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L'effetto magnetico della corrente elettrica

Un filo percorso da corrente crea un campo magnetico intorno a sé. Il campo forma cerchi attorno a un filo rettilineo, diventa quasi dritto al centro di una spira ed è uniforme dentro un solenoide, che si comporta come una calamita a barra.

🎬 Storia passo dopo passo

  1. Ecco una calamita a barra. Le linee viola sono le linee del campo magnetico e i puntini grigi sono come limatura di ferro che scivola lungo di esse. All'esterno della calamita vanno dal polo N al polo S. L'ago della bussola si allinea con loro.
  2. Guarda bene le linee. Ognuna è un anello chiuso. Due linee non si incrociano mai. Sono fitte vicino ai poli, perché lì il campo è più forte.
  3. Ora un filo di rame dritto passa attraverso un cartoncino. Accendiamo la corrente: la bussola gira! La corrente crea un campo magnetico. Le linee sono cerchi intorno al filo. Afferra il filo con la mano destra, con il pollice lungo la corrente: le dita si piegano nel verso del campo.
  4. Piega il filo in una spira circolare. Vicino al filo le linee sono ancora piccoli cerchi. Al centro della spira si uniscono e diventano quasi dritte. Più giri o più corrente rendono questo campo più forte.
  5. Avvolgi tanti giri uno dopo l'altro: ecco un solenoide. Dentro, le linee sono dritte, parallele e a distanza uguale, quindi il campo è uniforme. Fuori sembra proprio una calamita a barra, con un'estremità N e una S.
  6. Tocca a te! Scegli una calamita, un filo, una spira o un solenoide. Porta la corrente su, giù o sotto zero per invertirla, e sposta la bussola in giro. Osserva l'ago e la forza del campo cambiare.

Suggerimento: trascina la scena 3D per ruotarla. Usa due dita per zoomare.

🤔 Dubbi comuni, chiariti

Dove iniziano e finiscono le linee di campo?

Da nessuna parte. Fuori dalla calamita vanno da N a S e dentro tornano da S a N, quindi ogni linea è un anello chiuso.

Perché due linee di campo non possono incrociarsi?

Nel punto d'incrocio il campo avrebbe due direzioni, e l'ago di una bussola non può puntare in due versi insieme.

Come faccio a sapere che il campo è più forte vicino al filo?

I cerchi sono più fitti vicino al filo. Avvicina la bussola nel gioco libero e guarda salire il numero dell'intensità.

Che cosa succede se si inverte la corrente?

I cerchi del campo cambiano verso e l'ago della bussola si gira. Trascina il cursore della corrente sotto zero per vederlo.

Perché le linee sono dritte al centro di una spira?

Ogni parte della spira spinge il campo al centro nello stesso verso, quindi lì le linee si sommano e passano quasi dritte.

Un solenoide è davvero come una calamita a barra?

Sì. Confronta il passo 1 e il passo 5: la forma all'esterno è la stessa, con estremità N e S. Dentro il solenoide il campo è uniforme.

Un filo senza corrente crea un campo magnetico?

No. Porta la corrente a 0 e i puntini si fermano; la bussola torna a puntare verso il nord della Terra.

Calamita, campo magnetico e bussola

Una calamita ha due estremità chiamate poli: il polo che cerca il nord (N) e il polo che cerca il sud (S). Poli uguali si respingono e poli diversi si attirano. Lo spazio intorno a una calamita in cui si sente la sua attrazione o repulsione è il suo campo magnetico. Un campo ha sia intensità sia direzione, quindi è una grandezza vettoriale.

La bussola è semplicemente una minuscola calamita (l'ago) che può girare liberamente. La sua estremità N indica la direzione del campo in quel punto. Senza calamite o correnti vicine, punta verso il nord geografico della Terra, perché anche la Terra si comporta come un'enorme calamita.

Non possiamo vedere il campo, quindi disegniamo le linee del campo magnetico: i percorsi lungo cui si muoverebbe un piccolo polo nord libero. Spargi limatura di ferro intorno a una calamita e batti sul cartoncino: la limatura si dispone lungo questi percorsi.

Proprietà delle linee del campo magnetico

Il campo intorno a un filo rettilineo percorso da corrente

Nel 1820 Hans Christian Oersted notò che l'ago di una bussola girava ogni volta che passava corrente in un filo vicino. Questo mostrò che la corrente elettrica produce un campo magnetico: elettricità e magnetismo sono collegati.

Intorno a un lungo filo rettilineo le linee di campo sono cerchi concentrici con il centro sul filo, che giacciono su piani perpendicolari al filo.

Regola della mano destra (del pollice)

Afferra il filo con la mano destra, con il pollice nel verso della corrente. Le dita piegate mostrano il verso delle linee di campo. Se inverti la corrente, anche il campo si inverte, e la bussola gira dall'altra parte.

Da che cosa dipende l'intensità

Il campo è più forte se la corrente è maggiore e più debole man mano che ti allontani dal filo. Vicino al filo i cerchi sono fitti; lontano si allargano. (L'intensità è direttamente proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale alla distanza.)

Il campo di una spira circolare (bobina)

Piega il filo dritto in un cerchio. Ogni piccolo pezzo della spira crea ancora cerchi di campo intorno a sé. Vicino al filo sembrano piccoli cerchi; verso il centro diventano più grandi e, proprio al centro, le linee di tutte le parti della spira vanno nello stesso verso e sembrano quasi linee rette.

Il campo al centro diventa più forte se aumenti la corrente o il numero di giri (n giri valgono n volte una sola spira). Anche una spira più piccola dà un campo più forte al suo centro. Guardando una faccia, la corrente antioraria rende quella faccia un polo nord e la corrente oraria la rende un polo sud.

