SCIENZE - FISICA - IL MAGNETISMO

PRESENTAZIONE

Il magnetismo è un effetto che accompagna permanentemente la corrente elettrica, ed ha un ruolo importante in quasi tutti gli apparecchi e le macchine elettriche.
Lo spazio in cui agiscono le forze magnetiche viene chiamato campo magnetico. Un campo magnetico si stabilisce fra gli estremi di un magnete a barra o fra le braccia di un magnete a ferro di cavallo. Se si sovrappone ad un magnete un telaietto contenente un foglio di carta su cui si spargono dei frammenti di limatura di ferro e si fa vibrare leggermente il foglio, si vedranno formare delle linee di limatura che seguiranno le linee di forza del campo magnetico. Si parla perciò di linee di campo. Si deve quindi immaginare lo spazio intorno ad un magnete come attraversato da linee di campo. I campi magnetici esercitano delle forze. Queste forze sono tanto maggiori quanto più le linee di campo sono contenute nel campo magnetico, cioè quanto più vicine sono le linee fra di loro. L'intensità di un flusso magnetico è la misura della forza d'azione del suo campo. Essa viene chiamata anche induzione magnetica.
Le linee di campo di un conduttore diritto percorso da corrente (un filo elettrico) sono linee chiuse su loro stesse, cioè dei cerchi il cui centro comune si trova sul conduttore. Poiché il campo magnetico si estende nello spazio per tutta la lunghezza del conduttore, si devono immaginare le linee di campo come dei tubi inseriti l'uno nell'altro. Regola fondamentale è che attorno a qualsiasi conduttore - anche fluido o gassoso - percorso da corrente si formino dei campi magnetici. La densità del flusso magnetico è massima vicino alla superficie esterna del conduttore e si indebolisce allontanandosi da essa. ╚ indifferente se il conduttore è ricoperto da materiale isolante, poiché in questi materiali il campo magnetico si forma pressoché come nell'aria.
Le proprietà magnetiche dei corpi conduttori attraversati dalla corrente elettrica furono investigate dal fisico inglese Michael Faraday nel secolo scorso. Egli scopri anche che quando in una spira di un filo conduttore viene fatta passare una corrente e poi la si interrompe, attorno alla spira si forma un campo magnetico variabile, il quale creerà a sua volta un'altra corrente in una seconda spira disposta nelle vicinanze della prima. La corrente nella seconda spira sarà tanto maggiore quanto più le spire saranno vicine, e sarà massima se entrambe risulteranno avvolte attorno allo stesso nucleo di ferro. I generatori elettrici, che ci forniscono la grande quantità di energia elettrica di cui abbiamo bisogno oggi, si basano tutti sulla scoperta di Faraday.
Una dinamo consiste in molte spire avvolte su un nucleo di ferro che viene fatto ruotare fra i poli di un elettromagnete. La corrente che si genera nelle spire quando il nucleo ruota viene raccolta attraverso contatti di carbone amorfo o grafite (spazzole). In una dinamo semplice, la corrente muta direzione due volte ogni rotazione della spira. Prima si ha una corrente di segno positivo cui segue, dopo il raggiungimento di un massimo, una corrente di segno negativo. Si torna poi a zero, dopo di che ricomincia il ciclo. Si genera in tal modo una corrente alternata, e un diagramma può illustrare come la corrente varia nel corso del tempo con forma di un'onda. Per ottenere una corrente continua da un generatore rotante si richiede un collettore, il quale sia formato da lamelle di rame isolate fra loro (commutatore).
I generatori non creano elettricità dal nulla: essi devono essere azionati da una sorgente esterna di energia, come ad esempio una turbina a vapore. Il vapore viene ottenuto bruciando carbone, olio combustibile oppure energia nucleare; la turbina fa girare il generatore, il quale converte così energia meccanica in energia elettrica. In una centrale idroelettrica il generatore è azionato da una turbina idraulica, la quale a sua volta è azionata dall'energia caduta da un salto d'acqua.
La teoria dell'elettromagnetismo classico, portata a compimento da Maxwell, è stata successivamente rielaborata e unificata da Einstein nel quadro della teoria della relatività ristretta; in tale contesto i campi elettrico e magnetico sono unificati concettualmente nel campo elettromagnetico. Fra le numerose teorie e tesi relative al magnetismo sono particolarmente interessanti l'ipotesi di Ampère, che riduce i fenomeni di magnetizzazione materiale (magnetismo naturale, magnetismo indotto, ecc.) a effetti dovuti alla circolazione, all'interno del corpo magnetizzato, di correnti elettriche su scala molecolare o atomica (tale ipotesi, basata sull'analogia con i fenomeni elettromagnetici su scala macroscopica, è stata confermata successivamente dalle indagini sulla struttura intima della materia, per esempio dalla scoperta del moto degli elettroni attorno ai nuclei) e l'ipotesi di Blackett, secondo la quale ogni corpo in rotazione costituisce un magnete con un valore proporzionale alla quantità di moto (questa ipotesi è stata verificata dall'osservazione di tre corpi celesti dotati di magnetismo: la Terra, il Sole e la stella 78 Virginis).

LA CALAMITA

Fin dall'antichità si sapeva che se l'ambra (in greco élektron) viene strofinata, acquista il potere di attrarre corpi piccoli e leggeri, quali piume o pezzetti di carta. Questa proprietà, discretamente diffusa in natura, ha dato origine alle scoperte sull'elettricità e sul magnetismo.
Oggi si tende a preferire il termine "magnete" a "calamita".
Esistono magneti naturali come la magnetite, un composto del ferro, già noto ai Greci che ne potevano reperire discrete quantità nei pressi della città di Magnesia, in Asia Minore.
Magneti artificiali temporanei si ottengono sottoponendo pezzi di ferro dolce all'azione di campi magnetici, generati da corpi già magnetizzati o da correnti elettriche. Se al posto del ferro si usa acciaio, la magnetizzazione permane anche una volta rimosso il campo inducente.
Ogni magnete presenta due poli magnetici, ossia due zone geometriche opposte nei pressi delle quali gli effetti magnetici sono particolarmente intensi; se il magnete può orientarsi liberamente nello spazio, uno dei due poli si volge sempre verso il Polo Nord terrestre, l'altro verso il Polo Sud: in seguito a tale fenomeno, utilizzato nelle bussole, i poli di ogni magnete vengono appunto distinti in polo Nord e polo Sud. Le opposte polarità di un magnete, una complementare all'altra, non sono isolabili l'una dall'altra: spezzando a metà un magnete si ottengono infatti due nuovi magneti, ciascuno ancora dotato di una coppia polare Nord-Sud. Tra i corpi magnetizzati si esercitano forze attrattive o repulsive, secondo il tipo di polarità: poli omologhi si respingono, poli opposti si attraggono. L'intensità di tali forze è, indipendentemente dal loro senso, inversamente proporzionale al quadrato della distanza dei poli magnetici: questa regola è detta "legge di Coulomb", dal nome del suo scopritore.

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