Come funziona l’elettromagnetismo

Come stai, oggi nel nostro post del blog vediamo: Come funziona l’elettromagnetismo.

Tra i tanti argomenti che la fisica studia, troviamo la relazione tra particelle elettricamente cariche e campi elettromagnetici. Si chiama il ramo specifico che si occupa di studiare questi fenomeni elettromagnetismo.

storia dell’elettromagnetismo

Le basi di questa teoria risalgono al 1821, quando lo scienziato britannico Michael Farday Presentò la sua opera, ma solo nel 1865 si consolidarono le equazioni che descrivevano compiutamente questo tipo di fenomeno. si tratta di 4 equazioni formulate da James Clerk Maxwell.

Equazioni di Maxwell

Il matematico scozzese formulò queste equazioni tra il 1864 e il 1873 per spiegare le proprietà matematiche dell’elettricità e dei campi magnetici, nonché la relazione tra i due fenomeni.

Più precisamente, le cosiddette “equazioni di Maxwell” cercano di svelare come una carica elettrica riesca a generare un campo elettrico, come le correnti formino campi magnetici; come è possibile produrre un campo elettrico modificando un campo magnetico; e, a loro volta, queste equazioni d’onda permisero a Maxwell di dedurre che, cambiando un campo elettrico, si può ottenere a Onda elettromagneticache avrà componenti di entrambi i campi, cioè elettrico e magnetico, e si propagherà automaticamente.

Il maggior contributo che queste opere diedero alla fisica fu proprio quello di riuscire ad unificare formalmente tre aree di studio che, fino all’arrivo di Maxwell, erano separate: luce, elettricità e magnetismo.

Concetti di base dell’elettromagnetismo

Come possiamo vedere, dalla fine del 19° secolo, c’è stato un fascino per il comportamento dei magneti e dell’elettricità, ma per capire come lavorano insieme, dobbiamo capire alcuni dei loro concetti fondamentali.

  • carica elettrica: è una delle proprietà delle particelle che compongono tutta la materia e cioè nella sua struttura atomica. I nuclei atomici hanno protoni positivi circondati da elettroni negativi che orbitano intorno a loro. Quando questi elementi sono bilanciati, si dice che l’atomo ha una carica neutra. Ma quando acquista elettroni diventa un anione con carica negativa, mentre quando li perde diremo che la carica dell’atomo è positiva e si chiama catione.
  • Campo elettrico: questo è il nome dato al campo di forza che appare attorno a una particella carica e influenza le altre particelle cariche che si trovano nelle vicinanze. In matematica il campo elettrico è preso come una grandezza vettoriale il cui simbolo è la lettera E e che si esprime in volt per metro (V/m) o newton per coulomb (N/C).
  • Campo magnetico: Questo campo si crea per mezzo di correnti elettriche, cioè quando c’è un movimento fluido di cariche. Questo è il motivo per cui si dice spesso che il campo magnetico è l’area in cui si verificano le forze magnetiche.
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In questo modo: ogni particella carica ha un campo elettrico che la circonda e il movimento di questa particella crea un campo magnetico.

Come funziona l'elettromagnetismo

magneti ed elettromagneti

Il ferro e altri materiali ferromagnetici hanno campi magnetici casuali, quindi generalmente non funzionano come magneti. Tuttavia, quando gli atomi di questo metallo si allineano in modo inalterabile, si forma un magnete con due poli: il nord e il sud. E può verificarsi naturalmente.

L’elettromagnete, invece, è un dispositivo artificiale in cui un pezzo di ferro viene inserito all’interno di una bobina di filo attraversata da una corrente elettrica. Quando ciò accade, i campi magnetici degli atomi di ferro si dispongono in linea con il campo magnetico prodotto dalla bobina, che aumenta la forza di attrazione magnetica.

Parlando delle equazioni di Maxwell, abbiamo detto che è possibile generare elettricità attraverso un campo magnetico in movimento. Questa possibilità è chiamata induzione elettromagnetica ed è stato scoperto nel 19 ° secolo da Joseph Henry e Michael Faraday.

