Concor so Pr oget t o Laur ee Scient if iche Fisica Univer sit à degli St udi di Milano - Bicocca

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Damiano Salvi
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1 Concor so Pr oget t o Laur ee Scient if iche Fisica Univer sit à degli St udi di Milano - Bicocca A cur a di Gualdi R., Di Martino M., I nnocent i L. Classe 5^I Liceo Scient if ico St at ale L.Mascher oni - Ber gamo

Osser var e come le onde elet t r omagnet iche pr odot t e da una scar ica elet t r ica si pr opaghino nello spazio e possano esser e r ivelat e, r it r asf or mandole

2 Osser var e come le onde elet t r omagnet iche pr odot t e da una scar ica elet t r ica si pr opaghino nello spazio e possano esser e r ivelat e, r it r asf or mandole in cor r ent e elet t r ica. L esper ienza r iper cor r e in modo qualit at ivo l esper iment o compiut o dal f isico t edesco Heinr ich Her t z. Esperimento di Hertz 2

3 1. Trasf ormat ore commerciale per lampade a f luor escenza. I l t r asf or mat or e è un disposit ivo capace di modif icar e il valor e della t ensione e della cor r ent e alt er nat a. Esperimento di Hertz 3

4 I nf at t i il cir cuit o pr imar io, at t r aver sat o da cor r ent e, gener a un campo magnet ico, che cr ea una cor r ent e indot t a in un cir cuit o secondar io, di int ensit à e t ensione che dipendono dalle car at t er ist iche del t r asf or mat or e. Esperimento di Hertz 4

5 2. Un dipolo hert ziano oscillat ore. Si t r at t a di due ast e met alliche lunghe cir ca 35 cm, con le est r emit à int er ne a punt a af f acciat e, separ at e da pochi millimet r i e le est r emit à est er ne collegat e a due piast r e met alliche quadr at e. 3. Un dipolo hert ziano ricevit ore (o rivelat ore), che è ident ico a quello oscillat or e. Esperimento di Hertz 5

6 4. Un microamperomet ro. Esperimento di Hertz 6

7 I l pr imar io del t r asf or mat or e è collegat o alla r et e (220V 50Hz) e pr oduce in uscit a, sul secondar io una t ensione di 3000V. I l secondar io è collegat o ai br acci del dipolo oscillat ore at t r aver so due indut t anze (avvolgiment i di f ilo di r ame), che hanno la f unzione di f ar passar e la cor r ent e dal t r asf or mat or e al dipolo, ma impediscono alla cor r ent e a f r equenza alt a che si gener a sul dipolo di t or nar e al t r asf or mat or e, così che quest ult imo non si danneggia. Esperimento di Hertz 7

8 L 1 e L 2 : indut t anze A 1 e A 2 : br acci del dipolo T: t r asf or mat or e Esperimento di Hertz 8

9 I l dipolo ricevit ore è ident ico a quello oscillat or e, ma le due indut t anze sono sost it uit e da un diodo, ossia uno st r ument o che r addr izza la cor r ent e, t r asf or mandola da alt er nat a a cont inua, per ché per met t e il passaggio delle car iche in una sola dir ezione. I nolt r e il dipolo r icevit or e è collegat o al micr oamper omet r o. Esperimento di Hertz 9

10 L: indut t anza D: diodo A: micr oamper omet r o Esperimento di Hertz 10

11 Dipolo oscillat or e Diodo I ndut t anza Micr oamper omet r o I ndut t anze Var iat or e Tr asf or mat or e Dipolo r icevit or e Esperimento di Hertz 11

12 1. Regolar e la dif f er enza di pot enziale sui br acci del dipolo oscillat or e at t r aver so il var iat or e del t r asf or mat or e, f ino a che la t ensione è t ale da gener ar e una scint illa t r a le punt e af f acciat e delle ast e met alliche. Esperimento di Hertz 12

13 2. Dispor r e il sist ema r ivelat or e ad una dist anza di cir ca 1 m dal dipolo oscillat or e, par allelo ad esso e legger e la cor r ent e sul micr oamper omet r o. Esperimento di Hertz 13

14 3. Osser var e e r egist r ar e la dipendenza del segnale misur at o con il micr oamper omet r o dall angolo t r a le dir ezioni dei due dipoli. Dipolo oscillatore Dipolo ricevitore Esperimento di Hertz 14

15 I l t r asf or mat or e è di uso commer ciale, essendo un var iat or e di int ensit à luminosa per lampade. Tale t r asf or mat or e, olt r e ad innalzar e la t ensione, dist or ce, per la pr esenza del var iat or e, l andament o sinusoidale della dif f er enza di pot enziale e la t r asf or ma in picchi di t ensione più r apidi e alt i di quant o avver r ebbe con la sinusoide. Regolando il var iat or e si possono ot t ener e picchi di t ensione t ali da innescar e la scint illa sul dipolo oscillat or e a cui il t r asf or mat or e è collegat o. Esperimento di Hertz 15

