IL MAGNETISMO E L’ELETTRICITÁ
Elettrocalamita
L'elettromagnete, chiamato anche elettrocalamita, è un elemento costituito da un
nucleo in materiale ferromagnetico (di solito ferro dolce) su cui è avvolto un solenoide,
ovvero una bobina di molte spire di filo elettrico. Lo scopo dell'elettromagnete è di
generare un campo magnetico da una corrente elettrica.
L'intensità del campo magnetico generato è proporzionale al numero di spire che
costituiscono l'avvolgimento. L'aumento del numero di spire e quindi della lunghezza
del filo riduce però la corrente circolante (crea una resistenza) in conseguenza della
legge di Ohm, per ovviare al problema si deve aumentare la sezione del filo.
Un solenoide o bobina è un insieme di spire circolari molto vicine fra loro e realizzate
con un unico filo di materiale conduttore.
Il solenoide è uno strumento solitamente usato come induttore per lo studio e le
applicazioni dell'elettromagnetismo.
BOBINA O SOLENOIDE
ELETTROCALAMITA
Oersted
Ovvero creare magnetismo dall’elettricità
Una corrente elettrica genera un campo magnetico. Questa scoperta è dovuta allo
scienziato danese Hans Christian Oersted (1777-1851) e risale al 1820.
Nella figura A il circuito è aperto, quindi nel filo non passa corrente e l’ago magnetico,
orientato naturalmente verso il polo Nord geografico, è parallelo al filo. Nella figura B
invece il circuito è chiuso, circola corrente e l’ago magnetico ha assunto una posizione
perpendicolare rispetto al filo.
Nello spazio vicino ad un conduttore percorso da corrente elettrica si crea un campo
magnetico.
figura A
figura B
Faraday
Ovvero creare elettricità dal magnetismo
Anche il magnetismo può produrre elettricità. Se muoviamo avanti e indietro una
calamita a barra all’interno di un filo di rame rivestito di plastica e avvolto a spirale
(bobina), i cui estremi sono collegati ad un amperometro, si può osservare che durante
il movimento del magnete l’amperometro rileva il passaggio di corrente.
Un campo magnetico può quindi produrre un flusso di corrente elettrica; il fenomeno si
chiama induzione elettromagnetica. Questa scoperta risale al 1831 e si deve allo
scienziato inglese Michael Faraday. Su questa scoperta si basa il funzionamento dei
generatori di corrente impiegati nelle centrali elettriche.
LEGGE DELL’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
(Legge di Faraday)
Se un circuito chiuso è sottoposto alla variazione di un campo magnetico, in esso si
genera una corrente indotta (attenzione: è ovvio che nel circuito non è stata inserita
la pila!)
E’ la legge fondamentale in base alla quale funziona la stragrande maggioranza delle
apparecchiature elettriche.
Gli esperimenti di Faraday del 1831 evidenziarono i seguenti particolari aspetti:
1. La corrente rilevata dall’amperometro varia tutte le volte che il magnete entra
o esce dal solenoide.
2. La corrente è più intensa quando la velocità è più rapida.
3. Il verso della corrente si inverte quando si inverte il senso del moto del
magnete.
4. La corrente cessa quando non vi è movimento fra magnete bobina.
Dinamo
Nella sua forma più semplice consiste di una spira conduttrice (rotore) immersa in un
campo magnetico (generato ad esempio da una coppia di magneti permanenti) e messa
in rotazione.
DINAMO VS MOTORE ELETTRICO
Nella scuola superiore approfondirai questo argomento. Per ora è sufficiente che tu
osservi la grande somiglianza di struttura tra la dinamo e il motore elettrico e la
sostanziale differenza:
dinamo: l’energia meccanica si trasforma in energia elettrica
motore elettrico: l’energia elettrica si trasforma in energia meccanica
un motore elettrico (esempio motorino tapparelle)
Campanello elettrico
Il campanello elettrico è un dispositivo elettromeccanico utilizzato per richiamare
l’attenzione su uno specifico evento. Il campanello elettrico posto sulle porte delle
abitazioni è un tipico esempio del suo utilizzo così come lo è la “campanella” nelle
scuole.
Fu inventato dal fisico Joseph Henry nel 1831.
Il funzionamento del campanello elettrico è basato sul fenomeno
dell’elettromagnetismo ovvero la capacità di generare un campo magnetico da parte
della corrente elettrica.
Quando chiudiamo il circuito elettrico attraverso il pulsante (K), nel circuito circola la
corrente elettrica; l’elettrocalamita si magnetizza e attira a sé l’ancora (A) che è
collegata al martelletto che batte sul timpano (B). Quando l’ancora si sposta verso la
calamita, nella posizione T si apre il circuito elettrico, quindi la corrente non circola
più e la calamita si smagnetizza (è di ferro!) e l’ancora ritorna nella posizione iniziale,
cioè come nella figura sopra. A questo punto si richiude il circuito e tutto ricomincia.
