Elettromagnetismo

Nikola Tesla è quindi uno dei maggiori scienziati che hanno studiato l’elettricità ed il magnetismo e nasce proprio nel periodo in cui Maxwell, un altro genio della fisica, riunisce la forza elettrica e quella magnetica, affermando che rappresentano due aspetti diversi dello stesso ed unico fenomeno che oggi conosciamo come elettromagnetismo.

La corrente elettrica

La corrente elettrica deriva dal movimento di ioni ed elettroni, la materia è formata da molecole, costituite da atomi. Gli atomi sono composti da un nucleo formato da protoni e neutroni ed esternamente da orbitali su cui si muovono gli elettroni. In base alla capacità di spostamento degli elettroni ci sono due categorie di materiali: gli isolanti e i conduttori. La differenza tra i due materiali sta nel fatto che gli elettroni negli isolanti sono saldi al proprio nucleo mentre nei conduttori sono più liberi. Per permettere il movimento degli elettroni e formare una corrente elettrica si deve creare una tensione, cioè una differenza di potenziale, tra due conduttori, ovvero, bisogna trasferire elettroni da un capo all’altro del conduttore. In questo modo gli elettroni si spostano per andare a colmare la differenza di potenziale elettrico tra i due punti.

Misure elettriche

Per studiare la corrente elettrica si usano tre misure fondamentali: il Volt, l’Ampere e l’Ohm. Queste misure indicano la tensione, l’intensità e la resistenza. La tensione permette alla corrente di “viaggiare”, l’intensità è la quantità di corrente che passa in un secondo in una sezione di area unitaria di un segmento di filo, mentre la resistenza è appunto la forza che gli elettroni incontrano in opposizione al loro viaggio. Ohm riuscì a definire la curva caratteristica dei vari conduttori metallici enunciando le sue due leggi sperimentali: 1. la prima dice che l’intensità (i) di corrente è direttamente proporzionale alla tensione (V) e inversamente proporzionale alla resistenza (R): i = V/R 2. la seconda dice che la resistenza (R) di un filo conduttore è direttamente proporzionale alla sua lunghezza (L) e inversamente proporzionale al suo spessore (s) sempre tenendo conto del tipo di materiale (k): R = k L/s

Il magnetismo

Un fenomeno analogo all’elettricità è il magnetismo poiché anche il suo funzionamento nasce a livello atomico. Miliardi di atomi vicini creano domini magnetici, ossia gli atomi possono essere paragonati a piccolissime spire percorse da corrente generata dal moto degli elettroni sugli orbitali. Nella materia, in generale, questi domini sono disposti in modo disordinato, ma in alcuni materiali naturali, come la magnetite, questi domini sono indirizzati tutti nello stesso verso e attribuiscono ad essi le proprietà magnetiche. Esistono altri materiali in cui l’ordine dei domini si può indurre in modo stabile con diversi metodi e si chiamano sostanze ferromagnetiche.

I magneti

Un magnete ha la capacità di attirare oggetti ferrosi a sé. Due magneti si possono attirare solo con i due poli opposti perché senno si respingono, un’altra caratteristica fondamentale dei magneti è il fatto che non si possono dividere i due poli, anche se divisi i due magneti ottenuti avranno entrambe i due poli. Oltre alla magnetite, esistono calamite di altro materiale che però in natura non sono magnetizzati ma vengono magnetizzati con diversi metodi. I più comuni sono tre: per strofinio, per contatto e per induzione. Alcuni materiali non possono però essere magnetizzati e altri perdono le loro caratteristiche se riscaldati o colpiti ripetutamente, perché i domini magnetici non sono stabili.

Corrente elettrica dai magneti

Come avevamo già detto Maxwell unificò queste forze dando origine all’elettromagnetismo, basandosi sui fatti sperimentali osservati da Orsted e Faraday che ovunque c’è elettricità è presente un campo magnetico e che facendo variare o muovere il campo magnetico si può ricavare elettricità come ad esempio quando facciamo muovere una calamita all’interno di un filo conduttore raccolto in spire, che si chiama solenoide. Questo fenomeno si chiama induzione elettromagnetica. La dinamo della bicicletta è un semplice esempio di un dispositivo che sfrutta questo fenomeno. Altri esempi sono i carica cellulare ad induzione o anche le cucine ad induzione.

Le Elettrocalamite

Tra le calamite che possono essere create artificialmente, rientrano anche le elettrocalamite. Queste per funzionare sfruttano il campo magnetico che viene generato quando la corrente passa per un filo. Per amplificare questo campo, il filo conduttore viene disposto a forma di solenoide in modo tale che il campo magnetico generato dal filo aumenti all’aumentare del numero di spire che avvolgono un nucleo di ferro. Le elettrocalamite si usano quando servono delle “calamite temporanee”, come nel campanello di casa.

L’esperimento: la costruzione di

un’elettrocalamita

Ora presento la costruzione di un’elettrocalamita. Per la sua costruzione mi sono procurato una barra di ferro dolce, di forma cilindrica, del filo di rame smaltato e quindi isolato (preso da un vecchio trasformatore), una batteria da 9 volt, un connettore per questa batteria e un piccolo interruttore, ricavato da un vecchio giocattolo rotto. Durante il montaggio ho avvolto il filo di rame (con molta pazienza!) attorno alla barra di ferro, lasciando libere le due estremità del filo. Successivamente ho saldato l’interruttore tra il filo e il connettore della pila, che infine ho collegato al sistema. Ho testato subito il suo funzionamento con tanti pezzettini di filo di ferro. I frammenti di filo di ferro vengono attratti dal nucleo di ferro dolce quando l’interruttore chiudeva il circuito e passava corrente nelle spire. Gli stessi frammenti cadono invece dal nucleo di ferro quando si apre l'interruttore e la corrente non passa più nel filo di rame: non passando corrente nelle spire, non si genera alcun campo magnetico.

La seconda rivoluzione industriale

La seconda rivoluzione industriale - Il capitalismo - I diritti sul lavoro - L’emigrazione di massa - La proprietà privata

di Daniele Caccamo, 3° D

La vita di Nikola Tesla

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