il libro delle scienze

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1 LUIGI LEOPARDI MARIATERESA GARIBOLDI LS NUOVO B A S E il liro delle scienze 3

2 LUIGI LEOPARDI MARIATERESA GARIBOLDI NUOVO LS B A S E 3 il liro delle scienze CON DOSSIER PER IL PORTFOLIO

3 Sito internet e-mil Coordinmento editorile: Mri Grzi Gunziroli Redzione: Ugo Scioni, Binc Venturi, Cludi Borgioli Consulenz didttic: Frnc Antelli Copertin: Deorh di Leo - Grpix Progetto grfico: Ginluc Chioldin Impginzione e disegni: Studio Monzini Prestmp: GFB s.r.l. - Sesto Sn Giovnni (MI) Stmp: Grfic Piemontese srl - Volpino (TO) 2005 De Agostini Scuol S.p.A. Novr 1 edizione: gennio 2005 Printed in Itly L Editore dichir l propri disponiilità regolrizzre eventuli omissioni o errori di ttriuzione. L Editore potrà concedere pgmento l utorizzzione riprodurre un porzione non superiore l 15% del presente volume. Le richieste vnno inoltrte : Associzione Itlin per i Diritti di Riproduzione delle Opere dell Ingegno (AIDRO) Vi delle Ere, Milno, Tel. e Fx: , e-mil: idro@iol.it Edizione: VI VII VIII IX X Anno:

4 Indice Il liro delle scienze I LA MATERIA E L ENERGIA 1 L elettricità e il mgnetismo L elettricità L elettrizzzione Conduttori e isolnti L corrente elettric I circuiti elettrici Le leggi di Ohm Effetto termico dell corrente elettric Il mgnetismo Mgnetismo ed elettricità 18 Scienz in Prticolre L pil 20 Il cmpo mgnetico terrestre e l ussol 20 Il fulmine 21 I pericoli dell corrente elettric 21 Sommrio Prole chive Verifiche 2 L luce e i fenomeni luminosi L luce e i corpi L propgzione dell luce L riflessione dell luce Gli specchi L rifrzione Le lenti I colori e l luce Onde e luce 36 Scienz in Prticolre L nno luce 37 Luce infrross e luce ultrviolett 37 Gli strumenti ottici 38 Le idee sull luce 38 Sommrio Prole chive Verifiche 3 Il lvoro e l energi Il lvoro L energi L potenz Clore e lvoro Le fonti di energi L produzione di energi 56 Scienz in Prticolre L mcchin vpore 62 I comustiili fossili 63 L equivlenz tr mss ed energi 64 L rdiottività 64 Sommrio Prole chive Verifiche dossier per il Portfolio dp 1-6

5 LA TERRA E L AMBIENTE 4 L stori dell Terr L deriv dei continenti L esplorzione dei fondli ocenici L teori dell tettonic zolle Le vicende dell Terr 77 Scienz in Prticolre L stori geologic d Itli 81 Sommrio Prole chive Verifiche 5 L uomo e l miente L uomo e le risorse dell Terr L risors cqu L risors ri L risors suolo Le risorse minerrie ed energetiche L risors rifiuti L protezione dell miente 99 Educzione Amientle L depurzione delle cque inquinte 102 L eutrofizzzione 102 L unione europe e l protezione dell miente 103 Sommrio Prole chive Verifiche dossier per il Portfolio dp Il pinet Terr L Terr Come loclizzre un punto sull Terr I moti dell Terr e le loro conseguenze Il clim sull Terr 114 Scienz in Prticolre I fusi orri 116 Sommrio Prole chive Verifiche 7 L Lun Il nostro stellite Il volto dell Lun I movimenti dell Lun e le loro conseguenze 122 Sommrio Prole chive Verifiche 8 Il sistem solre Il Sole e i pineti Il Sole I pineti I corpi minori del sistem solre Il moto dei pineti 137 Scienz in Prticolre L teori geocentric e quell eliocentric 139 Slute e Prevenzione Il Sole e l nostr slute 140 Sommrio Prole chive Verifiche 9 L universo Che cos è l universo Le stelle Le glssie e l Vi Ltte Origine ed espnsione dell universo 150 Scienz in Prticolre Gli strumenti per osservre l universo 151 Sommrio Prole chive Verifiche dossier per il Portfolio dp 13-18

6 LA VARIETÀ DEI VIVENTI 10 L evoluzione dei viventi I fossili e l stori dell vit Le teorie pre-evoluzionistiche L teori evoluzionistic di Drwin 162 Scienz in Prticolre L ricostruzione dell vit nel pssto 167 Un prov dell teori dell evoluzione 167 Le teorie moderne dell evoluzione 168 Sommrio Prole chive Verifiche 11 Origine e stori dell vit L inizio dell vit L nscit dell prim cellul L stori dell vit L origine dell uomo 181 Scienz in Prticolre I fossili viventi 185 L enigm dell estinzione dei dinosuri 186 Sommrio Prole chive Verifiche dossier per il Portfolio L UOMO E LA VITA dp L riproduzione L riproduzione nell uomo I crtteri sessuli L pprto riproduttore mschile L pprto riproduttore femminile Dll fecondzione l prto 199 Slute e Prevenzione I metodi nticoncezionli 203 Grvidnz gemellre e prti multipli 203 Igiene e mlttie trsmissione sessule 204 Sommrio Prole chive Verifiche 13 L iologi molecolre L molecol del DNA Il codice genetico Repliczione e trscrizione L trduzione Le mutzioni 216 Slute e Prevenzione Un nomli cromosomic frequente: l trisomi 21 e l sindrome di Down 217 Mutzioni, mlttie e resistenz 218 Scienz in Prticolre Il DNA, un lung stori 219 Slute e Prevenzione Mppe geniche e Progetto Genom 219 Sommrio Prole chive Verifiche 14 L genetic e l ingegneri genetic L nscit dell genetic Come si spiegno le leggi di Mendel L genetic dopo Mendel L iotecnologi e l ingegneri genetic 229 Slute e Prevenzione Le mlttie ereditrie 231 Le nuove prospettive dell ingegneri genetic 232 Un insetto, un tterio e un... verme 235 Sommrio Prole chive Verifiche dossier per il Portfolio dp Le prole per cpire-glossrio 240 Indice nlitico 245

