MOSEM
Italian Cards of selected Experiments
MOSEM
Schede brevi di esperimenti scelti
3.1. Pendolo magnetico caotico
La piattaforma di questo giocattolo è divisa in sei differenti situazioni nel gioco del calcio:
realizzazione del goal, calcio di rigore, calcio d’angolo, un fallo, rimessa laterale e fuori gioco.
Sotto ciascun’area è nascosto un magnete, ed uno anche nella palla da gioco. Il polo inferiore della
palla ed il polo superiore dei magneti sulla piattaforma sono dello stesso segno. La sfera evita di
fermarsi su ciascuna delle aree. Il suo movimento al di sopra dei magneti è assolutamente caotico.
Alcune volte si può avere l’impressione che la sfera si stia fermando al di sopra di un’area, ma
improvvisamente viene attratta da un’altra area. Teoricamente non si può prevedere dove si fermerà
la sfera. Anche un piccolo cambiamento della posizione iniziale della sfera conduce ad un risultato
differente, caratteristica tipica del movimento caotico.
Una versione differente del pendolo magnetico. Il suo movimento dipende da molti fattori, come
l’attrito (può essere aumentato se il pendolo è immerso in un liquido), la forza di gravità (che
cambia la direzione relativa se la posizione verticale del pendolo cambia), la forza di attrazione o
repulsione dei magneti (magneti differenti hanno “intensità” e configurazioni leggermente
differenti, così non agiscono mai esattamente con la stessa forza).
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3.2. Costruzione magnetica con barrette e sfere.
Le barrette magnetiche dimostrano che i magneti hanno sempre due poli: barrette posizionate con
gli stessi poli si respingono a vicenda, ma quando una sfera di acciaio inossidabile è posta fra le
barrette magnetiche, esse si attraggono a vicenda (effetto dovuto al riordinamento dei domini
magnetici nella sfera). La sfera di ferro inserita fra poli di segno differente (figura in alto) e
magnetizzata in modo “normale”, diventa un bipolo magnetico (N-S), con l’asse orientato nella
direzione dei magneti esterni. La sfera inserita fra poli dello stesso segno, “adatta” (figura in basso)
i suoi poli magnetici in modo da essere attratto da entrambi i magneti esterni. I poli “persi” si
trovano su un piano perpendicolare all’asse dei magneti. È possibile creare costruzioni meravigliose
con queste barrette colorate. Ma fra ogni due magneti è necessario posizionare una sfera metallica,
altrimenti l’intero oggetto si sfalderà. Adesso rifletti attentamente: i magneti si attraggono o si
respingono a vicenda. Se un’estremità di una barretta attrae una seconda barretta, l’altra estremità
dovrebbe respingere la seconda barretta. E dovrebbe essere così se non si posiziona la sfera di
metallo fra i poli.
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3.3. Insiemi di giochi magnetici
Al di sotto del foglio trasparente del disegnatore magnetico, ci sono delle microscopiche limature di
ferro galleggianti in una speciale soluzione. Mosse dall’attrazione magnetica del magnete, le
limature si attaccano al foglio. Un magnete a forma di strisci, sull’altro lato della tavola, è utilizzato
per cancellare gli scarabocchi disegnanti. Lo schermo della tavola è diviso in celle esagonali per
evitare di trascinare tutta la soluzione in un punto. L’olio di paraffina è il solvente utilizzato in
questo caso, ed il materiale magnetico è costituito da polvere di ferro, o ancora meglio, ossido di
ferro. L’ossido di ferro, materiale magnetico della prima bussola cinese (che fu scoperto in Europa
dai marinai della città italiana di Amalfi, nel sud di Napoli) è chiamata magnetite. Il disegnatore
magnetico lavora con lo stesso principio con cui i chiodi di ferro o le polveri di ferro si orientano in
un campo magnetico. Essi vengono magnetizzati dal campo magnetico esterno e seguono le linee di
campo magnetico. Così una configurazione allineata possiede un’energia più bassa rispetto
all’energia posseduta da inclinazioni separate.
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Rivelatore di flusso
Un foglio speciale laminato all’interno di questa scheda meravigliosa mostra la posizione dei poli di
ogni magnete. Due magneti possono sembrare gli stessi fisicamente ma possono avere un tipo di
magnetizzazione completamente differente. Con questa scheda è possibile osservare quanti poli
possiede un magnete e dove sono situati. La scheda è ideale per comunicare il concetto di campi
magnetici e poli.
