per i licei scientifici.blu

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1 1 2 3 Idee per l tuo futuro Ugo Amald L Amald per lce scentfc.blu Induzone e onde elettromagnetche Relatvtà e quant con Physcs n Englsh SCIENZE

2 INTERNATIONAL SYSTEM OF UNITS SI BASE UNITS Base quantty Name Symbol length metre m mass klogram kg tme second s electrc current ampere A thermodynamc temperature kelvn K amount of substance mole mol lumnous ntensty candela cd PREFIXES Name Symbol Factor Name Symbol Factor exa E dec d 10 1 peta P cent c 10 2 tera T mll m 10 3 gga G 10 9 mcro μ 10 6 mega M 10 6 nano n 10 9 klo k 10 3 pco p hecto h 10 2 femto f deka da 10 1 atto a SI DERIVED UNITS Derved quantty Name Symbol Defnton area square metre m 2 volume cubc metre m 3 speed, velocty metre per second m/s acceleraton metre per second squared m/s 2 frequency hertz Hz s 1 plane angle radan rad sold angle steradan sr force newton N m kg s 2 pressure pascal Pa N/m 2 energy, work, quantty of heat joule J N m power watt W J/s electrc charge coulomb C s A electrc potental dfference volt V W/A capactance farad F C/V electrc resstance ohm V/A magnetc flux weber Wb V s magnetc flux densty tesla T Wb/m 2

