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Le informazioni di medicina e salute contenute nel sito sono di natura generale ed a scopo puramente divulgativo e per questo motivo non possono sostituire in alcun caso il consiglio di un medico (ovvero un soggetto abilitato legalmente alla professione).
I fenomeni magnetici fondamentali
Prerequisiti:
Obiettivi cognitivi:
Obiettivi operativi:
Contenuti:
Metodologia:
Strumenti :
E’ esperienza di quasi tutti gli studenti quella di aver giocato dei delle calamite. Attratto oggetti metallici, attratto/respinto altre calamite, aver osservato, forse per la prima volta, la capacità di riuscire a muovere un oggetto senza toccarlo.
Se queste esperienza non sono state fatte da tutti, allora sarà il caso, prima ancora di introdurre l’argomento, di portare in classe dei magneti e farli manipolare dagli studenti affinché ne notino le caratteristiche principali.
Ovviamente, ciò che non consente agli studenti di afferrare concetti più profondi circa il magnetismo è la mancanza di sistematicità e di organizzazione concettuale delle loro osservazioni e da qui si dovrà partire.
Anzitutto che il magnete si comporta diversamente alle sue estremità rispetto al centro.
Le estremità di due barrette possono attrarsi e respingersi, quindi si hanno due comportamenti differenti.
Spaccando una barretta magnetica, non si separano i due poli, ma si ottengono due magneti aventi ciascuno due poli magnetici.
Allora si tratta di dare un nome ai due poli, sulla base del loro comportamento. Si potrebbe attribuire lo stesso nome ai poli che si attraggono o al contrario a quelli che si respingono. Supponiamo allora di sospendere due barrette magnetiche ad una distanza tale da non renderle influenzabili l’una dalle altre. Allora entrambi si orienteranno secondo una stessa direzione. Scelto allora un verso di questa direzione come nord, allora noteremo che le estremità che si orientano verso nord si respingono, allora definiremo operativamente uguali i poli che si respingono e diversi quelli che si attraggono.
Definiamo inoltre poli Nord gli estremi che si rivolgono, se liberi di ruotare, verso il nord terrestre, al contrario poli Sud quelli che si orientano verso il polo Sud Geografico. A tal proposito vi è un preconcetto degli studenti circa il fatto che il polo Nord magnetico della terra si trovi vicino il polo Nord Geografico e che la direzione individuata dall’ago costituisca la direzione nord-sud della terra. Al contrario sappiamo che se il polo della barra magnetica è attratto dal un polo della terra, allora, per come abbiamo definito uguali i poli, questi sono diversi e la direzione nord-sud risulta deviata di circa 10° rispetto a quella indicata dai poli nord e sud dell’ago.
A questo punto si dovranno evidenziare analogie e differenze tra interazioni magnetiche ed interazioni elettriche e gravitazionali.
Un altro preconcetto ricorrente negli studenti è quello di ritenere che vi possano essere interazioni tra cariche elettriche statiche e poli magnetici e tra cariche statiche e fili percorsi da corrente.
Al fine di fare chiarezza sull’argomento possiamo organizzare un esperimento particolarmente semplice.
Si prende una batteria (mod 3R12 – 4,5 volt), due fili di rame con bocche di coccodrillo alle estremità, eventualmente un interruttore ed una bussola preferibilmente di quelle con ago montato su supporto trasparente (da orienteering).
Si farà dunque notare che se si avvicina la bussola alle lamelle che costituiscono i poli della batteria, l’ago non ne risulta influenzato; lo stesso accade se collego i fili ai poli della batteria lasciando l’interruttore aperto. Chiudendo l’interruttore, il filo metterà in contatto i due poli della batteria che, per costruzione sappiamo avere un potenziale diverso la cui differenza risulta circa 4,5 v e quindi è lecito pensare che vi sia un transito di elettroni nel filo e quindi una corrente elettronica. Contestualmente alla chiusura del circuito si osserverà nell’ago della bussola una immediata rotazione che lo orienta secondo una nuova direzione. Si potrà a questo punto aprire il circuito e richiederlo dopo qualche secondo per verificare che la rotazione sia effettivamente dovuta alla corrente. Bisogna però non tenere il circuito chiuso per troppo tempo in quanto questo provoca la rapida polarizzazione della batteria, peraltro testimoniata dal suo riscaldamento.
