Andar per campi...

Introduzione

Le linee di forza di campi elettrici e magnetici

Interazioni tra correnti

Effetti magnetici

Induzione magnetica

 

LE LINEE DI FORZA DI UN CAMPO ELETTRICO

 

Esperienze da cattedra

 

Scopo delle esperienze : studiare la distribuzione spaziale delle linee di forza di un campo elettrico generato da diverse distribuzioni di cariche .

 

Materiale occorrente : un generatore di Van der Graaff  , proiettore , sistema di lente e specchio orientabile su asta , schermo per proiezioni , vaschetta trasparente , serie di elettrodi metallici di varia forma atti a generare diverse distribuzioni spaziali di campo elettrico , cavetti , olio di ricino , semolino , bacchetta di vetro .

 

Prerequisiti :

Prima di eseguire le esperienze occorre ricordare che :

-         una linea  di campo elettrico è quella linea che ha per tangente in ogni suo punto il vettore campo elettrico E

-         il vettore campo elettrico ha come intensità  il rapporto tra l’intensità della forza agente su di una carica posta in un punto dello spazio e il valore della carica stessa ; esso è perciò indipendente dal valore della carica e la sua intensità è calcolabile in ogni punto dello spazio

-         per convenzione , le linee di campo hanno verso uscente dalle cariche positive ed entrante in quelle negative .

 

Esecuzione :

 

Preparare la vaschetta con uno strato di olio di ricino di 8-10 mm e versare in essa i granelli di semolino , agitando con una bacchetta affinché questi siano distribuiti uniformemente .

Fissare ai bordi della vaschetta i blocchetti porta elettrodi e nel foro serrare i gambi metallici delle diverse coppie di elettrodi .

Effettuati i collegamenti degli elettrodi con il generatore di Van der Graaff , si regola la tensione con la velocità di rotazione del nastro del generatore e i osserva quel che accade nella vaschetta .

I granelli di semolino i muovono formando lentamente delle catene che corrispondono alle linee di forza del campo elettrico prodotto .

Per una migliore visualizzazione delle linee di campo possiamo predisporre un proiettore al di sotto della vaschetta ed una lente con uno specchio orientabile al di sopra ; in tal modo sarà possibile esaminare le linee più in dettaglio su uno schermo posto ad una distanza di almeno 1 m e trarre delle informazioni sull’andamento del campo elettrico in alcune regioni e per diverse distribuzioni di cariche , indipendentemente dalle linee di forza immaginate o realizzate sperimentalmente.

Casella di testo:

Casella di testo:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Osservazioni :

Le immagini che si ottengono sullo schermo si presentano come delle sezioni piane delle distribuzioni spaziali di conduttori e di cariche. Si osserva che le linee di forza sono sempre perpendicolari alla superficie dei conduttori , fatto che è in accordo con la condizione di equilibrio elettrostatico delle cariche : se infatti le linee di forza non fossero perpendicolari alla superficie dei conduttori , le componenti tangenziali del campo elettrico causerebbero un movimento di cariche elettriche.

 

Intorno a noi …spunti per approfondimenti

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LE LINEE DI FORZA DI UN CAMPO MAGNETICO

 

 

Esperienze da cattedra

 

Prerequisiti : prima di realizzare le esperienze è necessario sapere che :

-         le linee di forza di un campo magnetico sono tali che in ciascun loro punto la direzione della normale è quella del vettore induzione magnetica B che caratterizza il campo

-         l’intensità del vettore B è calcolabile solo in maniera operativa , come rapporto tra la forza esercitata dal campo su un tratto di filo conduttore immerso in esso perpendicolarmente alle linee di campo ed il prodotto tra l’intensità di corrente che scorre nel filo e la lunghezza l del tratto di filo immerso nel campo

-         il verso delle linee di campo magnetico , che sono chiuse , è quello uscente dal polo Nord ed entrante nel polo Sud

-         per i conduttori percorsi da corrente il verso delle linee di campo è individuato dalla regola della mano destra

-         dell’orologio

     

Materiale occorrente : magneti a sbarra , magneti circolari, magnete a ferro di cavallo, bobina da 600 spire, nucleo di ferro rettilineo, conduttore rettilineo, spira conduttrice , solenoide , cavetti elettrici , un generatore o una pila , fogli di cartoncino bianco , limatura di ferro  .

Esecuzione : disporre il magnete a sbarra sul foglio di cartoncino e spargere la limatura di ferro uniformemente sul foglio : la limatura si disporrà secondo le linee del campo magnetico prodotto dal magnete .

Queste linee sono chiuse, a differenza di quelle dei campi elettrici ; il vettore che caratterizza il campo magnetico ha la direzione della tangente ad esse in ciascun punto ; la limatura si accumula maggiormente in prossimità dei poli del magnete , ove il campo è

più intenso.

Ripetere l’esperienza utilizzando due magneti a sbarra , avvicinandoli dalla parte dei poli di ugual nome e poi di quelli di nome opposto .Individuare le analogie e le differenze con l’andamento delle linee dei campi elettrici analizzate in precedenza. 

 

 

Casella di testo:

 

 

 

 

 

Ripetere l’esperienza disponendo sul foglio due magneti circolari , anche questi affacciati dalla parte di poli uguali e poi opposti , e confrontare le linee di campo  osservate con quelle dei dipoli elettrici. Infine osservare il campo generato da un magnete a ferro di cavallo con le stesse modalità.

 

LINEE DI FORZA DI UN CAMPO MAGNETICO GENERATO DA CORRENTI ELETTRICHE

 

Campi magnetici prodotti da correnti elettriche

 

Prerequisiti : conoscenza del campo magnetico naturale e di quello creato da un conduttore rettilineo , da una spira e da un solenoide .

 

Materiale occorrente : un conduttore rettilineo metallico con supporto in plexiglas, una spira conduttrice con supporto in plexiglas , un solenoide con supporto in plexiglas , una bobina da 600 spire , nucleo di ferro rettilineo, generatore o pila da 4,5 V , cavetti elettrici , chiodi , limatura di ferro , bussola .

 

La corrente elettrica che attraversa un conduttore genera attorno a sé un campo magnetico la cui configurazione ci è mostrata dalle linee di forza , evidenziabili anche in questo caso dalla posizione che assumono i granelli di limatura di ferro posti nelle vicinanze del conduttore .

 

Collega successivamente i tre tipi di conduttore ai poli del generatore e  spargi la limatura di ferro sul piano di plexiglas; aziona il generatore

-         Cosa osservi?

La limatura assumerà la disposizione che caratterizza le linee del campo magnetico che si è creato attorno al conduttore .

 

-Osservando le linee del campo magnetico prodotto dal conduttore rettilineo , quale ritieni che sia la direzione del vettore che caratterizza il campo ?

-         E qual è il verso di questo vettore ?

-         In cosa consiste la regola della mano destra?

-         Commenta , dopo attenta analisi , l’ andamento del campo magnetico creato da una spira circolare e quello che si genera all’interno di un solenoide . Nel caso del solenoide , quale proprietà del campo si può dedurre osservando le linee di forza  nel suo interno ?