«Nulla è troppo meraviglioso per essere certo che obbedisca alle leggi della natura” - Michael Faraday

Una domanda che potremmo porci è la seguente: come sarebbe il mondo se non esistessero gli elettromagneti?

Mentre i magneti , ed i campi magnetici in generale, sono fenomeni che avvengono in modo naturale, gli elettromagneti in realtà no. Hanno dovuto essere inventati. Poichè gli elettromagneti combinano una corrente elettrica con un materiale magnetico, sono entrati nella nostra vita relativamente tardi nella storia.

Gli elettromagneti sono alcuni dei magneti più potenti che abbiamo a nostra disposizione. Grazie a questo, sono diventati assolutamente indispensabili per l’industria, la tecnologia, ed ogni tipo di cosa che abbiamo a casa nostra o che utilizziamo nel nostro quotidiano.

Per questa ragione, l’apprendimento relativo agli elettromagneti non si basa su una teoria irrilevante. Piuttosto, risulta molto utile, ed infatti, gli elettromagneti possono fare cose che solo essi possono fare; senza parlare del fatto che la scienza dell’elettromagnete è molto affascinante di per sè.

Pertanto, tornando alla domanda cosa potremmo fare ora senza la potenza dell’elettromagnete?

La risposta non è da nessuna parte ed allo stesso tempo è ovunque: non avremmo generatori, nè la possibilità  di immagazzinare o trasmettere energia per esempio.

Cosa dici se diamo un’occhiata alla teoria dell’eletttromagnete?

 

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Quando sono stati scoperti gli elettromagneti?

Però, che cos'è un elettromagnete e per cosa si utilizza?

Senza l’elettromagnete, probabilmente vivremmo ancora in un tempo simile al 1820.

Questa tecnologia fu inventata verso il 1820, quando due scienziati iniziarono indipendentemente a giocare con l’interazione dell’elettricità ed il magnetismo. Hans Christian Ørsted (o Oersted) (Danimarca) fu il primo a rendersi conto che una corrente elettrica crea un campo magnetico, mentre Sturgeon (Inghilterra) creò il primo elettromagnete rudimentale.

Tuttavia, nessuno sapeva molto bene come quella bobina di filo di rame potesse produrre un campo magnetico, fino quasi al secolo dopo, quando nel 1906 un fisico francese iniziò ad affrontare il problema. Con la sua teoria del dominio magnetico, ci fu un ulteriore passo avanti per poter capire cosa stava realmente accadendo nel nucleo di tutto questo filo arrotolato.

Tuttavia, a questa storia mancano due dei nomi più importanti della storia dell’elettromagnetismo. Sicuramente, avrai sentito parlare di Michael Faraday, che scoprì il principio dell’induzione elettromagnetica, o di André-Marie Ampère, che dimostrò che due fili paralleli si respingono e si attraggono fra loro secondo il percorso della corrente, ed al quale dobbiamo il nome dell’ampère.

L’elettromagnetismo è stato, da allora, una tecnologia che è andata sempre più rafforzandosi, riempiendo il nostro mondo di cose delle quali non ci rendiamo nemmeno conto di quanto siano importanti.

Ripasso: in cosa consiste il magnetismo?

La scienza dell’elettromagnetismo si basa nei magneti ed in tutti i fenomeni ad essi relazionati: i poli magnetici, la forza magnetica e le particelle cariche che esercitano un’attrazione soprattutto a livello subatomico.

Però, ti ricordi a cosa fa riferimento il magnetismo? Lo abbiamo già commentato nel nostro articolo “Cos’è il magnetismo?”, tuttavia, chissà potrebbe risultarti utile una piccola parentesi qui per riassumerti i punti più importanti del magnetismo.

Il magnetismo funziona grazie agli elettroni sciolti. Anche se gli elettroni sono particelle che formano parte dell’atomo, la maggior parte dei materiali hanno coppie di elettroni con cariche opposte. Queste cariche sono conosciute come “spin” e sono convenzionalmente chiamate “cariche positive” e “negative”.

Quando gli elettroni si uniscono, il loro rispettivo momento magnetico si neutralizza, il che significa che interrompono la forza magnetica.

Tuttavia, quando non sono uniti, non si neutralizzano, e nei materiali magnetici, scientificamente conosciuti come materiali ferromagnetici, questi elettroni possono puntare tutti spontaneamente nella stessa direzione, conferendo al materiale proprietà magnetiche perfette.

Questo ferromagnetismo lo possiamo osservare in alcuni materiali come il ferro ed il nichel.

Che ruolo svolgono gli elettromagneti nell’elettromagnetismo
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A cosa si riferisce l’elettromagnetismo?

Sebbene questo sia il modo in cui il magnetismo funziona “naturalmente”, gli elettromagneti funzionano in modo leggermente diverso. Le scoperte di persone come Ampère, Faraday ed Ørsted risiedono proprio nell’aver compreso che questo non era l’unico modo in cui funzionava l’elettromagnetismo.

Piuttosto, realizzarono che anche il flusso di corrente elettrica aveva un campo magnetico. La scoperta di Ampère, che i fili con corrente che fluiscono in direzioni opposte si attraggono l’un l’altro, lo dimostrò.

Nell’elettromagnetismo, ogni cavo attraverso il quale fluisca la corrente, si magnetizza. Questo, ancora una volta, lo si deve agli elettroni. Tuttavia, invece di dirigersi semplicemente in un determinato modo, o disporsi “in linea”, in una corrente elettrica, gli elettroni non sono legati al loro atomo e fluiscono attraverso il materiale, fornendo loro la forza magnetica.