7 L mteri e l energi 1.L elettricità e il mgnetismo 2.L luce e i fenomeni luminosi 3.Il lvoro e l energi

8 1 L elettricità e il mgnetismo Per ffrontre gli rgomenti di quest unità è importnte che tu sppi: descrivere l struttur dell tomo spiegre che cos sono elementi e composti spiegre come si formno gli ioni dgli tomi neutri spiegre che cos è un forz descrivere le crtteristiche del legme metllico definire l proporzionlità dirett e quell invers All fine di quest unità sri in grdo di: spiegre che cos sono cric e forz elettriche definire un corpo elettrizzto e illustrre i diversi tipi di elettrizzzione distinguere tr conduttori di elettricità e isolnti spiegre che cos è un corrente elettric spiegre che cos sono l intensità di corrente, l differenz di potenzile e l resistenz descrivere un circuito elettrico enuncire e spiegre le leggi di Ohm descrivere gli effetti termico e chimico dell corrente elettric spiegre che cos è un mgnete descrivere le interzioni tr elettricità e mgnetismo 1.1 L ELETTRICITÀ 4 1 L elettricità è quell insieme di fenomeni originti dll esistenz di criche elettriche: in ntur l mnifestzione più evidente dell elettricità è il fulmine (FIG. 1), che è un fortissim scric elettric tr un nue e il suolo o tr due nui. D qundo l ricerc scientific è riuscit spiegre l ntur dell elettricità e ricvre un nuov form di energi, l energi elettric, l tecnologi h messo nostr disposizione strumenti sempre più complessi e sofisticti, che ci iutno quotidinmente svolgere numerose ttività. NELL ATOMO ESISTONO DUE TIPI DI CARICHE ELETTRICHE L origine dell elettricità v ricerct nell struttur dell tomo, il costituente fondmentle di ogni form di mteri. Come imo già studito nell unità 6, l tomo è composto d protoni e neutroni, concentrti nel nucleo, e d elettroni che si muovono intorno l nucleo (FIG. 2). I neutroni sono privi di cric elettric, mentre ogni protone port un cric elettric positiv () e ciscun elettrone port un cric elettric negtiv ( ). Le due criche, dette elementri, sono di segno opposto e hnno l stess intensità. Criche elettriche dello stesso segno si respingono, mentre criche elettriche di segno opposto si ttrggono. FIGURA 1 Il fulmine è un fenomeno di ntur elettric.

9 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO elettrone protone neutrone televisore tomo wlkmn computer stereo tostpne lmpd trpno Perciò un protone () e un elettrone ( ) si ttrggono; due elettroni o due protoni invece si respingono (FIG. 3). Inoltre, l cric positiv di un protone viene neutrlizzt d quell negtiv di un elettrone. Poiché normlmente un tomo possiede uno stesso numero di protoni e di elettroni, esso risult elettricmente neutro. Come forse ricordte, gli tomi neutri possono trsformrsi in prticelle criche, chimte ioni, se perdono o cquistno elettroni. Gli tomi che perdono elettroni risultno elettricmente positivi (i protoni diventno più numerosi degli elettroni) e prendono il nome di ioni positivi o ctioni; gli tomi che cquistno elettroni risultno elettricmente negtivi (gli elettroni diventno più numerosi dei protoni) e prendono il nome di ioni negtivi o nioni. L cquisto o l perdit di elettroni d prte degli tomi che costituiscono i corpi è ll origine dei fenomeni elettrici. FIGURA 2 L elettricità, d cui dipende il funzionmento dell mggior prte degli pprecchi elettrodomestici che utilizzimo, tre origine dll presenz di criche elettriche positive (protoni) e negtive (elettroni) nell tomo. 4 3 FIGURA 3 Criche elettriche dello stesso segno si respingono, mentre criche elettriche di segno opposto si ttrggono. si respingono si respingono si ttrggono TRA LE CARICHE ELETTRICHE SI ESERCITA UNA FORZA ELETTRICA L ttrzione o l repulsione che si esercit tr criche elettriche è chimt forz elettric. L forz elettric che si esercit tr due corpi che possiedono criche elettriche dipende dll quntità di cric, cioè dl numero delle criche di ciscun corpo, e dll distnz tr i corpi. L quntità di cric si misur in coulom (C), in onore del fisico frncese C.-A. Coulom ( ); un coulom corrisponde ll cric elettric di 6, elettroni, cioè di 6,25 milirdi di milirdi di elettroni. L forz elettric ument ll umentre delle criche possedute di due corpi e diminuisce rpidmente ll umentre dell loro distnz. Se l distnz è sufficientemente grnde, gli effetti dell forz elettric si nnullno. 1.1 Come intergiscono due criche elettriche di segno opposto? E due criche di segno ugule? 1.1 Come si form uno ione d un tomo neutro? 1.1 Che cos si intende per forz elettric? 1.1 Come vri l forz elettric l vrire dell distnz tr due corpi crichi e l vrire dell cric possedut di due corpi?

10 4 LA MATERIA E L ENERGIA 1.2 L ELETTRIZZAZIONE I CORPI ELETTRIZZATI HANNO UN ECCESSO DI CARICHE POSITIVE O NEGATIVE Finché gli tomi che costituiscono un corpo sono neutri, cioè criche positive e negtive si equivlgono, nche il corpo nel suo complesso è neutro. Se, invece, gli tomi del corpo cquistno o perdono elettroni, esso divent crico. Se gli elettroni sono cquistti, il corpo ssume un eccesso di criche negtive, cioè si cric di elettricità negtiv; se gli elettroni sono perduti, ssume un eccesso di criche positive, cioè si cric di elettricità positiv. Qundo questo si verific si dice che il corpo è elettrizzto, in qunto l suo interno viene mncre l equilirio tr criche negtive (elettroni) e criche positive (protoni). L elettrizzzione di un corpo può prodursi in vri modi: per strofinio, per conttto e per induzione. I CORPI POSSONO ELETTRIZZARSI PER STROFINIO Strofinndo con un pnno di ln il vetro o mterili simili l vetro, in essi si mnifest elettricità positiv: durnte lo strofinio, si h un trsferimento di elettroni dl vetro ll ln, perciò il vetro risult elettrizzto positivmente mentre l ln risult elettrizzt negtivmente (FIG. 4). Strofinndo con un pnno di ln l enite o sostnze simili (come l mr, o nche l plstic, come l involucro di un iro, e l gomm), in esse si mnifest elettricità negtiv: in questo cso vviene il trsferimento di elettroni dll ln ll enite, perciò quest ultim risult elettrizzt negtivmente, mentre l ln risult elettrizzt positivmente (FIG. 4). trsferimento di elettroni dl vetro ll ln 4 pnno di ln vetro vetro ln enite (o plstic) pnno di ln FIGURA 4 () Strofinndo con un pnno di ln un cchett di vetro, quest ultim si cric di elettricità positiv, mentre l ln si cric di elettricità negtiv (nello strofinio, gli tomi dell cchett di vetro cedono elettroni l pnno di ln). () Strofinndo con un pnno di ln un cchett di enite (o di plstic), quest ultim si cric di elettricità negtiv, mentre l ln si cric di elettricità positiv (in questo cso gli elettroni si trsferiscono dll ln ll enite). Qundo un corpo si elettrizz dopo essere stto strofinto, si prl di elettrizzzione per strofinio. Un cchett di vetro e un di enite elettrizzte, vendo criche elettriche di segno opposto, si ttrggono (FIG. 5); lo stesso ccde tr un pettine, dopo essere stto strofinto con i cpelli, e i cpelli stessi (FIG. 5); invece, due 1.2 Che cos si intende per corpo elettrizzto?

