Fenomeni magnetici - web

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I fenomeni magnetici
Evidenza delle forze magnetiche
Fin dall’antichità si sapeva che un certo particolare minerale è in grado di attrarre oggetti in ferro. A
questo fenomeno si dà il nome di magnetismo e al minerale che lo origina magnetite (da Magnesia,
città della Grecia nei cui pressi si trovavano rocce magnetiche). Oggi si conoscono, oltre alla
magnetite, molte altre leghe metalliche dotate di proprietà magnetiche. Un campione di materiale
avente proprietà magnetiche si chiama magnete o anche calamita. Un magnete è in grado di attrarre
oggetti in ferro, nichel e cobalto (e in leghe costituite da questi elementi, come per esempio
l’acciaio), ma non ha alcun effetto su altri metalli, come rame o oro, come pure su elementi e
composti non metallici (acqua, granito, plastica, materia organica, ecc.). Oltre che tra calamita e
oggetti metallici si hanno forze magnetiche anche tra magnete e magnete. In questo caso però
osserviamo una importante differenza: mentre la forza tra un magnete e un pezzetto di ferro è
sempre attrattiva, quella tra due magneti può essere sia attrattiva che repulsiva. Prendiamo una
sbarretta magnetica e indichiamone con A e B gli estremi. Prendiamo poi una seconda sbarretta
identica alla prima; se avvicinando uno dei suoi estremi ad A avvertiamo una forza attrattiva,
avvicinando ad A l’altro estremo avvertiremo una forza repulsiva, come pure avvicinando lo stesso
estremo a B. In base a questa osservazione denotiamo – in modo puramente convenzionale – un
estremo della sbarretta come “polo nord” e l’altro come “polo sud”. Il motivo di questa convenzione
risiede nel fatto che anche la Terra si comporta come una gigantesca sbarretta magnetica, orientata
appunto in direzione nord – sud. Infatti, una calamita appesa a un filo o appoggiata su un perno
ruota in modo da disporre sempre la stessa estremità verso il Polo Nord geografico, e l’altra
estremità verso il Polo Sud. La prima estremità prende il nome “nord”, la seconda “sud”. La Terra,
pertanto, è una enorme calamita che con il nord magnetico presso il Polo Sud, e il sud magnetico
vicino al Polo Nord. In maniera del tutto analoga a quanto avviene per la forza elettrostatica poli
con lo stesso nome si respingono, poli con nomi diversi si attraggono. Questa analogia potrebbe
indurci a cercare l’analogo per il magnetismo della carica elettrica: la carica (o monopolo)
magnetica. Tuttavia, se noi tagliamo a metà una sbarretta magnetizzata non troviamo una mezza
sbarretta interamente di tipo “nord” e l’altra “sud”, bensì due sbarrette più corte, ognuna avente sia
il polo nord che il polo sud.
Correnti elettriche e magnetismo
Quando, nel 1820, il fisico danese Hans Christian Oersted fece in maniera quasi fortuita una delle
più importanti scoperte della storia della
scienza, si conoscevano il magnetismo e la
corrente elettrica, ma non si sospettava che
esistesse un legame tra questi due ambiti di
fenomeni. L’esperimento di Oersted è
molto semplice: poniamo una bussola
accanto a un filo elettrico. Se nel filo non
scorre corrente la bussola indicherà il polo
nord terrestre, ma se colleghiamo il filo ad
un generatore e facciamo scorrere in esso una corrente di una certa intensità osserveremo una
brusca deviazione dell’ago della bussola che si orienterà in direzione perpendicolare al filo stesso.