Un analogo esperimento fu realizzato da Oersted e ciò gli consenti di affermare che “una corrente elettrica genera nello spazio circostante un campo magnetico”, quello che interagisce con l’ago magnetico.
Da un simile esperimento si possono dedurre ulteriori proprietà del campo magnetico generato da una corrente:
A questo punto bisognerà far notare che la rotazione dell’ago avviene perché ha una massa ridotta rispetto al circuito realizzato, ma che se fosse possibile avere masse confrontabile e tali da poter ruotare senza attrito, osserveremmo una rotazione di entrambi gli oggetti.
Molti libri di testo trascurano, dandola per scontato, la sovrapposizione degli effetti magnetici , sI potrebbe dunque realizzare un circuito come nella seguente figura:
e osservare che:
E’ importante infine far notare che nella maggior parte dei fenomeni osservati (gravitazione), le forze agiscono lungo la linea che congiunge le particelle interagenti (forze collineari), in questo caso le forze sono ortogonali a tale direzione.
Si potrebbe inoltre chiedere se il movimento di elettroni in un conduttore può essere simulato anche movendo un oggetto elettrizzato all’interno di un ambiente ? Si potrebbe infatti ritenere che il campo magnetico possa essere generato solo dal movimento di elettroni nel conduttore. Bisognerà a questo punto descrive l’esperimento di Rowland che nel 1875 verifico la presenza di un campo magnetico generato da un disco con estremità elettrizzata messo in rotazione ad una forte velocità.
A questo punto si può chiedere agli studenti perché la magnetite genera un campo magnetico e se questo può essere messo in relazione con il movimento ordinato degli elettroni attorno al nucleo dell’atomo a cui appartengono. L’ipotesi che il magnetismo dei magneti permanenti fosse dovuto al movimento delle cariche elettriche contenute nei magneti stessi e che quindi fosse dovuta a microscopici magneti fu formulata dal fisico francese Ampere a cavallo del 1800 decine di anni prima che venisse ipotizzato il modello atomico di Rutherford e Bohr.
Nelle lezioni successive si potranno studiare le linee di forza dei campi magnetici permanenti e quelli generati da correnti elettrici attraverso esperimenti con la limatura di ferro e spiegare il funzionamento dei motori elettrici.
Verifica:
Il livello di apprendimento sarà accertato attraverso verifiche scritte (una prova semistrutturata) ed orali. Durante queste si verificherà l’eventuale persistenza di modelli concettuali errati e la capacità di descrivere con un linguaggio chiaro ed appropriato le apparecchiature usate ed il loro funzionamento. Verranno inoltre utilizzate come strumenti di verifica anche le ricerche, fatte elaborare in gruppi, così da abituare gli studenti alla cooperazione per il raggiungimento di un obiettivo comune.
Valutazione:
La valutazione avverrà secondo un modello ideale di rendimento, per cui verrà elaborata una griglia di valutazione che faciliti il passaggio dal punteggio dei singoli quesiti al voto.
Tempi del percorso didattico: 6 ore
Fonte: http://www.dmf.unisalento.it/~melcarne/allow_listing/unita'_did_esame_finale/ESAMI_DI_STATO/I_FENOMENI_MAGNETICI_FONDAM.DOC
Sito web da visitare: http://www.dmf.unisalento.it/
Autore del testo: indicato nel documento di origine
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"Ciò che sappiamo è una goccia, ciò che ignoriamo un oceano!" Isaac Newton. Essendo impossibile tenere a mente l'enorme quantità di informazioni, l'importante è sapere dove ritrovare l'informazione quando questa serve. U. Eco
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