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LE LINEE DI ORIENTAZIONE INTORNO A UN MAGNETE
Finalità
Riconoscere che le bussole, lontane da altri magneti, si orientano lungo una comune direzione N-S
terrestre. Riconoscere che in presenza di un magnete la loro orientazione cambia e che gli aghi si
dispongono in modo da risultare tangenti a delle linee che hanno determinate caratteristiche: escono
da un polo del magnete e si infilano nell’altro, simmetria della loro configurazione rispetto all’asse
N-S del magnete, tridimensionalità della configurazione.
Materiale occorrente
Piattaforma di bussole, bussole, magnete.
Procedura di esecuzione
Disporre le bussole su un tavolo lontane da altri magneti e sufficientemente lontane tra loro (in
modo da non influenzarsi a vicenda): esse si orientano lungo la direzione N-S terrestre. Avvicinare
un magnete: la loro orientazione cambia al variare della posizione del magnete. Poggiare il magnete
su una piattaforma di bussole: osservare le linee che si ottengono seguendo la direzione degli aghi
delle bussole, disegnarle su un foglio e determinarne le caratteristiche. Disporre la piattaforma di
bussole vicino al magnete tenendola anche verticalmente e obliqua: si osserva che le linee di
orientazione non sono situate solo nel piano orizzontale ma anche in tutti i piani, indipendentemente
dalla inclinazione. Si deduce che la struttura delle linee è tridimensionale.
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LA SOVRAPPOSIZIONE DI CAMPI: LINEE DI ORIENTAZIONE DI DUE MAGNETI
Finalità
Riconoscere che le linee di orientazione cambiano in presenza di due (o più) magneti. Comprendere
il principio di sovrapposizione di campi. Comprendere che la configurazione delle linee di
orientazione dipende solo dal numero di magneti presenti.
Materiale necessario
Due magneti, piattaforma di bussole.
Procedura di esecuzione
Collocare un magnete su una piattaforma di bussole: osservare le linee di orientazione e disegnarle
su un foglio. Collocare un secondo magnete sulla piattaforma di bussole: osservare la nuova
configurazione delle linee di orientazione e disegnarla su un foglio: Confrontare i due disegni.
Rimuovere uno dei due magneti e osservare che la configurazione ritorna ad essere quella iniziale.
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3.5. Modello di microscopio a forza atomica (riferimento ad una applicazione
pratica)
Nell’esperimento mostrato di seguito, è presentato un modello di microscopio a forza atomica. Una
sottile fascia metallica (usata nei sistemi anti-rapina dei negozi) si muove lentamente ed è attratta
dal “foglio blu” per tre volte. Tre magneti posizionati al di sotto del foglio blu attraggono realmente
la fascia metallica. Allo stesso modo lavora il microscopio a forza atomica.
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3.6.1. “Tile” di 5 anelli magnetici attorno ad un bastone: quali sono le distanze?
Il gioco è composto da 4 magneti a forma di disco con un foro al centro. I magneti sono infilati in
un palo di plastica. I magneti sono veramente “poco socievoli”: ogni volta che si prova a premere
l’uno sull’altro essi si oppongono e tendono a respingere il magnete su cui si sta facendo pressione.
Ma se si capovolgono, essi si attaccano gli uni agli altri e sarà molto difficile separarli.
Si osservi che il magnete centrale levita più vicino a quello inferiore, e non al centro fra i due.
Questo è dovuto al fatto che è spinto verso il basso dal peso del magnete superiore. Magnete
centrale sostiene quello superiore , ma allo stesso tempo è spinto verso il basso. Ciascuna azione ha
la sua reazione, come è stato affermato da Newton nella sua terza legge.
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3.6.2. LA SOSPENSIONE MAGNETICA: IL CASO DEI MAGNETI VINCOLATI
Finalità
Riconoscere che non è possibile far rimanere un magnete sospeso su di un altro magnete che si
affacciano con poli del medesimo tipo. Comprendere che vincolare i due magneti (impedendone la
rotazione) è l’unico modo per osservare la sospensione. Riconoscere l’uguaglianza (in modulo) tra
forza repulsiva e peso del magnete sovrastante. Determinare la relazione che lega il peso che viene
sostenuto e la distanza tra i due magneti. Riconoscere che all’equilibrio, nel caso di più magneti in
sospensione uno sull’altro, le distanze tra due successivi sono in progressione geometrica.
