinio. Come abbiamo visto quando una biro viene strofinata contro un maglione acquista elettroni quindi si
carica negativamente. In questo caso si parla di elettrizzazione per STROFINIO. Si tratta di un fenomeno molto frequente che
avviene anche quando utilizziamo il pettine: i capelli si caricano tutti dello stesso segno, si allontanano tra di loro e rimangono dritti
sulla testa.
Elettrizzazione per contatto. Quando tocchiamo una barretta neutra con un oggetto caricato positivamente (o negativamente),
alcuni elettroni della barretta passano sull'oggetto. In questo modo la barretta si carica positivamente per CONTATTO.
Elettrizzazione per induzione. Osserviamo nella figura una barretta caricata positivamente che si avvicina ad una pallina neutra. Gli
elettroni della pallina sono attirati dalle cariche positive della barretta e si dispongono nella parte della pallina più vicina alla
barretta. In questo modo la pallina avrà una zona in cui sono presenti molti elettroni per cui sarà caricata negativamente mentre
l'altra parte non avrà elettroni quindi sarà caricata positivamente (ELETTRIZZAZIONE PER INDUZIONE).
Conduttori e isolanti. Gli elettroni non sono liberi di muoversi in tutti i corpi allo stesso modo. Se proviamo a strofinare una
barretta di metallo contro un maglione e avviciniamo la barretta a dei pezzettini di carta non succede nulla. Questo perché mentre
nella biro gli elettroni che sono stati acquistati strofinandola con il maglione si muovono molto lentamente e rimangono
intrappolati a lungo nel suo interno, nei metalli gli elettroni si spostano con grande facilità ed escono dalla sbarretta che si scarica
velocemente. Quindi i materiali conduttori sono quelli in cui gli elettroni si muovono velocemente mentre gli isolanti sono materiali
in cui gli elettroni si muovono molto piano.
Flusso di elettroni. Come abbiamo visto le cariche elettriche che trasferiamo da un maglione ad una biro rimangono
sostanzialmente ferme e intrappolate nella penna. Se invece gli elettroni si muovono formando un flusso ordinato possiamo parlare
di CORRENTE ELETTRICA. Perché gli elettroni si muovono? Pensiamo ad un filo conduttore che presenta ai due estremi una quantità
diversa di elettroni. Ora pensiamo a due recipienti comunicanti e che contengono una quantità diversa di acqua. L'acqua tende a
muoversi dal recipiente in cui la quantità è maggiore verso il recipiente in cui la quantità è minore. Allo stesso modo gli elettroni
passano dalla zona del filo conduttore dove sonon in quantità maggiore alla zona in cui sono in quantità minore. Si dice che gli
elettroni si muovono dalla zona a maggiore potenziale verso la zona a minore potenziale fino a quando entrambe le zone non
hanno lo stesso valore.
Intensità di corrente. In un conduttore non scorre sempre la stessa quantità di corrente elettrica così come in una conduttura non
scorre sempre la stessa quantità di acqua. Il flusso può essere formato da un numero maggiore o minore di elettroni: la quantità di
carica elettrica che passa in un conduttore in un certo intervallo di tempo rappresenta l'INTENSITA’ DI CORRENTE. L'unità di misura
è l'AMPERE.
Circuiti elettrici. Un semplice circuito elettrico è costituito da: un generatore di corrente, la PILA che produce la differenza di
potenziale elettrico quindi permette agli elettroni di muoversi, un conduttore, il filo elettrico, un utilizzatore, la lampadina che, se
attaccata al circuito, trasforma la corrente elettrica in energia termica (energia luminosa).Possiamo dividere i circuiti elettrici in due
gruppi: il primo in cui gli utilizzatori sono collegati in serie il secondo in cui le lampadine sono collegate in parallelo. Nel circuito in
serie svitando una lampadina la corrente non passa più mentre nel circuito in parallelo svitando una lampadina la corrente continua
a passare utilizzando l'altro percorso.
Prima legge di Ohm. Mentre i conduttori permettono il passaggio di corrente elettrica, gli isolanti lo ostacolano: l'opposizione che
un corpo esercita al passaggio della corrente elettrica si chiama RESISTENZA ELETTRICA. Prendiamo un circuito elettrico formato da
una pila, un filo elettrico e una lampadina. Se proviamo ad aumentare il voltaggio della pila, osserviamo che la lampadina aumenta
la sua luminosità. Quindi in un circuito se aumenta la differenza di potenziale, aumenta la corrente elettrica. Allo stesso modo se
sostituiamo una lampadina con un'altra che consuma di più a parità di generatore di corrente la seconda lampadina si illumina di
meno. Quindi se aumenta la resistenza diminuisce l'intensità di corrente. La prima legge di Ohm indica la relazione tra intensità,
differenza di potenziale e resistenza: V = I * R ossia la differenza di potenziale è direttamente proporzionale alla resistenza e
all'intensità di corrente (il rapporto è costante) mentre intensità di corrente e resistenza sono inversamente proporzionali (il
prodotto è costante).
Seconda legge di Ohm. La Resistenza non dipende solo dal materiale attraversato dalla corrente elettrica (in alcuni materiali passa
più velocemente in altri meno) ma anche dalle caratteristiche del circuito. La Resistenza del conduttore aumenta se aumenta la
lunghezza del filo e diminuisce se aumenta la sezione (grandezza) del filo. In altre parole la Resistenza è direttamente proporzionale
alla lunghezza del filo e inversamente proporzionale alla sezione del filo. R = r l / s r (la lettera erre in greco) è una costante che
dipende dal materiale del filo; l è la lunghezza del filo e s è la sezione del filo.
Elettromagnete. Elettricità e magnetismo sono strettamente collegati: una corrente elettrica genera un campo magnetico. Se
prendiamo un chiodo di ferro, avvolgiamo intorno del filo elettrico e colleghiamo i due capi del filo ad una batteria, il chiodo si
magnetizza e diventa una calamita. Questo fenomeno fisico è utilizzato nel momento in cui è necessario disporre di calamite
temporanee: ad esempio i freni di alcuni ascensori utilizzano gli elettromagneti.
Corrente indotta. Sappiamo che una corrente elettrica genera un campo magnetico. Al contrario, può un campo magnetico
generare una corrente elettrica? Una semplice esperienza mette in luce che questo è possibile. Muoviamo rapidamente una
calamita dentro una bobina collegata a una lampadina. Mentre la calamita si muove in su e in giù, la lampadina si accende: nel
circuito circola una corrente. Invece, se la calamita è ferma, la lampadina non si accende; quindi nel circuito non c’è corrente. La
corrente non è creata da una pila o da una batteria, ma dal movimento della calamita. All’interno della bobina, il campo magnetico
della calamita diventa intenso quando la calamita è vicina e ritorna debole quando essa è lontana. Un campo magnetico che varia
genera una corrente indotta.
