Riassunto / Abstract

Viene riproposto l’esperimento che nel 1820 ha messo in evidenza per la prima volta l’azione di una corrente su un magnete, aprendo allo sviluppo dell’elettromagnetismo.

Scheda sintetica delle attività

Si dispone un filo di rame, rettilineo e di sezione non trascurabile, parallelamente a un aghetto magnetico girevole su un perno verticale (o una bussola). Collegando il filo ad un generatore di corrente continua, si osserva che l’aghetto magnetico si dispone perpendicolare al filo.

Risorse necessarie

• Tavoletta di base con fori per fare passare e fissare le astine (indicativamente 1 cm x 20 cm x 30 cm)
• 2 astine di acciaio filettate (h=20 cm, diametro 10mm) con bulloni e rondelle serrafilo da montare sulla tavoletta
• Batteria di pile (3 pile in serie da 4.5 volt l’una) o, alternativamente, un alimentatore in corrente continua da 12V/5A
• Filo di rame verniciato con morsetti (lunghezza 80 cm e diametro 2 mm)
• 3 fili elettrici ricoperti con morsetti (ognuno di 30 cm)
• Interruttore a pulsante (si può comprare nei negozi di materiale elettrico e lo si monta su una basetta di legno o una scatolina di plastica da collegamenti elettrici)
• Astina con punta a spillo e ago magnetico, con polarità ben distinte, che si imperni sulla punta a spillo o, alternativamente, una comune bussola

Prerequisiti necessari

• La corrente continua: come si  genera e come si misura la sua intensità.
• Le leggi di Ohm.
• Conduttori in serie ed in parallelo.
• Caratteristiche del campo magnetico generato da magneti permanenti.
• Magnetismo terreste e funzionamento della bussola.

Obiettivi di apprendimento

• Effetto magnetico della corrente elettrica.
• Caratteristiche del campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da corrente.
• L’importanza dell’esperimento di Oersted per lo sviluppo dell’elettromagnetismo.

Dotazioni di sicurezza

Nessuna.
Prestare solo attenzione a non usare correnti di intensità troppo elevata, che surriscalderebbero il filo di rame se di sezione piccola.

Svolgimento

Costruzione dell’apparato sperimentale

Si fissano sulla tavoletta di legno le astine di acciaio con i bulloni e si dispone orizzontalmente il filo di rame verniciato, fisssandolo tra i bulloni. Si pongono gli estremi del filo di rame “spelati” in contatto elettrico con i cavetti di collegamento alla pila e all’interruttore, servendosi di “coccodrilli”. Si dispone l’astina con l’ago magnetico girevole sotto il filo teso: essa indicherà con il suo nord il nord geografico terrestre ovvero il sud magnetico terrestre.

Si orienta la tavoletta in modo che l’ago risulti parallelo al filo (figura 1).

A questo punto si aziona l’interruttore, facendo passare corrente nel filo di rame posizionato sopra l’aghetto magnetico (si veda figura 2).

Osservazioni 

• Facendo passare corrente nel filo, l’ago magnetico devierà fino a disporsi, per correnti di qualche ampere, praticamente perpendicolare al filo stesso.
• Aprendo il circuito l’ago tornerà parallelo al filo.
• Invertendo il verso della corrente, l’ago devierà dalla parte opposta.
• Appoggiando l’ago su un sostegno più elevato si può provare a disporlo sopra il filo: l’effetto sarà ancora di rotazione, ma con verso opposto.

Si può a questo punto proporre agli studenti la seguente domanda:

Qual è la novità di questa azione “corrente su magnete” rispetto alle azioni “massa su massa” e “carica su carica”?  
Interpretazione

• Oersted eseguì dapprima il suo esperimento con un sottile filo di platino perché in questo modo riusciva a portarlo all’incandescenza. Egli infatti si aspettava che, in concomitanza con l’effetto magnetico, ci fossero anche l’effetto termico e luminoso, analogamente a quanto accadeva in natura nel fenomeno del fulmine. L’esperimento però smentiva questa ipotesi perché fili più sottili venivano resi più facilmente incandescenti dalla corrente che fluiva in essi ma, avendo maggiore resistenza, facevano passare corrente di minore intensità con il risultato che l’effetto magnetico risultava poco rilevante. Viceversa, fili di sezione maggiore davano una maggiore deviazione dell’ago magnetico, ma non provocavano l’effetto luminoso previsto. Oersted, non senza difficoltà, accettò quanto si evinceva dall’esperimento proseguendo le sue prove con fili di diametro maggiore, ottenne effetti decisamente migliori. Proprio per questo suo atteggiamento da vero scienziato, “sottoporre la proprie ipotesi al vaglio sperimentale”, Oersted permise al mondo scientifico di quel tempo di evidenziare gli effetti magnetici della corrente elettrica così che il suo esperimento è riconosciuto oggi punto di partenza per lo sviluppo della teoria dell’elettromagnetismo.
• Oersted scoprì anche che l’effetto magnetico della corrente elettrica presenta una simmetria cilindrica intorno al filo stesso: l’ago tende a disporsi tangenzialmente a una circonferenza ideale concentrica al filo percorso da corrente: oggi descriviamo il campo magnetico generato da una corrente rettilinea con linee di forza circolari concentriche al filo in cui passa la corrente.

Note e storia

L’esperimentodi Oersted, effetuato nel 1820, a un ventennio dall’invenzione della pila di Volta che produsse la prima corrente elettrica, risulta il punto di partenza per lo sviluppo di tutto l’elettromagnetismo: da qui iniziarono gli studi di Ampère e di Faraday.

Bibliografia

• Marazzini, Tucci. La formazione del concetto di induzione elettromagnetica, un itinerario didattico. Franco Angeli Editore

Autori

Sestini Novella

Specifiche esperimento Materia Fisica Classi a cui è rivolto 2° biennio Tipologia di laboratorio Povero Reperibilità del materiale Negozi specializzati, siti web Materiale specifico Tavoletta forata, astine di acciaio filettate, batteria di pile, filo di rame, morsetti, interruttore a pulsante, astina con punta a spillo, ago magnetico Durata esperimento in classe 1 h Capacità di bricolage/assemblaggio No Necessità lavorazioni meccaniche/elettroniche No Necessità PC per acqusizione/analisi dati No Necessità di uno smartphone No Parole chiave Elettromagnetismo Magnetostatica Legge di Biot-Savart Corrente elettrica