Materiale necessario
Magneti cilindrici e un tubo (di vetro o plexiglass) trasparente di sezione leggermente superiore a
quella dei magneti oppure magneti a forma di anello e asta di legno con sostegno su cui poter
impilarli. Righello o carta millimetrata. Cilindri dello stesso peso e con sezione uguale a quella dei
magneti.
Procedura di esecuzione
Poggiare un magnete ad anello su un tavolo in modo che una polarità (per es Nord) sia rivolta verso
l’alto; avvicinare dall’alto un altro magnete in modo che sia affacciato il polo dello stesso tipo
(Nord) e provare a farlo rimanere sospeso; constatarne l’impossibilità (a causa di un momento di
dipolo magnetico). Vincolare due magneti (impilandoli all’asta di legno o, nel caso dei magneti
cilindrici, introducendoli nel tubo) e osservare la sospensione. All’equilibrio, la forza di repulsione
è uguale ed opposta alla forza peso del magnete sovrastante. Aggiungere dall’alto, uno alla volta, i
cilindri e misurare, ad ogni aggiunta, la distanza tra i due magneti: graficare la distanza in funzione
del numero di pesi e dedurre la relazione che lega le due grandezze. Aumentare il numero di
magneti in sospensione uno sull’altro (facendo in modo che, a coppie, affaccino lo stesso polo),
all’equilibrio misurare la distanza tra magneti successivi, osservare che costituiscono una
progressione geometrica.
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3.16. INTERAZIONE DI UN MAGNETE CON OGGETTI DI DIVERSO MATERIALE
Finalità
Riconoscere che un magnete interagisce solo con alcuni materiali e che ci sono interazioni di
diverso tipo: a) attrazione o rotazione e attrazione con altri magneti; b) attrazione con oggetti di
materiale ferromagnetico; c) repulsione con oggetti di materiale diamagnetico. Riconoscere la
reciprocità delle interazioni.
Materiale necessario
Magneti cilindrici; bussola; oggetti di legno, polistirolo, gomma, cera, plastica; oggetti di materiale
ferromagnetico (per es graffette fermafogli); un oggetto di materiale diamagnetico (per es grafite
pirolitica).
Procedura di esecuzione
Avvicinare un magnete (tenendolo in mano) ad ognuno degli oggetti a disposizione (poggiati su un
tavolo, liberi di muoversi), osservarne il comportamento e classificarli a seconda di esso.
Reciprocità: poggiare il magnete sul tavolo e avvicinare, uno alla volta, tenendoli in mano, gli altri
oggetti a disposizione con cui si era osservata interazione: in questo caso è il magnete a muoversi.
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3.17. Magnete che rotola su un piano di legno: in che direzione rotolerà?
Un magnete forte muove su un piano inclinato di legno all’interno del campo magnetico terrestre.
La traiettoria del magnete non è lineare, solo una curva. La sua velocità cambia perché ci sono
interazioni fra il magnete ed il campo magnetico terrestre. La traiettoria descritta dal magnete è
completamente differente dalle linee di campo magnetico prodotte dalla terra.
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4.3. LA SOSPENSIONE MAGNETICA: IL CASO DI UN MATERIALE DIAMAGNETICO SU
UN QUADRUPOLO MAGNETICO
Finalità
Riconoscere che non è possibile far rimanere in sospensione una sfoglia di materiale diamagnetico
su un magnete. Riconoscere che è possibile per particolari configurazioni di campo, come nel caso
di un quadrupolo magnetico.
Materiale occorrente
Una sfoglia sottile di materiale diamagnetico (per es grafite pirolitica), 4 magneti a forma di cubo o
parallelepipedo.
Procedura di esecuzione
Poggiare un magnete su un tavolo in modo che un polo sia rivolto verso l’alto; avvicinare dall’alto
la sfoglia di grafite e provare a farla rimanere in sospensione; costatarne l’impossibilità (si osserva
che questa scivola sempre di lato). Costruire un quadrupolo magnetico, avvicinare dall’alto la
sfoglia di grafite e osservare che resta sospesa.
