Relazione conclusiva di fisica. Magnetismo ed elettromagnetismo

Relazione conclusiva di fisica: magnetismo ed elettromagnetismo

Calamite, campo magnetico terrestre, sono alcuni dei fenomeni magnetici presenti in natura. Il campo magnetico è una perturbazione dello spazio generata dalla presenza di un magnete o di un filo conduttore percorso da corrente. Quando vengono poste ,per esempio, limature di ferro sul campo magnetico, esse andranno a disporsi in maniera precisa, orientate lungo le linee di forza del campo rendendolo visibile.

Le linee di forza del campo magnetico, a differenza di quelle del campo elettrico, sono linee chiuse che escono dal polo nord ed entrano nel polo sud del magnete. Le linee di campo definiscono la direzione ed il verso del campo magnetico (essendo un campo vettoriale): disegnando una retta tangente a una linea magnetica in un punto , sarà possibile capire la direzione del campo magnetico in quel punto. Le calamite che abbiamo in casa sono esempi di magneti. È per la presenza del campo magnetico che si genera e le linee di forza del campo che avvicinando un qualsiasi pezzo di ferro alle nostre calamite sarà attratto da loro: perché il ferro si disporrà orientato lungo le linee di forza, chiuse, del campo.
Anche la Terra assume lo stesso comportamento dei magneti, come se fosse presente al suo interno una barra magnetica. La differenza sta nel fatto che le linee di forza del campo magnetico terrestre, diversamente da quelle di un qualsiasi magnete, si muovono in verso opposto: escono dal polo sud ed entrano dal polo nord. Poiché il polo nord magnetico indicato dalla bussola non coincide sempre con il polo nord terrestre, si arrivò a concludere che questa barra magnetica presente al centro della Terra fosse inclinata di circa 11 gradi rispetto all’asse di rotazione terrestre. Questa barra, comportandosi da magnete, crea un campo magnetico, con le sue linee di flusso. Questo fenomeno è chiamato “Magnetismo Terrestre”.
Uno strumento che funziona essendo sotto l’influsso del campo magnetico terrestre è la bussola: costituita da un ago magnetizzato libero di ruotare sul piano orizzontale. L’ago magnetizzato punta sempre verso il nord magnetico, non geografico, essendo sotto l’influenza delle linee di flusso del campo magnetico terrestre, che lo spingono a orientarsi lungo esse, l’ago, quindi, si dispone parallelamente alle linee di flusso in modo da indicare il nord magnetico.
Il campo magnetico terrestre influenza anche alcune rocce, magnetizzandole, così come ognuno dei minerali contenuti in esse che diventano minuscoli magneti, ognuno con il proprio piccolo campo magnetico. Ognuno di questi minerali magnetizzati si orienta con lo stesso verso del campo magnetico terrestre esistente in quel momento. Questo magnetismo fossile delle rocce è chiamato: Paleomagnetismo. Con analisi e ricerche successive si scoprì che una volta fredda, la roccia magnetizzata in modo permanente aveva la direzione del proprio campo magnetico non coincidente con la direzione del campo magnetico terrestre. Questo spinse gli scienziati a chiedersi se il polo nord magnetico cambiasse nel tempo. Si arrivò alla conclusione che si trattava solo di un cambiamento apparente poiché effettivamente non era il polo nord magnetico terrestre a cambiare nel tempo, ma le rocce insieme ai continenti, ad essersi spostati. Questa scoperta corrobora la teoria della deriva dei continenti.
Inoltre, gli scienziati scoprirono anche che ci sono stati più volte dei periodi a polarità inversa, in cui i poli magnetici terrestri si sono invertiti di polarità. Tuttavia non si sa ancora bene da cosa siano provocate queste inversioni e cosa provochino.
Esistono delle unioni tra magnetismo ed elettromagnetismo. Il primo a scoprire questo legame fu Oersted, che con un esperienza scoprì che intorno ad un filo percorso da corrente elettrica è presente un campo magnetico. L’esperienza consistette nel posizionare un ago magnetico sotto un filo rettilineo di materiale conduttore. Egli notò che quando quest’ultimo era percorso da corrente elettrica, l’ago magnetico ruotava fino a disporsi perpendicolarmente al filo.
La corrente che attraversa il filo mette in movimento le cariche che generano il campo magnetico. Le linee di forza del campo sono circonferenze concentriche al filo che giacciono sul piano perpendicolare a esso. La direzione del campo magnetico in uno specifico punto del campo, come nel caso della presenza di un magnete, è data dalla retta tangente disegnata su una linea del campo. Il verso del campo magnetico presente intorno ad un filo percorso da corrente, invece, è dato dalla regola della mano destra in cui il pollice rappresenta il filo conduttore rettilineo percorso da corrente e le altre 4 dita della mano che si avvolgono intorno al pollice rappresentano il verso del campo.

Successivamente si scoprì che con la corrente elettrica fosse possibile potenziare un magnete ed il suo campo magnetico. Questa fu una scoperta molto importante nella storia della nascita dell’elettromagnetismo poiché permise di generare un campo magnetico molto più potente. In un solenoide vuoto ( avvolgimento cilindrico di filo conduttore ) percorso da corrente, è presente un campo magnetico. A seconda del materiale della sostanza che viene inserita nelle spire del solenoide, il campo magnetico che andrà a formarsi, sarà minore o maggiore rispetto a quello presente con il solenoide vuoto. Con delle sostanze paramagnetiche come il platino e l’alluminio, inserite nel solenoide percorso da corrente, il campo magnetico sarà leggermente maggiore rispetto a quello presente con il solenoide vuoto; con sostanze diamagnetiche come l’acqua, l’argento, il rame ed il vetro, il campo sarà leggermente minore; ed infine con le sostanze ferromagnetiche come il ferro, il campo sarà molto maggiore rispetto a quello con il solenoide vuoto.
Nella vita quotidiana sono tanti gli esempi di strumenti che sfruttano fenomeni magnetici e/o elettromagnetici come la bussola, le calamite sul frigo, il sollevamento dell’auto per la demolizione....anche elettrodomestici tra cui lavastoviglie, asciugacapelli, lavatrice e lampada sfruttano il campo magnetico che si genera quando il filo conduttore viene percorso da corrente elettrica, per amplificare la potenza e l’intensità dell’utensile.
Un altro esempio è il forno a microonde che scalda il cibo grazie alle radiazioni elettromagnetiche che genera, che hanno una bassa quantità di energia. Le microonde cedono energia alle molecole polari contenute nel cibo (grasso ed acqua) che iniziano a vibrare. L’attrito molecolare generato dallo sfregamento delle molecole polari genera calore così come la continua oscillazione delle onde elettromagnetiche che le spinge a urtarsi tra loro. Viene prodotto così uno stato di eccitazione termica dentro il cibo, ossia il calore necessario per la cottura. Il tempo di cottura di un forno a microonde è nettamente inferiore rispetto a un forno tradizionale e la cottura è più omogenea, perché avviene contemporaneamente anche sulle parti interne del cibo. Viceversa, in un forno tradizionale si riscalda prima la parte esterna e poi quella interna.