per la verifica studiare in particolare il motore elettrico sull’amaldi e la parte Qual è l’origine del campo magnetico terrestre
Magnetismo
La magnetite ha la proprietà di attirare il pezzetti di ferro
ferro e altri materiali possono magnetizzarsi, cioè acquistare la stessa proprietà della magnetite
Calamita: magnete artificiale
le estremità di due magneti si attraggono e si respingono a coppie:
per questo si assegnano polarità opposte alle due estremita.
poli dello stesso tipo si respingono
poli differenti si attraggono
spezzando un magnete si ottengono due magneti
(non è possibile ottenere magneti con un solo polo)
a una magnete
Un magnete posto in presenza di un altro magnete subisce dunque delle forze
Il campo di forze generato da un magnete si chiama campo magnetico
Un magnete di prova libero di ruotare sul suo asse (bussola), si dispone parallelo alle linee di campo
Per convenzione le linee di campo escono dal polo nord, entrano nel polo sud del magnete (NaSo/Non So)
Linee di campo generate da una sbarretta magnetica
Poli geografici e poli magnetici
Se le bussole sulla terra orientano il polo nord verso il nord geografico, il nord geografico è un polo sud magnetico (per questo attira i poli nord delle bussole)
Le figure mostrano che se le bussole portano il loro polo Nord al nord geografico, questo deve presentare un polo sud magnetico
Sorgenti di campo magnetico
magnetite e materiali magnetizzati
cariche elettriche in movimento
La spira come magnete
Bobina o Solenoide: circuito con molte spire
Classificazione sostanze rispetto alle proprietà magnetiche
FERROmagnetiche (ferro, ...)
PARAmagnetiche (alluminio,... )
DIAmagnetiche ( rame, ...)
Magnetismo e elettricità
Abbiamo visto che cariche elettriche in movimento generano un campo magnetico.
La conseguenza è che circuiti percorsi da corrente interagiscono coi campi magnetici
Ad esempio una spira può essere considerata come una piccola bussola che in presenza di campo magnetico cerca dia allineare il proprio asse con esso.
Allo stesso modo due spire poste una vicino all’altra subiranno delle forze dovute alla interazione tra i reciproci campi magnetici, come se fossero due calamite.
Il motore elettrico
vedi pagine 267-268 Amaldi
L’induzione elettromagnetica e la dinamo
L’interazione tra cariche in movimento e campo magnetico è simmetrica: non solo una carica in movimento (o corrente elettrica in un circuito) genera un campo magnetico, ma un campo magnetico variabile nel tempo genera movimento di cariche (e dunque corrente elettrica nei circuiti)
Nel motore elettrico un filo avvolto a spirale, percorso da corrente, è immerso in un campo magnetico, e continua a ruotare.
Nella dinamo una spira inizialmente non percorsa da alcuna corrente elettrica, è fatta ruotare in un campo magnetico, e in questo modo si genera una corrente elettrica.
Questo fenomeno consente di trasformare l’energia meccanica in energia elettrica e viceversa
Qual è l’origine del campo magnetico terrestre?
per rispondere a questa domanda gli scenziati hanno prima dovuto studiarne le sue caratteristiche.
Infatti il campo magnetico terrestre presenta:
incostanza nel tempo: la sua intensità e ubicazione subisce delle variazioni sia su scale temporali brevi che lunghe
inversioni di polarità su scale temporali geologiche (in media ogni 500.000 anni)
Inoltre il nucleo della terra è ha temperature molto maggiori della temperatura di Curie [1]
Questo ultimo fatto esclude l’ipotesi più semplice: un grande magnete posizionato all’interno della terra.
Ipotesi dell’elettrocalamita:
In linea teorica sarebbe possibile ipotizzare che il campo possa essere generato da cariche elettriche localizzate in determinate posizioni del pianeta. Poiche la terra gira su se stessa queste cariche in movimento si comporterebbero come la corrente in una spira, generando un campo magnetico.
Ma molte considerazioni fanno escudere questa ipotesi:
il campo in tale situazione sarebbe in lento e progressivo decadimento, servirebbero molte cariche elettrriche per generarlo e dovrebbero essere disposte in maniera decisamente improbabile; e non permetterebbe di spiegare le variazioni del campo e le sue anomalie [2], poiché la corrente sarebbe continua e quindi il campo generato omogeneo.
Inoltre sarebbe in contrasto con le inversioni di polarità almenocche non si ipotizzi una inversione del senso di rotazione del pianeta sul suo asse, che sarebbe pressoché inspiegabile da un punto di vista fisico.
L’effetto Dinamo come ipotesi sull’origine del campo
Abbiamo visto che nella dinamo un opportuno conduttore in rotazione in un campo magnetico K è attraversato da una corrente indotta. Se questa corrente circolasse in una bobina con asse uguale a quello di rotazione, il campo magnetico della bobina J si sommerebbe a quello iniziale.
Si può mostrare che un disco conduttore in rotazione intorno ad un asse immerso in un campo magnetico, si comporta proprio in questo modo:
esso genererà una corrente elettrica indotta che fatta circolare in una bobina con asse uguale a quello di rotazione genera un secondo campo magnetico che va a sommarsi al precedente in un processo di rafforzamento reciproco. Tale meccanismo va sotto il nome di dinamo ad auto-eccitazione
Esiste una determinata velocità critica di rotazione del disco alla quale il campo prodotto rimane costante. Se tale velocità viene superata o viene diminuita, il campo tenderà a crescere indefinitivamente o a a scomparire rispettivamente.
E’ stato ipotizzato che simili condizioni possano essersi create al centro della terra, e che questo sia il meccanismo che genera il campo magnetico.
Il nucleo fuso della terra è costituito di materiale conduttore fluido racchiuso in in un guscio sferico in rotazione.
Inoltre questo fluido è sottoposto a moti convettivi dovuti alla differenza di temperatura tra mantello e nucleo solido.
Vi sono modelli teorici e evidenze da esperimenti che riproducono il modello in laboratorio, che in queste condizioni la forza di Coriolis genererebbe dei cilindri di convezione con asse parallelo all’asse di rotazione tutto attorno al nucleo solido.
Allora il nucle assumerebbe il ruolo del disco di cui sopra, e i cilindri convettivi il ruolo delle bobine.
In presenza di un campo magnetico iniziale tutta questa situazione potrebbe dare luogo al campo magnetico osservato.
E’ possibile fare varie ipotesi plausibili per spiegare il campo magnetico transitorio iniziale:
potrebbe essere di origine solare
potrebbe essere prodotto da deboli correnti indotte che si generano sulle superfici di contatto tra differenti materiali [3].
Come si spiegerebbero le inversioni di polarità?
E’ stato ipotezzato [4] che le dinamo ad autoeccitazione siano due e che generino campi in opposizione tra loro. Le fluttuazioni nei campi reciproci porterebbero allora a periodi in cui prevale il campo generato da una delle due dinamo rispetto all’altra, dando luogo alle inversioni di polarità.
Vedi Anche:
Slide da Earth-Prints, dell’ Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia
Approfondimento:
- Campo magnetico della Terra Prof.ssa A.M.Abatianni
- Ottimo riassunto di un articolo pubblicato su "Le Scienze" sugli esperimenti di vertifica del modello della dinamo autoindotta
copia google cache (il sito è in manutenzione)
Le Scienze
RSS 2.0