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6.1. GLI EFFETTI MAGNETICI DI UNA CORRENTE ELETTRICA: L’ESPERIMENTO DI
OERSTED
Finalità
Riconoscere che la corrente elettrica genera un campo magnetico. Riconoscere che le linee di
orientazione sono circonferenze concentriche con centro sul filo e giacenti su piani ad esso
perpendicolari.
Materiale necessario
Bussole, cavo conduttore, generatore, un sostegno per disporre il filo in modo verticale con un
piano orizzontale in plastica.
Procedura d’esecuzione
Collegare il filo al generatore, disporlo orizzontalmente su un piano in modo che abbia direzione NS terrestre (a circuito aperto in modo che sia parallelo alla direzione dell’ago di una bussola);
chiudere il circuito; osservare che la direzione di orientazione della bussola cambia e tende a
disporsi verticalmente al filo; inoltre una bussola posta sopra e sotto il filo si orientano nella stessa
direzione ma verso opposto.
Disporre il filo verticalmente in modo che attraversi un piano di plastica su cui vengono disposte
delle bussole; alla chiusura del circuito si osserva che l’orientazione degli aghi delle bussole
cambia in modo da risultare tangenti a linee circolari concentriche con centro sul filo.
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6.3. CONFIGURAZIONE DELLE LINEE DI ORIENTAZIONE DI UN SOLENOIDE
Finalità
Riconoscere la configurazione delle linee di orientazione di un solenoide. Riconoscere
l’equivalenza di un solenoide con un magnete. Dedurre che le linee di orientazione di un magnete
sono chiuse.
Materiale necessario
Un solenoide, un generatore, piattaforma di bussole, bussole.
Procedura di esecuzione
Collegare il solenoide al generatore, disporlo su una piattaforma di bussole; chiudere il generatore:
si osserva che l’orientazione delle bussole cambia; disegnare su un foglio le linee di orientazione;
esse sono simili a quelle generate da un magnete; introdurre una bussola all’interno del solenoide: si
osserva che si dispone parallelamente all’asse del solenoide. Le linee di orientazione di magnei e
solenoidi sono chiuse.
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6.6. INTERAZIONE DI UN SOLENOIDE CON UN MAGNETE
Finalità
Riconoscere che le interazioni possibili tra un solenoide e un magnete sono le stesse che tra due
magneti. Riconoscere che il solenoide si comporta come un magnete con alle sue estremità due poli
N e S la cui posizione dipende dal verso della corrente.
Materiale necessario
Un solenoide, un generatore, un magnete.
Procedura di esecuzione
Poggiare un magnete su un tavolo in modo che sia libero di muoversi; collegare il solenoide al
generatore; avvicinare il solenoide al magnete, prima ad un polo, poi all’altro: l’interazione che si
osserva è attrazione da una parte e rotazione e attrazione dall’altro; si deduce che il solenoide si
comporta come un magnete ed ha i due poli N e S alle sue estremità. Invertire il verso della corrente
che circola nel solenoide e ripetere l’esperienza; si osserva un comportamento opposto: si deduce
che la polarità del solenoide si è invertita.
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6.11. SOSPENSIONE MAGNETICA: IL CASO DI UN SOLENOIDE E DI UN MAGNETE
Finalità
Riconoscere che l’interazione di un solenoide e di un magnete vincolati (è impedita la rotazione) è
simile a quella dei due magneti vincolati. Si osserva la sospensione.
Materiale necessario
Un tubo trasparente di plastica ad una cui estremità e fissato un solenoide, un generatore, un
magnete cilindrico di sezione leggermente inferiore a quella del tubo.
Procedura di esecuzione
Collegare il solenoide al generatore, chiudere il circuito, inserire il magnete nel tubo; se il verso di
circolazione della corrente è tale che il solenoide e il magnete affacciano poli dello stesso tipo, si
osserva la sospensione del magnete sopra il solenoide analogamente al caso di due magneti.
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7.1. L’ESPERIMENTO DI POHL (qualitativo)
Finalità
Riconoscere che un filo percorso da corrente immerso in un campo magnetico sperimenta una forza
e che le direzioni del campo magnetico, della corrente e di tale forza sono mutualmente
perpendicolari. Il verso della forza cambia se si cambia il verso della corrente o il verso del campo
magnetico.
