Elettromagnetismo

Verso l'inizio del XIX secolo i fisici discussero a lungo su un possibile legame tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici. Grazie al danese Hans Christian Oersted, questo legame fu dimostrato ed iniziò a svilupparsi un nuovo settore della fisica, chiamato appunto elettromagnetismo.

 

L'esperimento di Oersted Fu la prima conferma sperimentale dello stretto legame tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici. Si dispone un filo al di sopra e parallelamente a un ago magnetico, che naturalmente è orientato verso nord.  Quando viene fatta passare della corrente in questo filo la direzione dell'ago viene alterata; esso si sposta più a destra o più a sinistra a seconda del verso secondo cui il filo è percorso da corrente, come rappresentato in figura.

Oersted non riuscì a formulare le leggi che governavano i dati sperimentali rilevati; la portata di questo esperimento fu comunque molto notevole.
Fenomeni elettromagnetici da due fili   Questo esperimento è un approfondimento dell'esperimento precedente. L'esperimento di Oersted studia infatti come si comportano un filo e un ago magnetico. Ora osserviamo il comportamento di due fili. Se essi vengono percorsi da corrente equiversa si attraggono, se vengono percorsi da corrente di verso opposto si respingono.

 

 

Questo sempre in virtù dei fenomeni di attrazione e di repulsione magnetica collegati ai fenomeni elettrici.


UNA CORRENTE GENERA UN CAMPO MAGNETICO

Il campo prodotto da un  solenoide, è molto simile a quello prodotto da una calamita.

Da quanto finora detto è possibile formulare delle ipotesi circa il magnetismo terrestre. La Terra, come aveva osservato Gilbert, è un grosso magnete le cui linee di campo si dispongono attorno ai poli; i poli nord e sud di tale magnete, però, non coincidono esattamente con i poli geografici, che vengono definiti come intersezioni dell’asse di rotazione terrestre con la Terra stessa.

E nel nucleo della Terra, costituito essenzialmente da ferro e nichel allo stato fuso che si ritiene abbia origine il magnetismo terrestre. Le teorie più diffuse sulle cause che conferirebbero alla Terra la struttura di un grosso magnete sono: quella dell’esistenza nel nucleo di forti correnti di ferro e nichel ionizzati, e quella sulla differente velocità con cui ruoterebbero, l’uno dentro l’altro, il nucleo fuso e lo strato solido sovrastante.

L’AZIONE MAGNETICA DI UNA CORRENTE

Abbiamo già parlato di campo magnetico e di linee di campo: questi concetti venivano evidenziati dalla particolare disposizione della limatura di ferro attorno alle calamite; è possibile applicarli anche al caso delle cariche elettriche? Si può dire cioè che una carica elettrica genera un campo elettrico?

Anche se non è possibile «materializzare» questo campo, come si faceva con la limatura di ferro, si può ugualmente parlare di campo elettrico generato da una carica elettrica riferendoci alla capacità che esso ha di agire su qualunque altra carica posta nello spazio circostante; in questo senso i due concetti si equivalgono.

Cosa succede in una zona fissata nello spazio se una carica si muove? Quella zona risente di, o è sottoposta a, un campo elettrico variabile.

Alla luce di queste considerazioni, dato che una corrente elettrica non è che l’insieme di elettroni in movimento, possiamo interpretare l’azione magnetica di una corrente dicendo che una variazione del campo elettrico in una determinata zona dello spazio, ad esempio quella in cui è situato l’ago di una bussola, produce effetti magnetici.

 

Vedremo che è vero anche il contrario: una variazione del campo magnetico produce effetti elettrici mostrando la simmetria dei due tipi di azione.

 

Intanto diamo un’ulteriore spiegazione sulla costituzione delle calamite e sulla magnetizzazione dei corpi così come è stata per la prima volta spiegata dal fisico francese Ampère (1775-1836). Secondo lo scienziato, in ogni corpo esistono delle correnti elettriche molecolari che circolano disordinatamente nel suo interno.
Ogni corrente è paragonabile a quella che percorre una spira di una bobina e produce quindi l’effetto di una minuscola calamita.
Di solito, queste correnti molecolari sono orientate in tutte le possibili direzioni, e quindi le minuscole forze magnetiche da esse determinate si neutralizzano reciprocamente. Ma in presenza di un campo magnetico, tali correnti molecolari si orientano nella direzione del campo esterno e quindi le minuscole forze magnetiche si sommano e danno come risultante una forza magnetica discretamente apprezzabile.

Dopo Ampère è stato scoperto che le correnti molecolari sono correnti elementari dovute al moto degli elettroni attorno al nucleo degli atomi.

La teoria di Ampère permette di capire perché si ottiene un aumento dell’intensità di campo magnetico quando s’introduce un nucleo di ferro in una bobina percorsa da corrente: al campo magnetico della bobina, infatti, si somma quello dovuto all’orientamento delle correnti elementari del ferro.

Ora sarà più chiaro anche il funzionamento dell’elettrocalamita che altro non è che una sbarretta di ferro posta all’interno di un solenoide percorso da corrente; se ne può costruire una avvolgendo più volte del filo elettrico attorno ad un grosso chiodo e collegando i capi ai poli di una batteria da 4,5 V.