Giovani per la Scienza

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Il gruppo Elettromagnetico

Il gruppo Elettromagnetico

GR. ELETTROMAGNETICO

Generatore di Van de Graaff

Una macchina di Van de Graaff come quella che noi abbiamo ricostruito è una macchina elettrostatica in grado di accumulare una notevole quantità di carica elettrica in un conduttore, creando tra questo ed un elettrodo di riferimento, solitamente messo a terra, un’altissima tensione (si può arrivare fino alle decine di migliaia di volt). È composto da una cinghia di materiale isolante tesa tra due rulli e mantenuta in rotazione da un motore. La cinghia viene caricata per induzione da una serie di punte metalliche (effetto punta) poste in prossimità del rullo inferiore e collegate ad un generatore di tensione continua (ad esempio una batteria) o facendo in modo che si carichino per sfregamento. Queste cariche vengono poi trasportate per azione del motore all’interno di un conduttore di forma sferica isolato, dove un secondo pettine metallico collegato elettricamente alla sfera le trasferisce sulla superficie di quest’ultima che raggiunge un voltaggio altissimo. Nonostante l’elevata tensione la macchina non è pericolosa perché le potenze in gioco sono basse.

Principio di funzionamento

La creazione dei fulmini

Un generatore di questo tipo è composto sostanzialmente da una cinghia di materiale isolante tra due pulegge e mantenuta in rotazione da un motore. La cinghia viene caricata per induzione da una serie di punte metalliche (effetto punta) poste in prossimità di una delle due pulegge e collegate ad un generatore di tensione continua (ad esempio una batteria). Queste cariche vengono poi trasportate per azione del motore all’interno di un conduttore di forma sferica isolato, dove un secondo pettine metallico collegato elettricamente alla sfera le trasferisce sulla superficie di quest’ultima. Se non si spegne la macchina il processo si arresta quando la tensione della sfera è sufficiente a produrre scariche elettriche attraverso gli isolanti di sostegno (rottura dielettrica) o attraverso l’aria circostante (ionizzazione dell’aria). Il tipico esperimento che si fa è quello di avvicinare alla sfera in tensione un conduttore posto a massa e di osservare la scarica che si genera in modo analogo ai fulmini.

Mulinello elettrico

Abbiamo caricato il mulinello elettrico da noi costruito collegandolo con la macchina di Van de Graaf. Un mulinello è un conduttore fornito di una serie di raggi metallici ripiegati tutti nello stesso senso e terminanti con una punta. Per il principio di conservazione della quantità di moto esiste sia un movimento di ioni che sono respinti dalle punte sia un movimento di ioni che, trasmettendo ad esse la propria quantità di moto. Il mulinello assume così un moto rotatorio nel verso opposto a quello secondo cui sono incurvate le punte metalliche

Bobina sollevatrice

Abbiamo collegato due bobine in parallelo, per avere la massima corrente disponibile dal nostro generatore in ognuna delle due bobine,e all’interno abbiamo posto un parallelepipedo di materiale ferromagnetico per aumentarne il campo di induzione magnetica. Dando tensione continua agli avvolgimenti si viene a creare un campo magnetico che ha la proprietà di interagire con oggetti di ferro attirandoli (nel nostro caso particolare si tratta di un peso non superiore ai 500 g).

Esperimento di Oersted

Prende il nome dal fisico Hans Christian Oersted che lo condusse nel 1820. Fu il primo esperimento a dimostrare una correlazione tra la corrente elettrica e il campo magnetico. Consiste nel mettere un filo conduttore ad esempio nella direzione nord-sud sopra a una bussola e quindi far passare corrente al suo interno: si osserva che l’ago della bussola, se la corrente ha un’intensità adeguata, si dispone in modo perpendicolare al conduttore. E’ da questo esperimento che Einstein, nel suo libro “L’evoluzione della Fisica”, fa nascere la fisica moderna.

Mentre preparava il materiale per una lezione, Ørsted scoprì qualcosa che lo sorprese molto: egli avvicinò una bussola magnetica ad un filo elettrico in cui scorreva corrente e l’ago magnetico della bussola si mosse improvvisamente. Ørsted fu così sorpreso che ripeté più volte l’esperimento.