Materiale necessario
Filo conduttore libero di oscillare tra le espansioni polari di un magnete o di un elettromagnete, due
generatori.
Procedura di esecuzione
Collegare il filo e l’elettromagnete ai generatori; chiudere il circuito che alimenta l’elettromagnete;
disporre il filo in direzione perpendicolare alle linee di orientazione nella porzione di spazio tra le
espansioni polari; quando si chiude anche il circuito in cui il filo è inserito, questo sperimenta una
forza perpendicolare sia alle linee di orientazione che alla direzione della corrente. Invertire il verso
della corrente o la polarità del magnete: si osserva che cambia il verso della forza.
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7.2. LA BILANCIA ELETTRODINAMICA: L’ESPERIMENTO DI POHL (quantitativo)
Finalità
Fare uno studio quantitativo della forza che sperimenta un filo percorso da corrente immerso in un
campo magnetico al variare della corrente che lo attraversa. Riconoscere che tale forza risulta
proporzionale alla corrente.
Materiale necessario
Una bilancia elettrodinamica a bracci.
Procedura di esecuzione
Al variare dell’intensità di corrente misurare la massa equilibrante necessaria. Compilare una
tabella di questo tipo:
Massa equilibrante m (g) Forza F agente Corrente i (A)
(F=P=mg) (N)
Graficare i valori dell’intensità di corrente rispetto alla forza agente. Si deduce una proporzionalità
diretta della forza F agente sul filo e della corrente.
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7.3. Spira rotante fra magneti
La spira giace fra i poli di due magneti. La corrente scorre in direzioni opposte lungo due lati della
spira. In accordo con la regola della mano destra di Fleming, un lato è spinto in su ed uno in giù. In
altri termini, c’è un effetto rotante sulla spira. Man mano che la spira ruota (“con più giri della
spira”), l’effetto rotante è aumentato. Molti motori elettrici usano questo principio dell’effetto
rotante.
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7.4. UN MOTORE MONOPOLARE: L’ACQUA ROTANTE (1° esempio)
Finalità
Riconoscere il ruolo della Forza di Lorentz F = qv x B nel funzionamento di un motore
monopolare.
Materiale necessario
Una pila cilindrica, un chiodo, un magnete cilindrico, un cavetto di collegamento, una coppa in
plastica, carta di alluminio, acqua, sale, una piastra magnetica, piccoli pezzi di polistirolo.
Procedura di esecuzione
Rivestire la coppa, al suo interno e fino al bordo, di carta di alluminio e poggiarla sulla piastra
magnetica; versare dell’acqua nella coppa, sciogliervi qualche cucchiaio di sale e spargervi i pezzi
di polistirolo; chiudere il circuito come mostrato in foto: si osserva che l’acqua si mette in
rotazione. La direzione del movimento delle cariche che costituisce la corrente all’interno
dell’acqua e quella delle linee di campo sono perpendicolari, di conseguenza le cariche sentono una
forza (di Lorentz) che causa la rotazione dell’acqua. Se si inverte il verso della corrente o la polarità
del magnete, il verso di rotazione cambia.
7.5. UN MOTORE MONOPOLARE (2° esempio)
Finalità
Riconoscere il ruolo della Forza di Lorentz F = qv x B nel funzionamento di un motore
monopolare.
Materiale necessario
Una pila cilindrica, un chiodo, un magnete cilindrico, un cavetto di collegamento.
Procedura di esecuzione
Chiudere il circuito come mostrato in foto: si osserva che il magnete si mette in rotazione. La
direzione del movimento delle cariche che costituisce la corrente all’interno del magnete e quella
delle linee di campo sono perpendicolari, di conseguenza le cariche sentono una forza (di Lorentz)
che causa la rotazione del magnete. Se si inverte il verso della corrente o la polarità del magnete, il
verso di rotazione cambia.