L’importanza di questo esperimento consiste nel fatto che esso evidenzia che le correnti elettriche
sono sorgenti di forze magnetiche; infatti:
1. l’ago della bussola è sensibile al magnetismo, come si può verificare avvicinandogli una
calamita;
2. in assenza di corrente elettrica nel filo l’ago mantiene la sua normale orientazione in direzione
del polo nord terrestre;
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3. in presenza di corrente elettrica nel filo l’ago varia bruscamente la sua orientazione;
4. conclusione: dal fatto che in presenza di corrente si ha la deviazione e in assenza di corrente non
si ha deviazione (punti 2 e 3) deduciamo che la corrente elettrica è la causa della deviazione,
inoltre, poiché l’ago della bussola è sensibile alle forze magnetiche (punto 1), segue
necessariamente che le correnti elettriche sono sorgenti di effetti magnetici.
Gli effetti magnetici nel quotidiano
La proprietà delle correnti elettriche di essere sorgenti di effetti magnetici ha molte applicazioni. Se
avvolgiamo un filo tutto intorno a un oggetto di ferro o acciaio – per esempio un grosso chiodo – e poi
colleghiamo il filo ad un generatore osserviamo che il chiodo si comporta come una calamita; quando poi
interrompiamo il flusso di corrente nel filo il chiodo perde le sue proprietà magnetiche. Un sistema di questo
tipo si chiama elettrocalamita ed ha numerose applicazioni. Una semplice applicazione dell’elettrocalamita
è rappresentata dal campanello. In questo caso una parte del circuito che alimenta l’elettrocalamita è formata
da una sottile linguetta di ferro. Quando l’elettrocalamita entra in funzione la linguetta viene attirata e si
piega interrompendo il circuito. In questo modo l’elettrocalamita è disattivata e la linguetta, non più attirata,
torna al suo posto chiudendo il circuito; in tal modo il processo ricomincia da capo. Se facciamo in modo che
quando si chiude (o quando si apre) il circuito la linguetta vada a sbattere su un campanello abbiamo
realizzato un dispositivo per generare una rapida sequenza di suoni.
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Verifiche di comprensione
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In che cosa consiste il fenomeno del magnetismo nei termini in cui lo conoscevano gli antichi?
Che cosa è un magnete o calamita?
Quali materiali subiscono la forza magnetica?
Che differenza c’è tra il modo in cui un magnete attira un pezzo di ferro e un altro magnete?
Che cosa sono il polo nord e il polo sud di una sbarretta di magnetite?
Perché i poli magnetici sono stati denominati nord e sud?
Come si può realizzare un polo magnetico isolato?
Descrivi l’esperimento di Oersted.
Perché è così importante l’esperimento di Oersted?
Che cosa è un’elettrocalamita?
Verifiche di conoscenza
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Una calamita:
a. è in grado di attrarre oggetti di acciaio
b. è in grado di attrarre o respingere oggetti di acciaio
c. può essere costituita solo di magnetite
d. attira pezzi di ferro solo se circondata da un filo percorso da corrente
Quali tra le seguenti leghe metalliche subiscono la forza di una calamita?
a. ferro – carbonio
b. rame – carbonio
c. cobalto – nichel
d. zinco – rame
Due calamite a forma di sbarretta:
a. si attirano in ogni caso
b. si attirano solo se il nord della prima è vicino al nord della seconda
c. si attirano se il sud della prima è vicino al nord della seconda
d. non si attirano
Perché i poli nord e sud di una calamita si chiamano così?
a. non c’è un particolare motivo
b. il polo nord è sempre più in alto
c. “nord” e “sud” sono sigle mutuate dall’inglese
d. il polo nord dell’ago della bussola guarda verso il nord geografico
Una sbarretta ottenuta tagliando a metà una sbarretta di magnetite
a. ha perso le sue proprietà magnetiche
b. ha sia il polo nord che il polo sud
c. un estremo ha il polo nord (o sud) e l’altro non presenta attività magnetica
d. tutta la sbarretta è un polo nord (o sud)
Nell’esperimento di Oersted, l’ago della bussola si sposta:
a. a causa di una corrente elettrica
b. a causa di un campione di magnetite
c. a causa di una carica elettrica
d. perché cambia la direzione del nord