16 Esperimento di Hertz 16

17 Se il dipolo r icevit or e è par allelo a quello oscillat or e, il micr oamper omet r o r egist r a il passaggio di una cor r ent e. Tale cor r ent e si dice indot t a ed è gener at a da un campo magnet ico est er no che var ia. Secondo l ipot esi di Maxwell, un campo magnet ico var iabile può esser e cost it uit o da onde elet t r omagnet iche, che si pr oducono dall oscillazione di car iche elet t r iche. Esperimento di Hertz 17

18 Osser viamo inf ine che la scar ica elet t r ica sul dipolo oscillat or e, le cui punt e af f acciat e f ungono da spint er ogeno (ossia gener at or e di scint illa), non è alt r o che un moviment o violent o di car iche elet t r iche. Dunque t ali car iche, oscillando, pr oducono r adiazioni elet t r omagnet iche, che, viaggiando alla velocit à della luce, r aggiungono il dipolo r icevit or e e cr eano in esso una cor r ent e indot t a, r egist r at a dal micr oamper omet r o. Esperimento di Hertz 18

19 Le piast r e met alliche quadr at e del dipolo amplif icano la possibilit à di r icever e le onde elet t r omagnet iche. Esperimento di Hertz 19

20 Osser viamo che, var iando l angolo di inclinazione t r a un dipolo e l alt r o, il segnale di cor r ent e indot t a var ia. I n par t icolar e esso è massimo quando i due dipoli sono par alleli, pr essoché nullo quando i dipoli sono t r a lor o per pendicolar i. I n quest ult imo caso, inf at t i, i dipoli guar dano in dir ezioni diver se e l onda pr odot t a dal dipolo oscillat or e non è r ecepit a nemmeno in par t e da quello r ivelat or e. Esperimento di Hertz 20

21 Dipolo oscillatore Massimo segnale sul micr oamper omet r o Dipolo ricevitore Dipolo oscillatore Minimo segnale sul micr oamper omet r o Dipolo ricevitore Esperimento di Hertz 21

22 L onda elet t r omagnet ica gener at a è in gr ado di at t r aver sar e il plexiglas mont at o sul dipolo oscillat or e per evit ar e che qualcuno, anche accident alment e lo t occhi. Dunque il plexiglas è un mat er iale t r aspar ent e alle onde elet t r omagnet iche. Esperimento di Hertz 22

23 A st r ument azione spent a, si osser va che il micr oamper omet r o non è esat t ament e zer o, ma r egist r a un debolissimo r umor e di f ondo. Quest o può dipender e dalla pr esenza delle onde elet t r omagnet iche dif f use dai r ipet it or i r adiot elevisivi nelle vicinanze del luogo in cui si è t enut o l esper iment o. Esperimento di Hertz 23

24 L esper ienza compiut a è esclusivament e qualit at iva. I nf at t i la pr esenza, nella gr ande sala dove si è t enut o l esper iment o, di molt e st r ut t ur e met alliche, di impiant i elet t r ici e di element i condut t or i, dist or ce in misur a non t r ascur abile il segnale sul dipolo r icevit or e, r endendo inut ile e poco signif icat iva la r accolt a di dat i pr ecisi sul micr oamper omet r o. Esperimento di Hertz 24

25 L esper iment o pr esent at o f u ideat o e r ealizzat o nel 1886 da Heinr ich Her t z ( ), f isico t edesco che per pr imo, pr opr io gr azie a quest o esper iment o, r iuscì a r ivelar e le onde elet t r omagnet iche di cui Maxwell aveva pr evist o l esist enza. Her t z ut ilizzò un r occhet t o di Ruhmkor f f (un t r asf or mat or e con un elevat issimo r appor t o di spir e t r a secondar io e pr imar io) e un dipolo her t ziano con alle est r emit à due sf er e met alliche. Esperimento di Hertz 25

26 Ogni volt a (e solo quando) il pr imar io del r occhet t o veniva collegat o alla bat t er ia o scollegat o da quest a, nel secondar io e quindi t r a i due br acci del dipolo appar iva una dif f er enza di pot enziale suf f icient ement e alt a da f ar scat t ar e una scint illa. L impulso di r adiazione, così gener at o, er a r ilevat o da un sist ema cost it uit o da un pezzo di condut t or e t er minant e con due sf er et t e met alliche, chiuso su se st esso a f or mar e un anello int er r ot t o. Quando t ale anello r isult ava immer so in un campo elet t r ico est er no var iabile, in esso appar iva una f or za elet t r omot r ice indot t a che cr eava t r a le due sf er et t e dell anello una dif f er enza di pot enziale. Se quest a er a suf f icient ement e alt a, t r a le sf er et t e immer se nel campo elet t r ico scat t ava una scint illa. Esperimento di Hertz 26

27 Dipolo hertziano Anello interrotto terminante con due sferette Rocchetto di Ruhmkorff Esperimento di Hertz 27

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