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Elettricità e magnetismo sono fenomeni naturali indipendenti, ma quando interagiscono generano una forza chiamata forza elettromagnetica e costituiscono l’elettromagnetismo , una disciplina fisica fondamentale nello studio di vari fenomeni naturali. Insieme alla forza gravitazionale , le forze elettromagnetiche spiegano i fenomeni macroscopici della vita quotidiana. Sono responsabili, ad esempio, delle interazioni tra gli atomi per formare molecole e composti. Altre forze fondamentali della natura sono le forze nucleari , il debole e il forte , che governano il decadimento radioattivo e la formazione dei nuclei atomici.
L’elettricità e il magnetismo sono fenomeni fondamentali per comprendere il mondo che ci circonda; Vediamo di seguito una descrizione di base di ciascuno di essi.
Elettricità
L’elettricità è un fenomeno che ha origine da cariche elettriche stazionarie o in movimento . Queste cariche elettriche possono essere associate a una particella elementare, un elettrone (che ha carica negativa), un protone (che ha carica positiva), uno ione o qualsiasi corpo che abbia uno squilibrio di cariche positive e negative, avendo così una rete carica elettrica. Le cariche positive e negative si attraggono (ad esempio, i protoni sono attratti dagli elettroni), mentre le cariche dello stesso segno si respingono (ad esempio, i protoni respingono altri protoni e gli elettroni respingono altri elettroni).
Esempi di elettricità che possiamo trovare nella nostra vita quotidiana sono i fulmini che si verificano durante un temporale, la corrente elettrica da una presa o una batteria e l’elettricità statica. Le unità dei principali parametri relativi all’elettricità, definiti dal sistema internazionale delle unità SI, sono l’ampere ( A ) per la corrente elettrica, il coulomb ( C ) per la carica elettrica, il volt ( V ) per la differenza di potenziale, il ohm o ohm ( Ω ) per la resistenza elettrica e il watt ( W ) per la potenza. Una carica puntiforme stazionaria genera un campo elettrico, ma se la carica è in movimento genera anche un campo magnetico.
Il magnetismo
Il magnetismo è definito come il fenomeno fisico prodotto dal movimento di una carica elettrica. D’altra parte, un campo magnetico può indurre il movimento di particelle cariche generando una corrente elettrica. Un’onda elettromagnetica (come la luce, per esempio) ha una componente di campo elettrico e una componente di campo magnetico. Le onde elettromagnetiche sono onde trasversali; le due componenti dell’onda viaggiano nella stessa direzione ma le loro componenti elettriche e magnetiche sono orientate perpendicolarmente alla direzione dell’onda, e anche perpendicolari tra loro.
Come l’elettricità, il magnetismo produce attrazione e repulsione tra gli oggetti. Sebbene i fenomeni elettrici siano basati sull’esistenza di cariche positive e negative, i monopoli magnetici non sono noti. Il campo magnetico generato da qualsiasi particella o oggetto ha due poli di attrazione, uno chiamato polo nord e l’altro chiamato polo sud, assimilandoli all’orientamento del campo magnetico terrestre. Come i poli di un campo magnetico generato da una calamita si respingono (ad esempio, il polo nord respinge il polo nord), mentre i poli opposti si attraggono (il polo nord e il polo sud si attraggono).
Alcuni esempi familiari di magnetismo sono l’allineamento dell’ago di una bussola con il campo magnetico terrestre, l’attrazione e la repulsione dei magneti e il campo osservato attorno a un elettromagnete. Ogni carica elettrica in movimento genera un campo magnetico, quindi gli elettroni degli atomi quando orbitano attorno al nucleo generano un campo magnetico. Lo spostamento di elettroni associato a una corrente elettrica genera anche campi magnetici attorno ai fili conduttori. Anche i dischi rigidi e gli altoparlanti per la memorizzazione dei dati del computer utilizzano campi magnetici per funzionare. Le unità di alcuni dei principali parametri relativi al magnetismo, definiti dal sistema internazionale delle unità SI, sono i tesla ( T) per la densità del flusso magnetico, Weber ( Wb ) per il flusso magnetico e Henry ( H ) per l’induttanza.
elettromagnetismo
La parola elettromagnetismo deriva da una combinazione delle parole greche elektron , che significa ambra, e magnetis lithos , che significa pietra di magnesio, che è un minerale di ferro magnetico. Nell’antica Grecia avevano familiarità con l’elettricità e il magnetismo, ma li consideravano fenomeni separati.
Le basi teoriche dell’elettromagnetismo sono state esposte da James Clerk Maxwell nel libro A Treatise on Electricity and Magnetism .) pubblicato nel 1873. Nel trattato Maxwell espose la struttura matematica dell’elettromagnetismo in venti equazioni, condensate in quattro equazioni con derivate parziali. La teoria di Maxwell era supportata da prove sperimentali. Riguardo alle cariche elettriche osservò che cariche uguali si respingono e cariche elettriche diverse si attraggono; La forza di attrazione o repulsione tra cariche elettriche è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra di esse. Per quanto riguarda i poli magnetici, esistono sempre come coppie nord-sud; I poli uguali si respingono e i poli diversi si attraggono.
L’evidenza sperimentale che ha sostenuto la teoria di Maxwell sulla relazione tra elettricità e magnetismo ha due elementi. Una prima osservazione stabilisce che una corrente elettrica che circola in un conduttore genera un campo magnetico attorno al cavo. La direzione del campo magnetico, da orario ad antiorario, dipende dalla direzione della corrente. Questo può essere determinato con la regola della mano destra; Avvolgendo idealmente la mano destra attorno al filo mettendo il pollice nella direzione della corrente, la direzione del campo magnetico segue la direzione delle altre dita. D’altra parte, il movimento di un conduttore elettrico chiuso sotto forma di spira o spira in un campo magnetico induce una corrente elettrica nel filo. La direzione della corrente dipende dalla direzione del movimento.
Fonti
- Caccia, Bruce J. (2005). I Maxewlliani . Cornell: Cornell University Press. pagine 165 e 166. ISBN 978-0-8014-8234-2.
- Unione internazionale di chimica pura e applicata (1993). Quantità, unità e simboli in chimica fisica , seconda edizione, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8. pagine 14 e 15.
- Ravaioli, Fawwaz T. Ulaby, Eric Michielssen, Umberto (2010). Fondamenti di elettromagnetismo applicato (sesta edizione). Boston: Sala Prentice. pagina 13. ISBN 978-0-13-213931-1.