11 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 5 cchette di vetro elettrizzte o due cchette di enite elettrizzte, vendo criche elettriche dello stesso segno, si respingono (FIGG. 6, 6); lo stesso ccde con due plloncini (FIG. 6c). vetro ttrzione enite 4 5 FIGURA 5 () Un cchett di vetro e un di enite si ttrggono, dopo essere stte strofinte con un pnno di ln. () I cpelli, strofinti con un pettine, sono ttrtti d quest ultimo. vetro repulsione vetro enite 4 6 repulsione enite c FIGURA 6 Dopo ver strofinto con un pnno di ln due cchette di vetro e due di enite, si le prime (), si le seconde () si respingono, essendo criche di elettricità di segno ugule. (c) Lo stesso si verific tr due plloncini strofinti (nche semplicemente con le mni). Tlete e l mr 4 7 Le prime osservzioni sui fenomeni elettrici rislgono l VI secolo.c., qundo il filosofo greco Tlete di Mileto osservò che l mr (FIG. 7), dopo essere stt strofint con un pnno di ln, er in grdo di ttirre sé piccoli corpi. Tlete chimò questo fenomeno elettricità, dl greco èlektron, che signific ppunto mr. FIGURA 7 L mr, un resin fossile (qui con inclusione di insetti), h l proprietà di elettrizzrsi per strofinio, llo stesso modo dell enite e dell plstic. PROVA, OSSERVA, RIFLETTI L elettrizzzione per strofinio Che cos ti serve due iro di plstic senz refil un pnno di ln un filo di nylon un stoncino di legno Or strofin energicmente con il pnno di ln si l iro sospes l filo si l ltr e vvicinle di nuovo (FIG. c). Che cos osservi? Come spieghi i fenomeni osservti? c Che cos devi fre Fiss il stoncino di legno inserendolo tr due liri (FIG. ) e sospendi con il filo di nylon un delle iro. Strofin energicmente l ltr iro e vvicinl quell sospes (FIG. ). Che cos osservi? iro non elettrizzt iro elettrizzt iro non elettrizzt?? iro elettrizzt iro elettrizzt

12 6 LA MATERIA E L ENERGIA I CORPI POSSONO ELETTRIZZARSI PER CONTATTO Vedimo che cos succede se tocchimo un pllin di polistirolo, inizilmente neutr, con un cchett di vetro elettrizzt positivmente: ttrverso l zon di conttto un certo numero di elettroni si trsferisce dll pllin ll cchett. In questo modo, nche l pllin si cric positivmente. Poiché suito dopo il pssggio i due corpi presentno elettricità dello stesso segno, essi si respingono (FIG. 8). L stess cos si verific se tocchimo un pllin con un cchett di enite elettrizzt negtivmente: l pllin divent nch ess negtiv e suito dopo viene respint dll cchett. Qundo un corpo si elettrizz perché tocc un ltro corpo crico, si prl di elettrizzzione per conttto. I CORPI POSSONO ELETTRIZZARSI PER INDUZIONE Dei piccoli pezzi di crt vengono ttirti si d un cchett di vetro elettrizzt positivmente, si d un di enite elettrizzt negtivmente (FIG. 9). Come mi ciò vviene se i pezzetti di crt sono neutri? enite vetro sughero i pezzetti di crt sono ttrtti i pezzetti di crt sono ttrtti repulsione vetro c d FIGURA 8 Elettrizzzione per conttto. Toccndo con un cchett di vetro elettrizzt un pllin di polistirolo (), quest poi ne viene respint (): nel conttto, inftti, l pllin di sughero cquist criche elettriche dello stesso segno dell cchett. L rgione è che, se un corpo crico, cioè elettrizzto, viene vvicinto un corpo neutro, è in grdo di provocre in esso un seprzione di criche senz toccrlo. Inftti, qundo vvicinimo un pezzo di crt (neutro) l enite cric negtivmente succede questo: gli elettroni ( ) dell crt sul lto vicino ll cchett vengono respinti verso il lto opposto; sul lto dell crt vicino ll cchett rimngono, quindi, delle criche positive (), che vengono ttrtte dlle criche negtive ( ) presenti sull punt dell cchett. Qundo invece vvicinimo un pezzetto di crt l cchett di vetro, cric positivmente (), si verific il fenomeno opposto: gli elettroni dell crt vengono ttirti verso il lto vicino ll cchett; questo lto che si cric negtivmente ( ) e quindi viene ttrtto dll punt () dell cchett, mentre sul lto opposto dell crt rimngono delle criche positive. FIGURA 9 Un cchett di enite () e un di vetro () elettrizzte ttirno dei pezzetti di crt, perché provocno in questi ultimi un seprzione di criche per induzione: nel cso dell enite, sul lto dell crt vicino ll cchett rimngono delle criche positive e quindi si h ttrzione (c); nel cso del vetro, sul lto dell crt vicino ll cchett rimngono criche negtive e quindi si h ncor ttrzione (d).

13 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 7 Qundo un corpo si elettrizz perché viene vvicinto un ltro corpo crico, si prl di elettrizzzione per induzione. Possimo verificre l elettrizzzione per induzione ncor un volt con un cchett elettrizzt (di vetro o di enite) e di un pllin di polistirolo (FIG. 10), oppure con un plloncino strofinto e lcuni pezzetti di crt (FIG. 10). ttrzione 4 10 polistirolo vetro corpo crico repulsione pomello di metllo tppo di gomm tuo di vetro filo di rme lmine metlliche L ELETTROSCOPIO RIVELA LA PRESENZA DELLE CARICHE ELETTRICHE Un corpo elettrizzto possiede delle criche elettrosttiche, cioè ferme sull su superficie. Uno strumento per rilevre l presenz di criche elettrosttiche è l elettroscopio (FIG. 11): è costituito d un recipiente di vetro, contenente un st metllic (per esempio di rme), collegt un pomello metllico, che sporge ll esterno. All estremità inferiore dell st sono sospese due sottili lmine di oro (v ene nche l crt stgnol). Qundo si tocc il pomello dell elettroscopio con un corpo crico, il pomello si elettrizz per conttto e cquist lo stesso tipo di cric del corpo. Quest elettrizzzione viene trsmess dll st lle lmine, che cquistno criche dello stesso segno: perciò, esse si respingono e quindi si llontnno FIGURA 10 Elettrizzzione per induzione. () Avvicinndo un cchett di vetro elettrizzt un pllin di polistirolo (senz toccrl), quest suisce un seprzione di criche: sul lto vicino ll cchett si formno criche opposte (negtive), e l pllin è ttrtt dl vetro. ) Anche un plloncino strofinto ttir, per induzione, dei pezzetti di crt. FIGURA 11 L elettroscopio. Toccndo con un corpo elettrizzto il pomello di metllo, le lmine metlliche (collegte d un filo di rme l pomello) si elettrizzno per conttto con criche dello stesso segno, per cui si respingono. 1.2 In che cos consistono l elettrizzzione per strofinio, quell per conttto e quell per induzione? 1.2 Come è ftto l elettroscopio? PROVA, OSSERVA, RIFLETTI Devire l cqu senz toccrl Che cos ti serve un iro senz refil un pnno di ln un ruinetto dell cqu Che cos devi fre Apri il ruinetto dell cqu e regollo fino che non scende un sottile filo di cqu. Strofin energicmente l tu iro sul pnno di ln e vvicinl l sottile filo di cqu che scende dl ruinetto. Che cos osservi Avvicinndo l iro l filo d cqu, quest ultimo suisce un devizione, che scompre llontnndo l iro. L iro è elettrizzt con criche negtive: queste fnno sì che le molecole d cqu, che sono polri, si orientino con le criche positive rivolte verso l iro. In tl modo l iro esercit sulle molecole un ttrzione che f devire il filo d cqu. molecol di cqu ttrzione iro