Interazioni fondamentali

Tuttavia, l’elettromagnetismo, la combinazione di magnetismo ed elettricità, è molto più importante che l’elettromagnete in sé.

Infatti, l’elettromagnetismo si descrive in realtà come una delle interazioni fondamentali che motiva tutte le leggi fisiche (le altre sono la gravitazione, le interazioni deboli e forti). In questo modo, l’elettromagnetismo è in realtà la forza che mantiene uniti gli atomi, responsabile della luce e responsabile dei legami fra i composti chimici.

Senza dubbio, l’elettromagnetismo è una disciplina molto complessa. La sua scoperta, così come la nostra capacità nell’approfittare de suo potere, è stata una parte molto importante dello sviluppo scientifico dell’essere umano.

Scopri qui in cosa consiste il magnetismo e l’elettromagnetismo!

Come funzionano gli elettromagneti?

Tuttavia, come funzionano gli elettromagneti?

Un elettromagnete funziona allo stesso modo di un magnete a barra. Come un magnete permanente normale, ha in polo nord ed un polo sud, che tendono a respingere i poli identici di altri magneti. Allo stesso modo, produce un campo magnetico, lo stesso che si crea con la limatura di ferro.

Tuttavia, la differenza tra un elettromagnete ed un magnete normale è che un elettromagnete possiede un campo magnetico molto più forte. Ovviamente, puoi sempre spegnerlo ed accenderlo interrompendo la corrente.

La struttura di un elettromagnete

Come già visto, la ragione fisica della forza magnetica differisce tra un magnete normale ed il suo omologo elettromagnete. Nel primo, gli elettroni si trovano allineati; tuttavia nel secondo, la corrente di elettroni che è l’elettricità produce il campo magnetico.

In questo modo, i cavi stessi sono magnetici, come già dimostrò Ampère. Tuttavia, per fare un elettromagnete, usiamo un metodo più sofisticato.

Questo metodo, si basa su bobine di filo. Prendi un pezzo cilindrico di metallo ferromagnetico (come un pezzo di ferro) ed avvolgi una bobina di filo, generalmente di rame, attorno a questo. Nel momento in cui accenderai la corrente, l’elettricità passerà attraverso il filo e magnetizzerà il metallo nel centro, come un magnete permanente.

Questo tipo di macchina si basa sulla generazione di campi magnetici.

Interrompi l’elettricità ed il metallo smetterà di essere magnetico.

E’ davvero così semplice. Dall'altra parte, non hai bisogno di un nucleo di ferro, poiché il campo magnetico che produce la bobina è già centrato nel foro attraverso il centro della bobina. Tuttavia, questo nucleo di ferro, o “nucleo magnetico”, fa sì che l’elettromagnete sia ancora più potente, mille volte più potente.

Volendo, potresti fare un elettromagnete tu stesso. Però attenzione! Fallo sotto la supervisione di qualcuno.

Per cosa si utilizzano gli elettromagneti?

Torniamo quindi a questa domanda, come sarebbe il mondo ai nostri giorni se non avessimo gli elettromagneti? E’ veramente una domanda affascinante, e forse potremmo formularla meglio come ad esempio: che cosa non avremmo se non esistessero gli elettromagneti?

Ci vorrebbero anni per darti una risposta, però possiamo rispondere a questa domanda facendo riferimento ad alcune delle tecnologie più potenti ed onnipresenti che si basano sull'elettromagnetismo. Sinceramente, sono ovunque.

Motori e generatori elettrici

Un motore elettrico, che puoi trovare nelle automobili e in qualsiasi tipo di dispositivo, si basa nell'interazione di un campo magnetico con una corrente elettrica.

Questi, sono costituiti da uno statore, un magnete localizzato sul bordo del motore che rimane statico, ed un rotore, un elettromagnete rotante che è quasi identico alla bobina di cui abbiamo parlato prima.

Quando l’elettricità entra nella bobina, la bobina viene attratta dallo statore, che viene successivamente ruotato per respingerlo. Di conseguenza, la bobina gira continuamente e produce energia meccanica.

Questi motori, del resto, si trovano ovunque, dai computer, agli auricolari, al forno o in un disco fisso.

Alcuni treni più sofisticati ricorrono al magnetismo per evitare la frizione.

I generatori meccanicamente sono identici; semplicemente funzionano nella direzione opposta.

Trasformatori

Poiché le linee di energia elettrica trasportano centinaia di migliaia di volt elettrici, prima che l’elettricità entri nel tostapane (che ha bisogno solo di 200 volt), è necessario ridurre il voltaggio. Questo è ciò che fa un trasformatore.

Funziona attraverso il posizionamento di due bobine. Questo enorme voltaggio elettrico passa attraverso la prima bobina. Se posizioni una bobina con meno spire accanto ad essa, la corrente elettrica salterà alla bobina successiva, ma avrà una tensione inferiore.

Senza i trasformatori, non potresti utilizzare nessun apparecchio elettrico in casa.

Levitazione magnetica

Una delle cose più interessanti che la gente ha fatto con gli elettromagneti è la levitazione magnetica, o maglev.  Si tratta di un sistema di trasporto nel quale i treni levitano e possono andare più veloci ed in modo più efficiente, grazie alla mancanza di frizione.

Per la levitazione magnetica, sono necessari assemblaggi magnetici molto forti. Uno solleva il treno dai binari, e l’altro lo spinge verso il percorso.

 

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Paola

Traduttrice, insegnante, chissà un giorno....scrittrice. Ma con un'infinita passione per le lingue straniere