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Motore monopolare (3° esempio)
Questo semplice motore elettrico è costruito con una piccola batteria AAA, una spira metallica, due
graffette ed un magnete come mostrato in figura. Si avvia il motore piazzando il magnete in
direzione della batteria, al di sopra della spira, fornendo una piccola spinta alla spira. Se tutto è
corretto, il piccolo motore dovrebbe essere messo in rotazione ad un ritmo piuttosto veloce. Provare
tenendo il magnete (“la faccia superiore del magnete”) al di sotto della spira. Il motore dovrebbe
ruotare nella direzione opposta. Provare ruotando il magnete sul lato inferiore ed osservare in che
direzione ruota il motore.
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7.6. Motore ad un anello
Creare il filo metallico come in FIGURA: una struttura piana, con un perno nella parte superiore ed
un anello nella parte inferiore. Posta la batteria al di sopra del magnete si posiziona la struttura
metallica creata al di sopra della batteria, in quiete. L’anello deve toccare leggermente il magnete.
Quando l’anello tocca il magnete il circuito è chiuso ed inizia a circolare una corrente.
Fondamentalmente di hanno cariche in moto in un campo magnetico. Questo provoca una forza di
Lorentz sulla carica, perpendicolare alla sua direzione di movimento ed al campo magnetico. La
corrente attraverso il magnete è orizzontale (irregolare), il campo magnetico è verticale, per cui la
forza è lateralmente. La direzione del moto è data dalla “regola della mano Sinistra”:il dito indice
nella direzione della corrente, il pollice verso il polo nord del magnete, così il dito medio (della
metà mano chiusa) ci fornisce la direzione della forza. Invertendo il magnete o la batteria cambia la
direzione del moto.
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8.3. Magnete che rotola su un piano di rame: come rotolerà?
Un magnete forte muove su un piano inclinato di rame (lungo oppure nel) il campo magnetico
terrestre. Se il magnete parte dal centro dell’estremo superiore del piano, la traiettoria del magnete è
lineare, ma la velocità del magnete decresce. Se il magnete parte dal lato destro o sinistro della
sommità del piano, la traiettoria del magnete non è lineare, ma curvilinea. Il magnete si muove
come un “magnete ubriaco”.
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8.8. LA LEGGE DI LENZ: IL CASO DI UN MAGNETE CHE CADE IN UN TUBO DI RAME
Finalità
Riconoscere il ruolo della Legge di Lenz nel rallentamento della caduta di un magnete in un tubo di
rame. Comprendere che il tubo si comporta come una successione di infinite spire in cui viene
indotta una corrente. Comprendere l’andamento delle correnti indotte nel tubo.
Materiale necessario
Due tubi di rame di cui uno con una feritoia parallela al suo asse, un magnete cilindrico di sezione
leggermente inferiore a quella dei tubi, un cilindro di legno delle stesse dimensioni del magnete.
Procedura di esecuzione
Lasciar cadere il cilindro di legno nel tubo e misurarne il tempo di caduta ∆t1. Ripetere l’esperienza
col magnete e misurare il tempo di caduta ∆t2: si osserva che ∆t2 > ∆t1.
Far cadere il magnete nel tubo di rame con la feritoia e misurarne il tempo di caduta ∆t3: si osserva
che ∆t3<∆t2. La presenza di una feritoia limita l’effetto della legge di Lenz.
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8.10 ESPLORAZIONE DELLE SITUAZIONI CHE GENERANO CORRENTE INDOTTA
(qualitativo)
Finalità
Riconoscere le situazioni nelle quali si genera corrente indotta in un filo, una spira immersi in un
campo magnetico: variazione della superficie concatenata, dell’angolo tra la normale alla superficie
e la direzione delle linee di campo magnetico. Comprendere che la grandezza fisica che varia è il
flusso del campo magnetico. Riconoscere che la corrente indotta dipende dalla velocità di
variazione del flusso. Riconoscere che il flusso varia anche nel caso in cui varia l’intensità del
campo magnetico.
Materiale necessario
Espansioni polari di un magnete, filo conduttore, spire, avvolgimenti, galvanometro.
Procedura di esecuzione
Immergere un filo, legato a formare un nodo scorsoio e collegato ad un galvanometro, tra le
espansioni polari di un magnete: tirando il nodo si osserva il passaggio di una corrente indotta nel
filo. Inserire ed estrarre una spira, collegata ad un galvanometro, nel campo magnetico tra le
espansioni polari, mantenendola sempre parallela alle espansioni stesse: si osserva il passaggio di
una corrente indotta nella spira. Mantenendo la spira all’interno delle espansioni polari, ruotarla in
modo che vari l’angolo formato tra la normale alla superficie racchiusa dalla spira e le linee di
campo: si osserva il passaggio di una corrente indotta nella spira. Ripetere le due esperienze
muovendo la spira a diverse velocità: si osserva il passaggio di una corrente indotta nella spira la
cui intensità è direttamente proporzionale alla velocità.