Per ottenere questo fenomeno è necessario che il campo magnetico attraversi una bobina di filo (o altro materiale ugualmente conduttivo), che genera una corrente energetica in un circuito chiuso. La produzione globale di elettricità si basa su questo principio.

Applicazioni dell’elettromagnetismo

La maggior parte dei dispositivi elettrici che usiamo quotidianamente funzionano grazie all’elettromagnetismo.

  • Generatori: Grazie all’utilizzo dell’energia meccanica del vapore, della combustione del petrolio e dei suoi derivati ​​o della forza dell’acqua negli impianti idroelettrici, i generatori sono in grado di produrre l’energia elettrica che alimenta le abitazioni.
  • Microfoni: la membrana che riceve i suoni è attaccata ad una bobina che forma un magnete e si muove contemporaneamente alla membrana. Questo movimento consente di convertire le onde sonore in corrente elettrica, che viene trasferita e amplificata in un altoparlante.
  • motore elettrico: Gli elettrodomestici hanno solitamente motori elettrici oa induzione che utilizzano la corrente alternata per produrre energia meccanica convertendo l’energia elettrica. Questi motori sono costituiti da un rotore rotante, formato da un cilindro in ferro scanalato con alette in rame, e da uno statore fisso che contiene delle bobine conduttive attraverso le quali passa la corrente elettrica, che diventano così degli elettromagneti che generano un campo magnetico. Questo campo, a sua volta, crea un altro campo all’interno del rotore e anche una corrente. Quando entrambi i campi elettromagnetici entrano in collisione tra loro, il rotore inizia a girare.
  • Diagnosi mediche: Uno dei più grandi progressi nella tecnologia medica è l’imaging risonanza magnetica, che si basa sugli effetti che i campi magnetici hanno sui nuclei di idrogeno presenti nelle molecole d’acqua nel corpo umano.
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Fenomeni elettromagnetici naturali

Sono fenomeni che percepiamo sul nostro pianeta e sono una conseguenza del campo magnetico terrestre, formato dal correnti elettriche interne. Questo fa sì che il nostro pianeta si comporti come un’enorme barra magnetica con il polo magnetico nord situato nel polo sud geografico; mentre al polo nord geografico troviamo logicamente il polo sud magnetico.

orientamento spaziale

Da 200 anni prima di Cristo esistono bussole che consistono essenzialmente in un ago di metallo magnetizzato che punta il nord geografico attraverso il campo magnetico terrestre. Questo stesso campo è naturalmente percepito anche da alcune specie animali, principalmente uccelli, che sono in grado di orientarsi perché hanno organi o cellule con cristalli di magnetite, che è un ossido di ferro che non perde mai il suo campo magnetico.

L’aurora boreale e australe

Queste luci caratteristiche delle regioni polari sono generate dall’energia creata dagli elettroni presenti nell’atmosfera, che vengono eccitati dal vento solare per poi ritornare al loro stato fondamentale. Ciò avviene grazie al fatto che il campo magnetico terrestre fa da schermo al suddetto vento solare, le cui particelle ionizzate vengono inviate ai poli dove eccitano le particelle atmosferiche.

Altri esempi di elettromagnetismo

Oltre a tutto quanto sopra menzionato, possiamo menzionare:

  • I vecchi campanelli elettrici al cui interno si trova un elettromagnete che, ricevendo corrente elettrica, produce un effetto magnetico che attira una specie di martello che colpisce una piastra metallica.
  • Treni di levitazione. No, non è fantascienza, si tratta di treni che, invece di spingersi da soli grazie a una locomotiva in trazione, utilizzano potentissimi elettromagneti che fanno salire il treno sui binari e viaggiano più veloci.
  • Il dinamo che genera correnti elettriche grazie all’energia meccanica prodotta dalla rapida rotazione di una certa parte del dispositivo in questione.
  • Il microonde, A sua volta, ciò che fa per riscaldare o cuocere il cibo è produrre calore attraverso la vibrazione delle molecole d’acqua in detto cibo. Raggiunge questo obiettivo generando radiazioni elettromagnetiche, ma alla frequenza delle microonde che le dà il nome.
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