Realizzato dal liceo scientifico Nicoloso Da Recco Classe 5 a C

2. Realizzato dal liceo scientifico Nicoloso Da Recco Classe 5aC Angelino Valeria, Bona Laura, Camere Serena, Camisassi Nicola, Degiuli Jacopo, Del Pino Francesco, Gattavecchia Alessandra, Guzzi Martina, Maggio Alessandro, Pietrelli Mattia, Raffaghello Giovanni, Sacco Alessia, Serafini Chiara, Vaccaro Michela, Verdina Federica

3. Le tre fasidell’esperimento… • Verifica del campo magnetico generato da una corrente che percorre un conduttore rettilineo • Osservazione di fenomeni induttivi • Verifica della creazione di un campo magnetico variabile da parte di un campo elettrico variabile

4. Verifica del campo magnetico generato da una corrente che percorre un conduttore rettilineo La legge di Biot Savart afferma che la corrente che circola nel circuito genera un campo magnetico, di intensità B= μ0i/2πR, le cui linee di forza sono circonferenze concentriche al filo, il verso segue la legge della mano destra. Verifichiamo questa legge tramite: • un ago magnetico; • una bussola. Verifichiamo infine la legge di Faraday-Neumann-Lenz, femi= -dΦ(B)/dt, tramite un solenoide collegato ad un oscilloscopio.

5. Ago magnetico: posto in prossimità del filo, al passaggio di corrente si orienta lungo le linee di forza del campo magnetico creato dal passaggio stesso di corrente. Bussola: inizialmente è orientata verso il polo nord magnetico terrestre; al passaggio della corrente l’ago magnetico della bussola ruota di circa 30 gradi: ciò è dovuto alla compresenza del campo magnetico terrestre con quello generato dal filo. Solenoide: la corrente è continua, quindi il campo magnetico da lei generato, per Biot-Savart, è costante; la variazione del flusso concatenato alla superficie delimitata dal solenoide è nulla e quindi, per la legge di Faraday-Neumann-Lenz (femi= -dΦ(B)/dt), fem=0: l’oscilloscopio non registra alcuna fem ai capi del solenoide. Verifichiamo inoltre l’esistenza dell’extracorrente di apertura e chiusura del circuito tramite l’uso di un trasformatore.

6. Osservazione di fenomeni induttivi Sostituiamo al generatore di corrente continua un generatore di corrente alternata operante alla frequenza di 50 Hz e osserviamo gli effetti del campo magnetico prodotto dalla corrente alternata così generata su una bussola ed un solenoide. La corrente cambia direzione con una frequenza n=100 Hz, e tale è quindi il numero di oscillazioni al secondo che compie l’ago magnetico della bussola: pertanto queste risultano impercettibili alla vista. Colleghiamo ora al circuito, al posto dell’alternatore, un generatore di segnali sinusoidali di bassa e media frequenza e verifichiamo gli effetti induttivi su un solenoide.

7. Fem indotta ai capi del solenoide Verifichiamo che, mantenendo la frequenza del generatore e la distanza dal filo, la fem indotta è direttamente proporzionale all’ampiezza della corrente che scorre nel circuito. Osserviamo infine che, a parità di frequenza e di corrente, la fem indotta è inversamente proporzionale alla distanza. Osserviamo inoltre che, lasciando costanti orientamento e distanza del solenoide, spostando questo lungo la direzione del filo, la fem non subisce alcuna variazione. Verifichiamo infine l’influenza dell’orientamento del solenoide sul valore della fem indotta.

8. Verifica della creazione di un campo magnetico variabile da parte di un campo elettrico variabile Per verificare la generazione di un campo magnetico da parte di un campo elettrico variabile è stato realizzato un condensatore piano con superfici circolari del diametro di un metro con dielettrico in polistirolo di spessore pari a 2 cm e armature in carta stagnola. È stato inoltre costruito un solenoide costituito da 60 spire, schermato con carta stagnola dal campo elettrico, da usare come sonda.

9. Il condensatore così costruito è stato collegato ad un alternatore che che eroga 10 V di differenza di potenziale alla frequenza di 1,2MHz. Mantenendo la distanza dal filo costante e traslando il solenoide parallelamente al filo fino a trovarsi in prossimità del condensatore, si è verificato che la fem indotta ai capi della sonda, misurata attraverso un oscilloscopio, non subisce alcuna variazione! L’esperienza dimostra che, nonostante non vi siano cariche in movimento all’interno del dielettrico, tuttavia deve esistere una “corrente”, anche se non nel senso proprio del termine, in grado di generare il campo magnetico attorno al condensatore. È la corrente di spostamento!

10. La corrente di spostamento compare nella quarta equazione di Maxwell ∫B∙dl = μ0 (i + ε0dΦ(E)/dt), la quale afferma che un campo elettrico variabile è in grado di generare un campo magnetico variabile. Questo, insieme alla terza equazione di Maxwell, che afferma che un campo magnetico variabile è in grado di generare un campo elettrico variabile, rappresenta il presupposto per la teorizzazione dell’esistenza di onde elettromagnetiche e dei loro meccanismi di formazione e propagazione.

11. Abbiamo inoltre confrontato i risultati sperimentali riguardo alla fem indotta dalla corrente di spostamento con quelli ottenuti in modo teorico tenendo conto delle leggi di Faraday-Neumann-Lenz e di Biot Savart, e della periodicità della fem erogata dall’alternatore del circuito, che una funzione sinusoidale del tempo. nfem=1,53 ∙ 106 s-1; scondensatore=0,785 m2; ismax= 7,2 ∙ 10-2 A. La discrepanza tra valori teorici e valori sperimentali è da attribuirsi all’apparecchiatura piuttosto rudimentale costruita con materiali “poveri”.

12. I campi elettromagnetici sono davvero nocivi? Abbiamo misurato, grazie alla sonda del consorzio Elettra 2000, il valore del campo elettrico in prossimità delle armature del condensatore. E= 98 V/m Esso è circa 10 volte più intenso del campo elettrico misurato con la stessa sonda in prossimità dell’antenna di un qualunque telefono cellulare! Sarà pericoloso un tale campo elettrico? Provare per credere…

13. Ai nostri compagni non è successo nulla! In conclusione… Estrapolare valori di campi elettrici o magnetici dal loro contesto non permette di fare corrette valutazioni relativamente ai loro effetti reali.

14. Docente referente prof. Carla Lesino

15. Un ringraziamento particolare al professor Alessandro Iscra per la preziosa collaborazione prestata.