14 8 LA MATERIA E L ENERGIA 1.3 CONDUTTORI E ISOLANTI I CONDUTTORI LASCIANO PASSARE LA CORRENTE, GLI ISOLANTI NO Se ripetimo l esperimento dell elettrizzzione per strofinio con un forchett metllic (FIG. 12), si osserv che i pezzettini di crt non vengono ttrtti, per qunti sforzi fccimo (FIG. 12). Questo ccde perché nei metlli le criche negtive sono liere di muoversi e quindi i metlli disperdono velocemente le criche elettriche cquisite con lo strofinio. Le criche negtive, inftti, rrivno dll forchett ll mno e si disperdono nel terreno, pssndo ttrverso l mno, il rccio e il corpo di chi l impugn. Anche il nostro corpo, inftti, permette lle criche di pssre con fcilità. Se però usimo un forchett con il mnico isolnte, l elettrizzzione tornerà frsi sentire (FIG. 12c), sempre che l nostr mno tocchi solo l plstic e non il metllo, perché l plstic non permette lle criche di spostrsi mterili isolnti mterili conduttori mnico isolnte legno cciio c gomm e plstic cqu terr criche elettriche porcelln lluminio FIGURA 12 Un forchett intermente metllic, strofint con un pnno di ln (), non ttir i pezzetti di crt, perché le criche elettriche si disperdono nel terreno ttrverso il corpo (). Usndo un forchett con impugntur isolnte, le criche rimngono loclizzte nell punt dell forchett, che si elettrizz e ttir i pezzetti di crt (c). vetro FIGURA 13 Alcuni esempi di mterili isolnti e conduttori. rme 1.3 Che differenz c è tr conduttori e isolnti? Rispetto ll cpcità di trsportre le criche elettriche, i mterili possono essere rggruppti in due ctegorie: i conduttori e gli isolnti. Si chimno conduttori le sostnze in cui le criche si possono muovere liermente, isolnti le sostnze in cui le criche non si possono muovere o si muovono con grnde difficoltà (FIG. 13). Sono conduttori, per esempio, i metlli, gli orgnismi viventi e l grfite; sono isolnti l plstic, il vetro e il legno elettrone tomo di metllo NEI CONDUTTORI GLI ELETTRONI SONO POCO TRATTENUTI DAL NUCLEO L cus del comportmento dei conduttori metllici st nell struttur dei loro tomi: gli elettroni esterni non sono fortemente legti i rispettivi nuclei, m sono lieri di muoversi; è quest moilità degli elettroni conferire i conduttori l proprietà di trsportre l elettricità (FIG. 14). Negli isolnti, gli elettroni esterni sono più tencemente legti i nuclei e non possono spostrsi d un punto ll ltro. FIGURA 14 Il disegno cerc di rendere l ide dell moilità degli elettroni tr gli tomi di un metllo.

15 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO LA CORRENTE ELETTRICA Dopo ver considerto le criche elettrosttiche, che restno sostnzilmente ferme sull superficie di un corpo, ci occuperemo or delle criche elettriche in movimento, che dnno luogo l fenomeno dell corrente elettric. LA CORRENTE ELETTRICA È DOVUTA A UN FLUSSO DI PARTICELLE CARICHE L corrente elettric consiste in un flusso di prticelle criche che si muovono per un tempo prolungto e in modo ordinto ll interno di un conduttore. Nei conduttori metllici le prticelle in movimento sono elettroni. L quntità di corrente che scorre in un conduttore viene misurt ttrverso un grndezz dett intensità di corrente elettric (i): cioè il numero di elettroni che ttrversno un conduttore in un secondo. L unità di misur nel Sistem Internzionle dell intensità di corrente è l mpere (simolo A), in onore del fisico frncese A.-M. Ampère ( ). LA CORRENTE FLUISCE A CAUSA DELLA DIFFERENZA DI POTENZIALE Nelle nostre cse l corrente circol nei fili elettrici, costituiti d un metllo conduttore (il rme), rivestito d mterile isolnte (FIG. 15) che impedisce che gli elettroni si disperdno. M che cos f muovere gli elettroni nel filo? Gli elettroni si muovono spontnemente d un punto dove sono in eccesso verso un punto dove sono in difetto, cioè d un punto negtivo uno positivo. Perciò, se voglimo che pssi corrente in un conduttore, doimo fre in modo che ci si un divers concentrzione di elettroni i suoi estremi (FIG. 16). Si chim polo negtivo quello con mggiore concentrzione di elettroni e polo positivo quello con concentrzione minore. Gli elettroni nel conduttore si muovono spontnemente dl polo negtivo l polo positivo, così come l cqu fluisce spontnemente d un recipiente dove il suo livello è mggiore verso un ltro dove il suo livello è minore (FIG. 17). L proprietà che determin l mggiore o minore forz con cui gli elettroni vengono spinti nel conduttore è l differenz di potenzile (ddp) o tensione elettric tr polo negtivo e polo positivo; ess gisce come l differenz di livello tr i due recipienti di FIG. 17: dl contenitore dove il livello è più lto si cre un corrente di cqu verso quello dove il livello è più sso, così come dl polo negtivo si cre un corrente di elettroni che v verso il polo positivo FIGURA 15 I fili elettrici sono costituiti d rme vvolto d mterile plstico isolnte. 1.4 Che cos è l corrente elettric? 1.4 Che cos è l intensità dell corrente elettric? 1.4 Qul è l unità di misur dell corrente elettric? dislivello (differenz di potenzile) flusso di elettroni (corrente elettric) polo negtivo polo positivo A conduttore metllico B FIGURA 16 Collegndo il corpo A (in cui sono presenti criche negtive) con il corpo B (in cui sono presenti criche positive) per mezzo di un filo conduttore, gli elettroni si spostno d A verso B. Il flusso di elettroni è l corrente elettric. direzione del flusso dell'cqu (o direzione del flusso di corrente) FIGURA 17 Collegndo due recipienti contenenti cqu differenti livelli, il liquido fluisce dl recipiente con il livello mggiore quello con il livello minore. Allo stesso modo, l corrente pss d un punto con più elettroni un punto con meno elettroni.