Solenoide: una bobina che si comporta come una calamita a barra

Un solenoide è una lunga bobina di molti giri vicini di filo di rame isolato, a forma di cilindro. Quando passa corrente, il suo campo ha la stessa forma di quello di una calamita a barra: un'estremità si comporta da N e l'altra da S.

Dentro un solenoide lungo le linee di campo sono dritte, parallele e a distanza uguale. Questo significa che il campo è uniforme: ha la stessa intensità e la stessa direzione in ogni punto interno. Per trovare l'estremità N, piega le dita della mano destra nel verso della corrente nei giri; il pollice indica l'estremità N.

Il campo diventa più forte con (1) più giri, (2) più corrente e (3) un nucleo di ferro dolce messo dentro.

Elettrocalamita e magnete permanente

Metti una barra di ferro dolce dentro un solenoide e fai passare corrente: la barra diventa una calamita forte chiamata elettrocalamita. Spegni la corrente e perde quasi tutto il suo magnetismo.

ElettrocalamitaMagnete permanente
È una calamita solo mentre passa correnteResta magnetizzato sempre
L'intensità si può cambiare (corrente, giri)L'intensità è fissa
I poli si invertono invertendo la correnteI poli sono fissi
Nucleo: ferro dolceFatto di acciaio, alnico, ferrite, neodimio
Può diventare fortissimaDi solito più debole

Usi delle elettrocalamite: gru per rottami di ferro, campanelli elettrici, relè, altoparlanti, motori, macchine per la risonanza magnetica e treni a levitazione magnetica. L'acciaio si usa per i magneti permanenti perché conserva il magnetismo; il ferro dolce per le elettrocalamite perché lo perde in fretta.

Che cosa esce nella verifica

Aspettati disegni di linee di campo (calamita a barra, filo rettilineo, spira, solenoide), la regola della mano destra, i motivi per cui le linee di campo non si incrociano, i fattori che influenzano l'intensità del campo e le differenze tra elettrocalamita e magnete permanente. Di solito sono domande da 1 a 3 punti; nei disegni si danno punti per le frecce che mostrano il verso, quindi disegnale sempre.

Formule e definizioni chiave

Esempi svolti

1. Una bussola è posta appena a est di un filo verticale. Nel filo la corrente va verso l'alto. Dove punta l'estremità N della bussola? (Guarda dall'alto.)

Usa la regola della mano destra: pollice in su, le dita si piegano in senso antiorario visto dall'alto. Sul lato est, il movimento antiorario va verso nord. Quindi l'estremità N dell'ago punta a nord (il campo del filo e quello terrestre qui concordano).

2. A 5 cm da un lungo filo rettilineo il campo vale B. Quanto vale il campo a 10 cm se nello stesso tempo la corrente raddoppia?

B ∝ I/r. Raddoppiare I raddoppia B, raddoppiare r dimezza B. Quindi B resta uguale: 2 × ½ = 1, il campo vale ancora B.

3. Uno studente guarda una faccia di una bobina e vede la corrente andare in senso orario. Che polo è questa faccia? E se la corrente viene invertita?

La corrente oraria rende la faccia un polo Sud. Invertendo la corrente diventa antioraria, quindi la faccia diventa un polo Nord.

4. Dai due modi per rendere più forte il campo magnetico di un solenoide senza cambiare la lunghezza della bobina.

Far passare più corrente, aggiungere più giri o mettere dentro un nucleo di ferro dolce. Bastano due qualsiasi di questi.

5. Perché un solenoide lungo crea un campo uniforme all'interno e una bobina di un solo giro no?

In un solenoide lungo i campi di tanti giri si sommano uno accanto all'altro. Dentro, le parti che piegherebbero le linee si annullano e le linee diventano dritte, parallele e a distanza uguale. Una spira singola è dritta solo vicino al suo centro e curva altrove.

Errori comuni

Quiz di allenamento

1. Le linee del campo magnetico intorno a un lungo filo rettilineo percorso da corrente sono:
2. Le linee del campo magnetico non si incrociano mai perché:
3. Il campo dentro un lungo solenoide percorso da corrente è:
4. Quale cambiamento indebolisce il campo vicino a un filo rettilineo?
5. Il nucleo di un'elettrocalamita è di ferro dolce perché il ferro dolce:

Esercizi: rispondi da solo

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Domande frequenti

Che cos'è l'effetto magnetico della corrente elettrica, in parole semplici?

Quando in un filo passa corrente, il filo si comporta come una debole calamita e crea intorno a sé un campo magnetico. Una bussola vicina al filo si muove quando si accende la corrente.

Che cos'è la regola della mano destra?

Afferra un filo percorso da corrente con la mano destra, con il pollice lungo la corrente. Il verso in cui si piegano le dita è il verso delle linee del campo magnetico intorno al filo.

Perché si usa un solenoide per fare un'elettrocalamita?

Un solenoide dà un campo forte e uniforme al suo interno. Una barra di ferro dolce messa lì si magnetizza fortemente, e il magnetismo si può accendere, spegnere o invertire con la corrente.

Dove si studia

PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIMagnetism
RomaniaClasa a VIII-aElectric and magnetic phenomena
Spain2º BachilleratoElectromagnetic field
Ukraine9 класElectromagnetic phenomena; electromagnetic oscillations and waves
CBSE (India)Class 8Electricity: Magnetic and Heating Effects
CBSE (India)Class 10Effects of Current
England (GCSE, A level)Year 9Physics: Electricity and electromagnetism
England (GCSE, A level)Year 114.7 Magnetism and electromagnetism
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-PS2 Motion and stability: forces
Japan中学2年Field 1 (3): Electric current and its uses
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 10Electromagnetism
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
China九年级(初三)Ch.20 Electricity and magnetism

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