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Dalla forza di Faraday alla forza di Lorentz

martedì 17 ottobre 2017, di Marcello De Vita

Nel 1800 i fisici stavano studiando le correnti elettriche nei fluidi e nei gas: applicavano una differenza di potenziale elettrico a due elettrodi posti all’interno di tubi di vetro sigillati che contenevano gas rarefatti (a bassa pressione)

Nel corso di simili esperimenti Crookes si accorse che in un tubo a vuoto, applicando tensioni di qualche kilovolt il vetro a un lato del tubo diventa fluorescente.

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Poiché se si interpone un ostacolo tra i due estremi del tubo, si forma un’ombra, Crookes ne concluse che ciò che rendeva il vetro fluorescente provenisse dal lato opposto del tubo, e precisamente dall’elettrodo collegato al polo negativo. Siccome l’elettrodo negativo era chiamato catodo Crookes disse che da esso partivano "raggi catodici" che rendevano fluorescente il vetro

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qualche specifica in più

Questo esperimento è alla base della scoperta dell’elettrone

Se si pone alli’interno di un tubo a vuoto uno schermo ricoperto di materiale fluorescente inclinato rispetto all’asse longitudinale del tubo, si può visualizzare il fascio del raggio catodico.

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Se si pone il tubo catodico tra le piastre di un condensatore si può osservare che il moto del raggio catodico è influenzato da differenze di potenziale:

il raggio è dunque composto da particelle cariche.

Studiando il comportamento dei raggi catodici Thomson arrivò a scoprire l’elettrone. LEGGI QUI e qui

Vari fisici oltre a lui si accorsero che i raggi catodici, cioè gli elettroni in movimento, subivano una forza quando attraversavano un campo magnetico.

Sulla base di questi esperimenti Lorentz derivò (dalle equazioni di Maxwell) l’equazione che chiarì l’origine della forza esercitata da un magnete su un filo percorso da corrente, osservata da Faraday:

la forza sul filo è il risultato della forza che il campo magnetico esercita sugli elettroni in movimento

\vec{F}=q\vec{v}\wedge \vec{B}

Nota:
in laboratorio abbiamo visto che è possibile alimentare i tubi o con un generatore ad alta tensione, oppure attraverso un rocchetto di Ruhmkorff, un dispositivo che trasforma una tensione di 7-8 volt a diverse centinaia di volt e che studieremo successivamemte (l’apparecchio che crea scintille qua:

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