16 10 LA MATERIA E L ENERGIA Tnto mggiore è l differenz di potenzile i due cpi di un filo conduttore, tnto più grnde srà l forz che spinge gli elettroni percorrerlo. L differenz di potenzile si misur nel Sistem Internzionle in volt (simolo V), in onore del fisico itlino Alessndro Volt ( ). UN GENERATORE MANTIENE COSTANTE LA DIFFERENZA DI POTENZIALE Perché gli elettroni continuino fluire dl polo negtivo l polo positivo di un conduttore, e quindi continui circolre corrente, isogn mntenere l differenz di potenzile elettrico tr i due poli. Per questo si us un genertore. Un genertore di corrente elettric, come per esempio un pil, è un dispositivo che mntiene lle estremità di un conduttore un differenz di potenzile costnte. Un pil svolge l stess funzione di un pomp che spinge l cqu in un circuito idrulico: se non ci fosse l pomp (che per funzionre richiede energi), il dislivello tr i due recipienti sree presto colmto e l cqu non circoleree più (FIG. 18). Se colleghimo i poli di un pil, quello negtivo (o ctodo) e quello positivo (o nodo), un mperometro, uno strumento che misur l intensità di corrente (FIG. 19), l su lncett segnl un pssggio di corrente. Per misurre, invece, l tensione o differenz di potenzile di un pil, occorre uno strumento simile chimto voltmetro (FIG. 19). Nelle comuni pile, l tensione è indict in volt: le normli pile stilo sviluppno un tensione molto piccol (1,5 V, oppure 4,5 V o nche 12 V). Questi vlori di tensione non sono pericolosi, mentre l corrente elettric delle itzioni possiede un tensione di 220 V, che può folgorre. Le linee elettriche che prtono d un centrle elettric hnno un tensione elevtissim, nche centini di miglii di volt. 1.4 Che cos f muovere gli elettroni in un conduttore? 1.4 D qule proprietà dipende l forz che spinge gli elettroni muoversi in un conduttore? Qul è l su unità di misur? 1.4 Che cos è un genertore di corrente elettric? 1.4 Qule funzione svolge un genertore? polo positivo (nodo) 4,5 V polo negtivo (ctodo) circuito elettrico 4 18 A dislivello B pomp (che richiede energi per funzionre) FIGURA 18 Confronto tr l funzione di un genertore (pil) in un circuito elettrico () e l pomp in un circuito idrulico (). L pil spinge elettroni dl polo negtivo l polo positivo in modo che tr essi si conservi costnte l differenz di potenzile. L pomp spinge l cqu dl recipiente B l recipiente A per mntenere costnte il dislivello, che verree nnullto rpidmente dl pssggio dell cqu d A B. pil pil polo negtivo polo positivo mperometro ,5 V 4,5 V voltmetro FIGURA 19 () L mperometro misur l intensità dell corrente elettric (in mpere) che pss lungo un conduttore. Il suo funzionmento si s sul ftto (spiegto più vnti) che il pssggio di corrente elettric produce un cmpo mgnetico. () Il voltmetro misur l tensione elettric (in volt) che esiste i due poli di un genertore elettrico (il suo principio di funzionmento è nlogo quello dell mperometro).

17 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO I CIRCUITI ELETTRICI Per poter sfruttre l corrente elettric, come vviene nelle nostre cse, e fre funzionre le vrie pprecchiture che l utilizzno, è necessrio costruire dei circuiti elettrici. Il circuito elettrico è un percorso chiuso in cui circol corrente, perché tr le sue estremità è presente un differenz di potenzile. Il circuito elettrico più semplice è costituito d un genertore di corrente, d un utilizztore (l pprecchio che ssore l corrente), d un filo conduttore, che unisce i due poli differente potenzile, e d un interruttore, che serve d prire e chiudere il circuito (FIG. 20) flusso degli elettroni d c simoli usti per indicre i componenti di un circuito elettrico genertore utilizztore conduttore interruttore Nell FIG. 21 è rppresentto un circuito costituito d un pil (genertore), d un lmpdin (utilizztore) e d un interruttore (un lmin di metllo post tr i due cpi del filo), collegti d un filo metllico conduttore. Qundo l lmin dell interruttore è sollevt, il circuito è perto e l lmpdin è spent perché non le rriv corrente; qundo l lmin è sst (FIG. 21) il circuito è chiuso e l lmpdin si ccende perché riceve corrente. () () (c) (d) FIGURA 20 Schem di un circuito elettrico, costituito essenzilmente d quttro prti: il genertore, l utilizztore, il conduttore e l interruttore. Per convenzione si mmette che gli elettroni si spostino dl polo ál polo, mentre sppimo che in reltà essi si spostno dl polo l polo circuito perto lmin sollevt utilizztore circuito chiuso lmin sst FIGURA 21 () In questo semplice circuito un filo conduttore unisce i due poli di un pil (genertore) e un lmpdin (utilizztore). Tr l pil e l lmpdin si trov un interruttore: qundo questo è perto l lmpdin rimne spent. () Qundo l interruttore è chiuso l lmpdin si ccende. interruttore perto conduttore interruttore chiuso genertore I CIRCUITI IN SERIE E IN PARALLELO Esistono due tipi di circuiti, quelli in serie e quelli in prllelo (FIG. 22). Nei circuiti in serie, gli utilizztori sono collegti tr loro e sono posti uno Che cos si intende per circuito elettrico? 1.5 Qundo un circuito è perto? 1.5 Che cos si intende per circuito in serie? E per circuito in prllelo? utilizztori in serie utilizztori in prllelo FIGURA 22 Circuiti con gli utilizztori disposti in serie e in prllelo.

18 12 LA MATERIA E L ENERGIA di seguito ll ltro. Il funzionmento di ognuno dipende d quello che lo precede; perciò, se un fil di lmpdine è collegt in serie e un di esse è fulmint, tutte quelle successive rimngono spente. Nei circuiti in prllelo, gli utilizztori sono tutti collegti direttmente l genertore e il funzionmento di ognuno non è influenzto dgli ltri; perciò, se un fil di lmpdine è collegt in prllelo e un di esse è fulmint, le ltre rimngono ccese. LA RESISTENZA OSTACOLA IL PASSAGGIO DELLA CORRENTE Qundo l corrente pss ll interno di un mterile le prticelle di quest ultimo ne ostcolno il movimento frenndo il flusso degli elettroni. Si chim resistenz elettric (R) l mggiore o minore difficoltà che il conduttore offre l pssggio dell corrente. L unità di misur dell resistenz è l ohm (simolo Ω, letter grec che si legge omeg). Gli isolnti oppongono un resistenz ssi mggiore dei conduttori. In un isolnte l resistenz può essere tlmente elevt d impedire del tutto il movimento delle criche elettriche. I metlli hnno un resistenz molto ss, perciò sono uoni conduttori, nche se non tutti si comportno esttmente nello stesso modo: per esempio, l resistenz del rme è minore di quell del ferro. 1.5 Che cos è l resistenz elettric? 1.5 Qul è l unità di misur dell resistenz? 1.6 LE LEGGI DI OHM INTENSITÀ, DIFFERENZA DI POTENZIALE E RESISTENZA SONO COLLEGATE Considerimo due circuiti che differiscono solo per il tipo di conduttore. A prità di differenz di potenzile, l intensità dell corrente che pss nel circuito è mggiore se il conduttore present un ss resistenz (FIG. 23). Si può osservre nche che, prità di conduttore, l corrente è mggiore se è più grnde l differenz di potenzile (FIG. 23). Il fisico tedesco G.S. Ohm ( ), nei primi decenni dell Ottocento, formulò un legge che colleg tr loro l differenz di potenzile lle estremità di un conduttore, l resistenz del conduttore e l intensità dell corrente che lo percorre; è not come prim legge di Ohm e fferm che, in un conduttore, l intensità dell corrente, i, è direttmente proporzionle ll differenz di potenzile, V, e inversmente proporzionle ll resistenz, R: intensità di corrente = differenz di potenzile o resistenz i = V/R Si può scrivere nche in queste due forme: V = i R oppure R = V/i FIGURA 23 () A prità di differenz di potenzile, l intensità dell corrente nel circuito con il filo di rme è mggiore e l lmpdin rill di più perché il rme h un resistenz minore del ferro; () l resistenz dei due fili di rme è ugule, m l lmpdin sinistr rill di più perché l differenz di potenzile è mggiore (9 volt) e l intensità dell corrente è più lt rme ferro rme rme 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V 4,5 V