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8.11. LA LEGGE DI LENZ: IL CASO DI UN MAGNETE CHE SCIVOLA LUNGO UNA
LASTRA DI RAME
Finalità
Riconoscere il ruolo della Legge di Lenz nel rallentamento dello scivolamento di un magnete su una
lastra di rame inclinata. Comprendere l’andamento delle correnti indotte nella lastra.
Materiale necessario
Una lastra di rame, una lastra di legno, un magnete.
Procedura di esecuzione
Inclinare la lastra di legno; poggiare sulla lastra il magnete in modo che un polo sia a contatto con
essa: misurare il tempo di scivolamento. Ripetere l’esperienza usando la lastra di rame: si osserva
che il secondo intervallo di tempo rilevato è maggiore del primo.
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8.12. L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA: 3 ARTEFATTI
Finalità
Riconoscere il ruolo della variazione di flusso nell’induzione di corrente nei 3 artefatti
Materiale necessario
I 3 artefatti in figura
Procedura di esecuzione
a) agitando la torcia, essa si illumina
b) soffiando nella cannuccia, il led si illumina
c) girando la manovella, la lampadina si illumina
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9.1. MISURA DELLA RESISTIVITA’ IN FUNZIONE DELLA TEMPERATURA IN
CONDUTTORI, SEMICONDUTTORI, SUPERCONDUTTORI
Finalità
Riconoscere, tramite misura on-line, il comportamento della resistività in funzione della
temperatura in metalli, semiconduttori, superconduttori,
Materiale necessario
Campioni di metalli, semiconduttori, superconduttori. Kit per la misura on-line della resistività in
funzione della temperatura, azoto liquido.
Procedura di esecuzione
Immergere il campione in azoto liquido; osservare le misure e l’andamento della resistività in
funzione della temperatura derivante.
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9.7. LA LEVITAZIONE MAGNETICA: L’EFFETTO MEISSNER
Finalità
Riconoscere che un campione di YBCO al di sopra della temperatura di transizione non ha proprietà
magnetiche. Osservare la levitazione magnetica di un magnete su un superconduttore. Comprendere
il ruolo dell’effetto Meissner (espulsione del campo magnetico dall’interno del superconduttore)
nella levitazione. Riconoscere il ruolo dell’induzione elettromagnetica nei casi in cui c’è variazione
di flusso. Comprendere il ruolo dell’effetto pinning.
Materiale necessario
Un campione di YBCO, una coppetta di petri, un magneti al niobio, azoto liquido, una bussola.
Procedura di esecuzione
Avvicinare la bussola al campione di YBCO a temperatura ambiente: non si osservano deviazioni
dell’ago.
a) poggiare il campione nella coppetta e su di esso il magnete; versare l’azoto liquido e attendere
che il campione compia la transizione: si osserva che il magnete si solleva e resta a qualche mm di
distanza; se lo si mette in rotazione, esso continua a ruotare (l’unico attrito presente è quello che si
sviluppa tra magnete e aria); le uniche rotazioni permesse sono quelle intorno all’asse N-S del
magnete (in quanto solo in questi casi non c’è variazione di flusso; negli altri casi il movimento
viene subito bloccato per effetto della legge di Lenz); se le dimensioni del magnete sono
confrontabili con quelle del campione, sollevando il magnete si solleva anche il superconduttore (a
causa dell’effetto pinning)
b) poggiare il campione nella coppetta, versare l’azoto liquido e attendere che il campione compia
la transizione; avvicinare il magnete dall’alto al superconduttore: si osserva che esso levita ad una
distanza superiore rispetto al primo caso (a causa delle correnti indotte)
c) man mano che l’azoto evapora, la temperatura del superconduttore sale: la transizione alla fase
normale non avviene contemporaneamente in tutte le parti del campione: il magnete si abbassa
gradualmente fino a cadere.
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