L’induzione elettromagnetica

L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Se si muove una calamita tra le spire di un circuito non percorso da corrente, si produce corrente elettrica. Fu questa la fondamentale scoperta fatta dal fisico e chimico inglese Michael Faraday nel 1831.
Si può affermare, quindi, che un campo magnetico variabile genera corrente elettrica in un circuito posto nelle sue vicinanze. Questo fenomeno è detto induzione elettromagnetica e la corrente elettrica così prodotta si chiama corrente indotta.
Si può osservare, per esempio, se si muove rapidamente un magnete in avanti e indietro nello spazio interno di una spirale di filo conduttore, o solenoide: nel circuito elettrico passa corrente (21a), ma appena il movimento del magnete cessa anche il passaggio di corrente si interrompe (21b).
Come l’effetto elettromagnetico, anche l’induzione elettromagnetica ha molte applicazioni, alcune delle quali semplici e comuni: una di queste è la dinamo della bicicletta (22), che trasforma energia cinetica in energia elettrica. Il movimento rotatorio della ruota della bicicletta imprime, grazie a una rotellina, un moto rotatorio a un magnete posto all’interno di un solenoide collegato ai fari. Il movimento del magnete nel solenoide produce corrente indotta che accende le lampadine dei fanali.

(21) Induzione elettromagnetica

(a)

(b)

LE ONDE ELETTROMAGNETICHE

Abbiamo visto che una carica elettrica crea un campo elettrico e che un magnete genera un campo magnetico; approfondendo le caratteristiche dei fenomeni elettromagnetici, abbiamo inoltre osservato che anche il movimento di una carica elettrica genera un campo magnetico (quello, per esempio, che attira l’ago di una bussola) e che un campo magnetico in movimento genera corrente elettrica.
Le relazioni tra i fenomeni elettrici e quelli magnetici furono studiate e sistematizzate dal fisico scozzese James Clerk Maxwell, poco dopo la metà del XIX secolo.
I suoi studi ci permettono di affermare che la variazione di un campo elettrico produce un campo magnetico e la variazione di un campo magnetico produce un campo elettrico e che, quindi, campo elettrico e campo magnetico si generano a vicenda e variano nel tempo in modo simile.
La variazione di questi due campi, che insieme sono chiamati campo elettromagnetico, si propaga nello spazio formando un’onda che è la combinazione di onde elettriche e di onde magnetiche, e che perciò è chiamata onda elettromagnetica. Per questo, si dice che l’oscillazione (cioè la variazione) di un campo elettromagnetico produce onde elettromagnetiche.
Le onde elettromagnetiche possono propagarsi anche nel vuoto, perché a oscillare non sono particelle di materia (il mezzo in cui l’onda si diffonde), come avviene per i suoni, bensì le proprietà elettriche e magnetiche dello spazio stesso.

Come tutte le onde, anche le onde elettromagnetiche hanno ampiezza d’onda (h, misurata in metri), lunghezza d’onda (λ, misurata in metri), frequenza (f, misurata in hertz, Hz) e periodo (T, misurato in secondi).
L’insieme di tutte le onde elettromagnetiche, che hanno proprietà diverse a seconda della loro lunghezza d’onda, costituisce lo spettro elettromagnetico (23).

(23) Lo spettro elettromagnetico

Lo spettro elettromagnetico classifica le onde elettromagnetiche in base alla frequenza o alla lunghezza d’onda (maggiore è la frequenza, minore è la lunghezza d’onda).
Le onde radio hanno frequenza più bassa e lunghezza d’onda maggiore: sono le onde sulle quali viaggiano, per esempio, i suoni trasmessi dalla radio. Le microonde hanno frequenza più alta e lunghezza d’onda inferiore; sono, per esempio, quelle prodotte dai forni per riscaldare o cuocere gli alimenti, e anche quelle utilizzate nei collegamenti telefonici. Le onde, o radiazioni infrarosse (“raggi infrarossi”), le radiazioni visibili e le radiazioni ultraviolette (“raggi ultravioletti” o UV) sono tutte presenti nello spettro della radiazione solare; le radiazioni infrarosse hanno molteplici usi, per esempio negli apparecchi per la visione notturna e nei dispositivi per la comunicazione a distanza, come i telecomandi.
Le radiazioni visibili sono quelle che percepiamo come luce emessa dai corpi incandescenti, come fiamme, stelle e lampadine.
Le radiazioni ultraviolette (UV), invisibili, sono emesse in grande quantità dal Sole e sono in molta parte assorbite dall’atmosfera; in piccole quantità sono utili per la nostra salute, perché stimolano la produzione di vitamina D, importante per le nostre ossa; sono inoltre in grado di uccidere molti microrganismi pericolosi, e vengono perciò usate in medicina per la sterilizzazione. I raggi X sono invece utilizzati per le radiografie perché sono in grado di penetrare nel corpo ma sono “bloccati” da ossa e denti. I raggi γ (gamma), infine, sono quelli che hanno la frequenza più alta e vengono emessi nel corso di fenomeni cosmici, come l’esplosione di una supernova.