19 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 13 LA RESISTENZA DIPENDE DA COME È FATTO IL CIRCUITO L resistenz di un conduttore dipende, oltre che dl mterile di cui è composto, dlle crtteristiche del circuito. Per esempio, considerimo conduttori dello stesso mterile, di lunghezz e di sezione differenti: l resistenz di ciscuno ument ll umentre dell lunghezz (un filo lungo possiede un resistenz mggiore di uno più corto) e diminuisce ll umentre dell sezione (un filo più grosso possiede un resistenz minore di uno più sottile) (FIG. 24). Di questo fenomeno si occup l second legge di Ohm; ess fferm che l resistenz, R, di un filo conduttore è direttmente proporzionle ll su lunghezz, l, inversmente proporzionle ll su sezione, s, e dipende dll grndezz ρ (letter grec che si legge ro) che è tipic del prticolre mterile di cui è ftto il conduttore: resistenz = ρ lunghezz del conduttore o sezione del conduttore R = ρ l/s 1.6 Che cos fferm l prim legge di Ohm? 1.6 A prità di differenz di potenzile l intensità dell corrente è mggiore se l resistenz è mggiore o se è minore? 1.6 Che cos fferm l second legge di Ohm? 1.6 L resistenz elettric è mggiore in un filo più sottile o in uno più spesso? È mggiore in un filo più lungo o in uno più corto? ,5 V l 2 è più lungo di l 1 (entrmi hnno ugule sezione) 1 4,5 V l 1 h sezione mggiore di l 2 (entrmi hnno ugule lunghezz) l 1 l ,5 V l 2 present mggiore resistenz di l 1 4,5 V l 2 present l 2 mggiore resistenz di l 1 l EFFETTO TERMICO DELLA CORRENTE ELETTRICA Come imo visto, ogni conduttore present un cert resistenz elettric, che ostcol il movimento degli elettroni l suo interno; l resistenz è in un certo senso nlog ll ttrito e, come conseguenz, determin lo sviluppo di clore nel conduttore, cioè ne provoc il riscldmento. Questo fenomeno, scoperto dl fisico inglese J.P. Joule ( ), è chimto effetto termico o effetto Joule. L effetto Joule si rivel utile qundo si desider sfruttre l elettricità per produrre clore. FIGURA 24 () L lmpdin del circuito 1 rill di più di quell del circuito 2. Questo signific che in 1 l intensità di corrente è mggiore e quindi l resistenz è minore: prità di mterile un minore lunghezz del filo comport un minore resistenz. () L lmpdin del circuito 1 rill di più di quell del circuito 2 e questo signific che nel circuito 1 l resistenz è minore: prità di mterile un mggiore spessore comport un resistenz minore.

20 14 LA MATERIA E L ENERGIA Alcuni elettrodomestici, come l sciugcpelli, il ferro d stiro, l stufett elettric, funzionno proprio in se ll presenz di conduttori grndissim resistenz chimti resistenze elettriche (FIG. 25) In che cos consiste l effetto Joule? 1.7 Che cos sono le resistenze elettriche? FIGURA 25 L stufett elettric sfrutt l effetto termico o effetto Joule per mezzo di un filmento che offre elevt resistenz elettric e che l pssggio dell corrente divent incndescente. SPERIMENTIAMO INSIEME L effetto termico dell corrente Tempo di esecuzione: 30 minuti Mterile occorrente due pile d 4,5 V un filo elettrico di 30 cm, con isolmento un termometro Esecuzione Leggi l tempertur del termometro. Togli l isolnte dll prte centrle del filo e vvolgi il conduttore intorno l ulo del termometro. Lier nello stesso modo dll isolnte nche le due estremità del filo e vvolgi ciscun di esse intorno uno dei poli dell pil. Or che il circuito è chiuso, osserv l colonnin di mercurio del termometro. Rifi l esperimento, utilizzndo le due pile in serie e osserv ncor l colonnin di mercurio. Per mettere in 4,5 V 4,5 V serie le due pile unisci con il filo elettrico il polo positivo di un pil con quello negtivo dell ltr. Fenomeni osservti L colonnin di mercurio sle lentmente nel termometro l pssggio dell corrente. Usndo due pile in serie il riscldmento è mggiore. Spiegzione dei fenomeni Il filmento metllico del conduttore present un cert resistenz l pssggio dell corrente, perciò si riscld per effetto termico. Usndo due pile, l tensione rddoppi e il riscldmento è mggiore. EFFETTO CHIMICO DELLA CORRENTE ELETTRICA L elettricità può essere utilizzt per fre vvenire certe rezioni chimiche che non si compireero in ltro modo. Per esempio, l idrogeno e l ossigeno hnno un forte tendenz cominrsi per produrre l cqu; l rezione invers, invece, che port dll cqu i suoi elementi, idrogeno e ossigeno, non vviene spontnemente. Tuttvi, se prendimo un icchiere d cqu e vi immergimo due srrette di grfite e le colleghimo un pil, vedremo svilupprsi, su entrme le srrette, o elettrodi, ollicine di gs. A dire l verità, il fenomeno è molto ridotto nell cqu pur, m st ggiungere qulche gocci di un cido (v ene nche del succo di limone), per osservre distintmente lo sviluppo di gs i due elettrodi. I gs che si formno