Mentre teniamo premuto il pulsante, questo fenomeno si ripete per decine e decine di
volte, quindi il martelletto colpisce tante volte il timpano producendo il suono che
sentiamo.
Telefono di Meucci
Antonio Meucci è l'inventore del telefono e la sua storia
merita di essere raccontata. Nasce a San Frediano
(Firenze), il 13 aprile del 1808 da una famiglia piuttosto
povera. Inizia come tutti i ragazzi dell'epoca a lavorare
molto giovane e svolge le professioni più disparate: meccanico, impiegato, operaio
teatrale ecc... Meucci ha 2 grandi passioni che gli cambieranno il corso della vita :
la passione per la scienza (l'elettricità in particolare) e per la politica. Proprio a
causa della sua vita politica, viene coinvolto nei moti rivoluzionari del 1831 ed è
costretto in breve tempo a lasciare prima la Toscana e poi addirittura l'Italia. Si
rifugia per qualche anno a Cuba ed infine si stabilisce definitivamente a New York
nel 1850. Negli Stati Uniti Meucci apre una fabbrica di candele che gli garantisce il
sostentamento per lui e per la famiglia, nel tempo libero però continua gli studi
sull'elettricità ed in particolare su un nuovo congegno che ha in mente e che
potrebbe permettere a persone distanti anche kilometri di parlare tra loro: il
telefono.
Gli studi e le ricerche vanno avanti diversi anni e nel 1856 ottiene un primo
apprezzabile risultato. La moglie è costretta a letto da una grave malattia e
Meucci per far comunicare il suo studio con la camera da letto realizza il primo
telefono funzionante.
Meucci descrive il suo primo telefono in questo modo:
«consiste in un diaframma vibrante e in un magnete elettrizzato da un filo a
spirale che lo avvolge. Vibrando, il diaframma altera la corrente del magnete.
Queste alterazioni di corrente, trasmesse all'altro capo del filo, imprimono
analoghe vibrazioni al diaframma ricevente e riproducono la parola».
L'invenzione è di quelle da rivoluzionare il mondo e Meucci lo sa. Le risorse
finanziarie però non ci sono, la fabbrica di candele fallisce e nessuno sembra
disposto a finanziarlo, ne in Italia ne in America. Oltre a questo, resta vittima di
un grave incidente che lo tiene bloccato per mesi a letto.
La moglie disperata, per sopravvivere e per curarlo vende a sua insaputa tutte le
sue invenzioni e le sue attrezzature ad un rigattiere per 6 dollari !
Nel 1876 Alexander Graham Bell brevetta il suo apparecchio telefonico ed ottiene
i successi che per anni Meucci ha solo sperato. Inizia a questo punto una lunga
battaglia per la paternità del telefono che durerà per anni e che coinvolgerà anche
due compagnie in lotta per la gestione della nuova invenzione, la Globe Company e la
Bell Company.
La battaglia legale termina nel 1887 e la sentenza, pur riconoscendo alcuni meriti a
Meucci, è a favore di Bell. Due anni dopo Meucci muore. Da quel giorno in poi la
storia di Meucci rimane viva solo in Italia, in cui tutti considerano Meucci come il
vero inventore del telefono. Nel resto del mondo è Bell l'autore dell'invenzione che
ha cambiato il modo di comunicare nel mondo.
Giustizia viene fatta però nel giugno del 2002 quando il Congresso degli Stati Uniti
finalmente riconosce Antonio Meucci come primo inventore del telefono e tutto il
mondo può finalmente riscoprire la storia e la genialità di uno dei più grandi
inventori della storia dell'umanità.
Microfono: una membrana collegata ad una bobina immersa in un magnete permanente
(calamita). Il principio di funzionamento si basa sulla generazione di un campo
magnetico variabile prodotto dalla bobina che interagendo con un magnete fisso muove
la membrana. Ciò produce una corrente elettrica che va a costituire il segnale. Questo
segnale viene poi amplificato per permettere comunicazioni a lunghe distanze.
Dall'altra parte il segnale elettrico genera un campo magnetico variabile che fa
vibrare la membrana in modo da riprodurre il suono originale: ricevitore.
Nel telefono di Meucci erano presenti dei granuli di carbone.
La pressione esercitata dalle onde sonore veniva trasmessa alla polvere di carbone, i
cui granuli venivano più o meno compressi, determinando una resistenza variabile nel
circuito.
