MAGNETISMO

ELETTROMAGNETISMO 1
LICEO GINNASIO STATALE “SAN NILO”
Prof.ssa Francesca Russo
L’ESPERIENZA DI ØERSTED
Fino agli inizi del XIX secolo i fenomeni legati all'elettricità ed al
magnetismo furono considerati indipendenti e di conseguenza studiati e
analizzati separatamente.
Nel 1819 il fisico Hans Christian Oersted
(1777 - 1851) scoprì casualmente, durante
una sua lezione, che un ago magnetico
posto nelle vicinanze di un circuito elettrico
subiva una deviazione dalla sua posizione
di equilibrio.
La scoperta dell’effetto magnetico della corrente elettrica fu resa nota da
Oersted il 21 luglio 1820 con una memoria di sole quattro pagine che porta il
titolo “Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticum”:
un ago magnetico, avvicinato ad un filo rettilineo percorso da corrente, si
dispone nella direzione perpendicolare al piano passante per il conduttore e
per il centro di sospensione dell'ago.
Questa esperienza segnò la data di nascita dell'elettromagnetismo, una
teoria unificata che dimostra come i fenomeni elettrici e magnetici siano
indissolubilmente collegati.
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UN
FILO RETTILINEO PERCORSO DA
CORRENTE ELETTRICA
Al fisico francese Andrè Marie Ampère (1775 - 1836)
fu poi dovuto il rapido sviluppo anche teorico di
questo nuovo campo di indagine.
La fotografia qui accanto è stata ottenuta
disponendo della limatura di ferro sparsa su un
piano perpendicolare alla direzione di un filo
rettilineo percorso da corrente.
Come si vede il campo magnetico intorno al filo
percorso da corrente non è radiale, cioè le linee
non hanno origine dal filo, ma risultano essere
circolari e concentriche, così che in ogni punto
la direzione del campo magnetico si mantiene
perpendicolare al filo.
(NB stiamo parlando in 3 dimensioni!)
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UN
FILO RETTILINEO PERCORSO DA
CORRENTE ELETTRICA
Utilizzando aghi magnetici al posto della limatura di
ferro e assegnando come verso delle linee quella
indicata dal polo nord dell'ago, si può vedere che le
linee di campo hanno un andamento antiorario se
la corrente esce dal piano, orario se la corrente
entra nel piano.
Regola della mano destra: avvolgendo idealmente
con la mano destra il filo conduttore con il pollice
nel verso della corrente, le altre dita danno il verso
delle linee di campo.
Si noti come le linee di forza magnetiche sono
sempre concatenate con la corrente che le
produce.
LA FORZA DI LORENTZ
Poiché un filo percorso da corrente elettrica genera attorno a sé un
campo magnetico e il filo stesso esercita una certa forza sui magneti,
per la legge di azione e reazione è lecito aspettarsi che un magnete
eserciti una analoga forza su un circuito percorso da corrente elettrica.
Per verificare sperimentalmente tale situazione si utilizza il sistema
descritto nella figura sottostante.
Il tratto di circuito subisce una forza (detta
appunto forza di Lorentz) proporzionale
all’intensità di corrente che lo attraversa, con
direzione e verso determinabili attraverso una
seconda regola della mano destra:
NB: invertendo la polarità del generatore F risulterebbe opposta
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UNA SPIRA
Un campo magnetico viene evidentemente generato anche da conduttori non rettilinei.
Consideriamo innanzitutto un circuito circolare (spira singola) percorso da corrente
continua come in figura:
Per rendere più chiara la prospettiva, consideriamo la spira "appoggiata"
idealmente su un parallelepipedo.
Possiamo immaginare la spira costituita di moltissimi segmenti rettilinei di
conduttore, ciascuno di lunghezza molto piccola (L), e possiamo pensare che
ciascun segmento di conduttore generi un campo magnetico come nel caso di
un conduttore rettilineo.
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UNA SPIRA
La composizione di tutti questi contributi determina la particolare conformazione
che assumono le linee di forza del campo:
le linee di forza del campo sono ancora dei cerchi concatenati con la spira, ma
tali cerchi sono spostati eccentricamente verso l'esterno.
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UN SOLENOIDE
Lo stesso ragionamento vale anche se si dispone un numero qualunque di spire
disposte una di seguito all’altra. Ad esempio, un conduttore può essere avvolto
in modo da formare più spire concentriche (cioè come se avvolgessimo il
conduttore attorno ad un cilindro "ideale"). Un siffatto conduttore viene chiamato
solenoide o bobina.
In realtà, le linee di forza nelle vicinanze delle spire e fra le medesime assumono
conformazioni complicate in quanto il campo magnetico prodotto dal solenoide è
la composizione dei singoli campi prodotti dai singoli piccoli segmenti di
conduttore. E' solo al centro del solenoide che le linee di forza sono pressoché
lineari e parallele (campo magnetico uniforme).
ELETTROMAGNETE
Se inseriamo in un solenoide un nucleo di ferro dolce e facciamo passare la
corrente elettrica (nelle spire del solenoide), otteniamo un campo magnetico
molto più forte di quello che si ottiene con lo stesso solenoide percorso dalla
stessa corrente ma senza il nucleo di ferro dolce (semplicemente avvolto in
aria).
Il dispositivo formato da un solenoide avvolto su un nucleo di ferro dolce si
chiama elettromagnete o elettrocalamita.
Si tratta quindi di un magnete
temporaneo, che cioè è tale
solo quando facciamo passare la
corrente nel solenoide.
La possibilità che il nucleo dell'elettromagnete si magnetizzi e smagnetizzi a nostro piacere dipende dal
fatto che il ferro dolce ha la proprietà di smagnetizzarsi velocemente non appena la corrente cessa.
Cosa succederebbe se il nucleo fosse invece costituito da acciaio?
IL CAMPANELLO
La lettera A indica un punto fisso (perno). La lettera B indica un contatto mobile (punta metallica). La
lettera C indica un percussore (sferetta metallica). L'arco AC indica un conduttore mobile di ferro dolce
La lettera D indica un dispositivo acustico (realizzato da un apposito corpo metallico cavo). La lettera E
indica un elettromagnete.
Normalmente, in assenza di corrente, il conduttore mobile AC è appoggiato al contatto B.
Quando si preme il tasto T, il circuito viene chiuso e passa corrente nell'elettromagnete il quale si
magnetizza ed attira a sé il conduttore mobile AC. Il percussore C urta il dispositivo acustico ma così il
contatto in B si stacca: il circuito si apre e non passa più corrente. Dunque l'elettromagnete si
smagnetizza e il conduttore AC torna nella posizione di riposo ripristinando il contatto e richiudendo il
circuito. Torna quindi a passare corrente, l'elettromagnete si magnetizza, il conduttore mobile viene
attirato verso l'elettromagnete, ecc. ecc.
IL TELEGRAFO
Il telegrafo utilizza l'alfabeto Morse che traduce ogni lettera e simbolo in punti e linee.
Lo schema di massima del telegrafo è il seguente :
Spingendo il tasto T per un tempo breve o lungo, il pennino C, azionato dall'elettromagnete
A, scrive un tratto breve (un punto) o lungo (linea) sul nastro di carta D in movimento.
La prima trasmissione ufficiale si ha il 24 maggio 1844 fra Washington e Baltimora.
In Italia, l'introduzione del telegrafo avviene nel 1852, nel Regno delle Due Sicilie.