21 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 15 e poi ndonno l cqu sono proprio idrogeno e ossigeno (FIG. 26). Il fenomeno per cui l corrente elettric dissoci un sostnz chimic si chim elettrolisi corrente elettric elettrodi srrette di grfite FIGURA 26 Elettrolisi dell cqu. Immergendo due srrette di grfite, collegte un pil, in cqu cidifict, vviene un pssggio di corrente: questo provoc l scissione o dissocizione delle molecole dell cqu nei suoi componenti, idrogeno e ossigeno gssosi, che si sviluppno come ollicine gli elettrodi. 4,5 V idrogeno ossigeno cqu cidifict 1.7 Che cos è l elettrolisi? 1.7 Che cos si form nell elettrolisi dell cqu? SPERIMENTIAMO INSIEME Il pssggio dell corrente elettric ttrverso un soluzione di cloruro di sodio grfite 1 mtit 2 cloro Tempo di esecuzione: un or Mterile occorrente un vschett di vetro soluzione di cqu distillt e sle d cucin pil d 4,5 V 2 cvetti elettrici con le estremità scoperte 2 mtite con le estremità di grfite nude un lmpdin complet di morsetti un se di legno Esecuzione Metti dell cqu slt nell vschett. Colleg con un cvetto l estremità scopert di un mtit (1) con il polo negtivo ( ) dell pil (l linguett lung) e fi lo stesso con l mtit (2), collegndol prim ll lmpdin fisst sull se di legno, poi l polo positivo () dell pil. Immergi le estremità liere delle due mtite nell cqu. Fenomeni osservti Appen colleghi i due poli dell pil con le estremità di grfite, l lmpdin si ccende. Intorno ll punt di grfite collegt l polo () si osservno poche ollicine di gs. Intorno ll punt di grfite collegt l polo ( ) si svilupp un nugolo di ollicine di gs. Spiegzione dei fenomeni L ccensione dell lmpdin indic il pssggio ttrverso l soluzione di corrente elettric, dovut 4,5 idrogeno pil cqu prticelle dette ioni. Inftti, nell soluzione sono presenti molti ioni del cloro (Cl ) e ioni del sodio (N ), provenienti dll dissocizione del cloruro di sodio (N- Cl), e pochissimi ioni H e OH, provenienti dll dissocizione dell cqu (H 2 O). Appen colleghi l pil ll grfite delle due mtite, l polo positivo ccorrono gli ioni negtivi Cl, che si trsformno in tomi di cloro che, unendosi due due, formno molecole gssose di cloro Cl 2 : le ollicine che si osservno sono poche, perché il cloro si scioglie fcilmente nell cqu. Al polo negtivo, invece, ccorrono gli ioni positivi H, che si trsformno in tomi di idrogeno: nch essi, unendosi due due, formno molecole gssose di idrogeno H 2. L idrogeno, essendo insoluile in cqu, form numerosissime ollicine. Dll esperimento si deduce che il pssggio dell corrente elettric ttrverso un soluzione di cloruro di sodio provoc lo sviluppo di molecole gssose di cloro (proveniente dl cloruro di sodio) e di idrogeno (proveniente dll cqu).

22 16 LA MATERIA E L ENERGIA S N 1.8 IL MAGNETISMO UNA CALAMITA ATTIRA OGGETTI DI FERRO E POSSIEDE DUE POLI Se vvicini un clmit dei piccoli fermgli metllici di ferro, puoi osservre che questi sono ttrtti e restno ttccti lle estremità dell clmit (FIG. 27). Il fenomeno ssomigli quello che si verific qundo un cchett elettrizzt ttir piccoli pezzetti di crt; tuttvi, l clmit non è elettrizzt e non h nessun effetto sull crt: questo perché l forz che ttir i fermgli verso l clmit non è di tipo elettrico, m di tipo mgnetico. Il mgnetismo è l proprietà che lcuni corpi possiedono di ttirre oggetti di ntur ferros. I corpi con quest proprietà sono detti clmite o mgneti. L mgnetite, un minerle del ferro, è un esempio di mgnete nturle. Un clmit ttre corpi ferrosi in corrispondenz delle sue estremità che sono chimte poli mgnetici. Questi due poli non sono uguli e si distinguono in polo nord (N) e polo sud (S). Prendendo due clmite è fcile ccorgersi che poli dello stesso tipo si respingono e poli di tipo opposto si ttrggono (FIG. 28). Questo fenomeno ricord quello che imo già studito per le criche elettriche, m con un importnte differenz: i poli mgnetici non si possono mi seprre. Se inftti prendimo un clmit e l rompimo in due pezzi e questi li spezzimo ncor, osservimo che ogni frmmento h sempre un polo nord e un polo sud. I mgneti possiedono sempre entrmi i poli (FIG. 29) N S repulsione N ttrzione N S S S S N S N S N S N S N S N L Terr su cui vivimo è un gigntesco mgnete nturle, con un suo polo nord e un polo sud vicini i poli geogrfici, nche se non perfettmente coincidenti con essi. È questo il motivo per cui l go mgnetizzto dell ussol si orient sempre in direzione nord-sud (vedi più vnti Il cmpo mgnetico terrestre e l ussol ). Il cmpo mgnetico 4 30 N 4 27 FIGURA 27 L clmit ttir piccoli oggetti metllici. FIGURA 28 Nelle clmite, i poli dello stesso tipo (in questo cso N-N) si respingono, mentre i poli di tipo opposto (N-S) si ttrggono. FIGURA 29 L esperienz dell clmit spezzt: i frmmenti di un clmit, comunque piccoli, continuno mntenere un polo nord (N) e un polo sud (S). 1.8 Che cos è il mgnetismo? Come imo visto, un clmit ttir i mterili ferrosi che si trovno un cert distnz. Il rggio d zione di quest forz mgnetic è limitto: l regione di spzio in cui i suoi effetti si fnno sentire si chim cmpo mgnetico. Questo cmpo è formto d linee di forz, cioè linee invisiili che escono dl polo nord ed entrno l polo sud. Le linee di forz possono essere rese visiili ttrverso un semplice esperimento. Si ppoggi un lstr di vetro (o nche di crtoncino) sopr un clmit e vi si f piovere lentmente dell limtur di ferro. L limtur si dispone secondo le linee di forz del cmpo mgnetico prodotto dll clmit, visulizzndole (FIG. 30). FIGURA 30 Visulizzzione delle linee di forz di un cmpo mgnetico. Le linee di forz si infittiscono vvicinndosi i due poli, mentre l centro sono meno numerose.

23 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 17 I MAGNETINI ELEMENTARI L proprietà dei mgneti di possedere sempre entrmi i poli può essere spiegt mmettendo che le sostnze mgnetiche sino costituite d un numero enorme di piccolissimi mgneti, i mgnetini elementri (FIG. 31), tutti llineti nello stesso verso (l polo nord di uno è ffccito il polo sud del successivo). Questi mgnetini si nnullno tutti vicend, trnne quelli gli estremi, che determinno i due poli. Nel cso di un metllo, i mgnetini non sono ltro che i singoli tomi che lo compongono. ALCUNI MATERIALI SI POSSONO MAGNETIZZARE Esistono sostnze come il ferro, il nichel, il colto e le loro leghe, che cquistno proprietà mgnetiche grzie prticolri trttmenti di mgnetizzzione: queste sostnze sono dette mgneti rtificili. L mgnetizzzione può vvenire in tre modi. L mgnetizzzione per strofinio si produce strofinndo, sempre nello stesso senso, il mterile d mgnetizzre sullo stesso polo di un clmit (FIG. 32). L mgnetizzzione per conttto si produce mettendo il mterile d mgnetizzre conttto con l clmit (FIG. 32). L mgnetizzzione per induzione si ottiene vvicinndo il mterile d mgnetizzre un clmit N S S mgnetino elementre S un coltello di cciio si mgnetizz in modo permnente l grffett ttcct ll clmit si è mgnetizzt per conttto e ttir un serie di chiodi N N FIGURA 31 Un clmit è costituit d un enorme numero di mgnetini elementri (che, in ultim nlisi, sono rppresentti d singoli tomi). In generle l mgnetizzzione del ferro è temporne, cioè il ferro perde le proprietà mgnetiche dopo poco tempo, mentre quell dell cciio (ferro contenente piccole percentuli di cronio) è permnente. Per spiegre l mgnetizzzione dell cciio, possimo pensre che l suo interno sino presenti mgnetini disposti in modo completmente disordinto, che si llineno qundo vengono in conttto con un mgnete (FIG. 33) FIGURA 33 L cciio () si mgnetizz in modo permnente se viene strofinto con un clmit (). FIGURA 32 () Mgnetizzzione per strofinio. () Mgnetizzzione per conttto. 1.8 In che cos consiste l differenz tr un mgnete nturle e uno rtificile? 1.8 Che cos dimostr l esperienz dell clmit spezzt? 1.8 Perché l go dell ussol si orient sempre in direzione nord-sud? 1.8 Come si può mgnetizzre un oggetto? 1.8 Che differenz c è tr l mgnetizzzione temporne e quell permnente?

24 18 LA MATERIA E L ENERGIA 1.9 MAGNETISMO ED ELETTRICITÀ Aimo detto in precedenz che l corrente elettric esercit effetti mgnetici. In effetti elettricità e mgnetismo si influenzno vicend. Vedimo come. I CORPI MAGNETIZZATI SONO INFLUENZATI DALLA CORRENTE ELETTRICA Il fisico dnese H.C. Oersted ( ), nel 1820, scoprì che l go di un ussol, posto vicino o circuito elettrico percorso d corrente, si mettev in movimento: ciò dimostrv che un corpo mgnetizzto er influenzto dl pssggio dell corrente elettric (FIG. 34) e che quindi criche elettriche in movimento generno un cmpo mgnetico. L esperienz di Oersted portò concepire in modo nuovo i rpporti tr i fenomeni elettrici e quelli mgnetici: nscev così l elettromgnetismo. Esperimenti successivi mostrrono che un srr di ferro vvolt d un filo in cui pss corrente si comport come un clmit, ttirndo oggetti di ferro. Mggiore è il numero di vvolgimenti (spire), più intens è l zione mgnetic. Un dispositivo formto d un srr di ferro con vvolto intorno un filo conduttore (solenoide) prende il nome di elettroclmit, o elettromgnete (FIG. 35). L srr si comport come un clmit l pssggio dell corrente e perde le sue proprietà mgnetiche qundo l corrente non pss. Un dispositivo comune in cui sono pplicte le proprietà dell elettroclmit è il cmpnello elettrico (FIG. 36). Un ltr ppliczione stnz diffus si h nelle gru dotte di potenti elettroclmite per sollevre mterili ferrosi. Un impiego tecnologico vnzto di potenti elettromgneti si è relizzto nei treni levitzione mgnetic (FIG. 37) go dell ussol FIGURA 34 Il movimento dell go dell ussol l pssggio dell corrente dimostr che quest ultim gener un cmpo mgnetico pss corrente FIGURA 35 L effetto mgnetico dell corrente elettric è più evidente se il filo conduttore viene piegto in più spire su se stesso (formndo un solenoide). Un srrett di ferro post ll interno del solenoide percorso dll corrente si mgnetizz e può ttirre un pllin di cciio (). Si può visulizzre il cmpo mgnetico prodotto dll corrente cosprgendo con dell limtur di ferro il pino ttrversto dl solenoide (). ssenz di corrente pssggio di corrente vite di conttto mrtelletto interruttore elettroclmit circuito perto circuito chiuso FIGURA 36 Il cmpnello elettrico (). Qundo si preme il pulsnte dell interruttore, il circuito si chiude e l elettroclmit ttir il mrtelletto che tte sul cmpnello (). Il movimento del mrtelletto però interrompe (cioè pre) il circuito: il mrtelletto ritorn ll punt dell vite di conttto e il circuito si chiude di nuovo e così vi. Il risultto è che il mrtelletto colpisce in rpid successione il cmpnello producendo un suono continuo. FIGURA 37 Un treno levitzione mgnetic (mglev) glleggi su un roti centrle: si il treno si l roti funzionno come elettromgneti che si respingono. Il treno quindi scivol sull roti senz toccrl.

25 UNITà 1 L ELETTRICITÀ E IL MAGNETISMO 19 PROVA, OSSERVA, RIFLETTI L effetto mgnetico dell corrente Prendi un grosso chiodo di ferro e vvolgigli intorno un filo elettrico (con l guin isolnte) formndo numerose spire. Lsci liere le due estremità del filo, togliendo l isolnte, e collegle i due poli di un pil d 4,5 V. Or che il circuito è chiuso, vvicin l chiodo degli oggetti metllici come grffette e spilli. Che cos 4,5 V succede? E che cos ccde se interrompi il circuito? Descrivi e spieg i fenomeni che hi osservto. UNA CALAMITA CHE SI MUOVE IN UN CIRCUITO VI GENERA UNA CORRENTE Nel 1831, il fisico e chimico inglese M. Frdy ( ) fece quest scopert: se si muove un clmit tr le spire di un circuito, non percorso dll corrente, nel circuito si gener un corrente elettric (FIG. 38). Se l clmit è ferm, non pss corrente nel filo, m se vvicinimo e llontnimo l clmit si gener corrente. Il verso dell corrente cmi second del verso in cui si muove l clmit. Il fenomeno per cui un clmit, muovendosi tr le spire di un circuito, provoc l comprs di un corrente elettric, si chim induzione elettromgnetic. Questo fenomeno è ll se delle moderne mcchine per l produzione dell energi elettric. Un dispositivo che produce in questo modo corrente elettric è l lterntore. L corrente genert si dice lternt perché percorre il circuito lterntivmente in un verso e nel verso opposto. Un ltro strumento elettromgnetico è l dinmo (FIG. 39), che produce però corrente elettric continu, cioè che scorre sempre nello stesso verso. 1.9 In che cos consiste l effetto mgnetico dell corrente? 1.9 Che cos è l induzione elettromgnetic? FIGURA 39 Nell dinmo dell iciclett un clmit mess in rotzione dll ruot induce l comprs dll corrente nell oin cppuccio messo in rotzione dll ruot clmit rotnte mperometro 4 38 FIGURA 38 Il movimento di un clmit ( e ) ll interno delle spire di un circuito, non percorso d corrente, induce l comprs di un corrente elettric, dett ppunto indott, nel filo conduttore. L corrente è segnlt dll go ll mperometro che si spost (se l clmit è mntenut immoile non circol lcun corrente). l fnle oin pics/prdise/9229/elett.htm Il sito propone numerosi interessnti esperimenti sull elettricità (per esempio, con il pendolino elettrosttico e l elettroscopio foglie). di/stori/defult.htm Il sito offre l possiilità di effetture un visit virtule molto esuriente ll scopert del mondo dell elettricità. g/rg_home.html Nel sito si trov un interessnte descrizione di quel grnde mgnete che è l Terr (cliccndo su Mgnetismo terrestre ). Scienz in Internet