3 Ugo Amald L Amald per lce scentfc.blu Induzone e onde elettromagnetche Relatvtà e quant con Physcs n Englsh

4 Copyrght 2012 Zanchell edtore S.p.A., va Irnero 34, Bologna [5913der] I drtt d elaborazone n qualsas forma o opera, d memorzzazone anche dgtale su support d qualsas tpo (nclus magnetc e ottc), d rproduzone e d adattamento totale o parzale con qualsas mezzo (compres mcroflm e le cope fotostatche), drtt d noleggo, d prestto e d traduzone sono rservat per tutt paes. L acqusto della presente copa dell opera non mplca l trasfermento de suddett drtt né l esaursce. Le seguent cone sgnfcano: Rsorse onlne su ebook.scuola.zanchell.t/amaldscentfc Rsorse onlne con codce d attvazone Lvello d dffcoltà degl esercz: Per le rproduzon ad uso non personale (ad esempo: professonale, economco, commercale, strument d studo collettv, come dspense e sml) l edtore potrà concedere a pagamento l autorzzazone a rprodurre un numero d pagne non superore al 15% delle pagne del presente volume. Le rcheste per tale tpo d rproduzone vanno noltrate a Centro Lcenze e Autorzzazon per le Rproduzon Edtoral (CLEARed) Corso d Porta Romana, n Mlano e-mal autorzzazon@cleared.org e sto web L edtore, per quanto d propra spettanza, consdera rare le opere fuor del propro catalogo edtorale, consultable al sto La fotocopa de sol esemplar esstent nelle bbloteche d tal opere è consentta, oltre l lmte del 15%, non essendo concorrenzale all opera. Non possono consderars rare le opere d cu esste, nel catalogo dell edtore, una successva edzone, le opere present n catalogh d altr edtor o le opere antologche. Ne contratt d cessone è esclusa, per bbloteche, sttut d struzone, muse ed archv, la facoltà d cu all art ter legge drtto d autore. Maggor nformazon sul nostro sto: Esercz facl: rchedono l applcazone d una formula per volta Esercz med: rchedono l applcazone d una o pù legg fsche Esercz dffcl: rchedono l rconoscmento d un modello fsco studato nella teora e la sua applcazone a stuazon concrete nuove Hanno collaborato alla realzzazone del testo: Edoardo Amald, Irs Amald, Paolo Amald, Slva Amald Realzzazone edtorale: Redazone: Slva Meraldo, Antona Rccard, Stefana Varano Segretera d redazone: Deborah Lorenzn Progetto graf co, mpagnazone e rcerca conograf ca: Mguel Sal & C. Dsegn: Graff to, Cusano Mlanno (MI) Elaborazone delle mmagn: Danlo Cnt Fotograf e spermental: Carlo Gardn, Massmlano Trevsan Correzone bozze e ndce analtco: T2, Bologna Contrbut: Mappe de concett: Danlo Cnt Schede d stora della f sca: Gulo Maltese Schede d epstemologa: Laura Russo Collaborazone alla stesura degl esercz: Markus Crone, Alberto De Gregoro, Ernesta De Mas, Mara Salvna Ferrar, Casmra Fschett, Lug Gambett, Fabo Grand, Smona Grazade, Elsa Gropp, Sergo Lo Meo, Olga Martnol, Rossella Mstron, Gudtta Paroln, Fabola Rosat, Paola Sardella (Centro Servz Archeometra), Smona Scardova. Stesura degl esercz d Test per l unverstà, Prove d esame all unverstà e Study abroad: Elsa Lauretan Controllo soluzon degl esercz: Carlo Incarbone, Govann Pezz Stesura d Physcs n Englsh: Eleonora Anzola, Slva Borracc, Roger Loughney (revsone lngustca) S rngraza l Assocazone per l Insegnamento della Fsca (AIF, per la gentle concessone de test dalle Olmpad della Fsca. I contrbut alla realzzazone de contenut multmedal e dell nteractve e-book sono onlne su ebook.scuola.zanchell.t/amaldscentfc Copertna: Progetto grafco: Mguel Sal & C., Bologna Realzzazone: Roberto Marchett Immagne d copertna: Mcmakn/Shutterstock; Mchelangelus/Shutterstock; Artwork Mguel Sal & C., Bologna Prma edzone: febbrao 2012 L mpegno a mantenere nvarato l contenuto d questo volume per un qunquenno (art. 5 legge n. 169/2008) è comuncato nel catalogo Zanchell, dsponble anche onlne sul sto a sens del DM 41 dell 8 aprle 2009, All. 1/B. Fle per dversamente abl L edtore mette a dsposzone degl student non vedent, povedent, dsabl motor o con dsturb specfc d apprendmento fle pdf n cu sono memorzzate le pagne d questo lbro. Il formato del fle permette l ngrandmento de caratter del testo e la lettura medante software screen reader. Le nformazon su come ottenere fle sono sul sto Suggerment e segnalazone degl error Realzzare un lbro è un operazone complessa, che rchede numeros controll: sul testo, sulle mmagn e sulle relazon che s stablscono tra ess. L esperenza suggersce che è pratcamente mpossble pubblcare un lbro prvo d error. Saremo qund grat a lettor che vorranno segnalarcel. Per segnalazon o suggerment relatv a questo lbro scrvere al seguente ndrzzo: lneauno@zanchell.t Le correzon d eventual error present nel testo sono pubblcate nel sto Zanchell edtore S.p.A. opera con sstema qualtà certfcato CertCarGraf n. 477 secondo la norma UNI EN ISO 9001:2008

5 Ugo Amald L Amald per lce scentfc.blu Induzone e onde elettromagnetche Relatvtà e quant con Physcs n Englsh con la collaborazone d Gann Melegar ed Elena Jol a Clela SCIENZE

6 INDICE INDUZIONE E ONDE ELETTROMAGNETICHE RELATIVITÀ E QUANTI CAPITOLO 27 L INDUZIONE ELETTROMAGNETICA CAPITOLO 28 LE EQUAZIONI DI MAXWELL E LE ONDE ELETTROMAGNETICHE CAPITOLO 29 LA RELATIVITÀ DELLO SPAZIO E DEL TEMPO 1 La corrente ndotta 954 Anmazone Intenstà del campo magnetco ndotto La legge d Faraday-Neumann 957 Anmazone Moto d una sbarra metallca n un campo magnetco 957 Espermento vrtuale Forze elettromotrc ndotte La legge d Lenz 961 Anmazone La legge d Lenz 961 In laboratoro Corrent d Foucault L autonduzone e la mutua nduzone Energa e denstà d energa del campo magnetco L alternatore 969 Approfondmento Il rsparmo energetco Gl element crcutal fondamental n corrente alternata I crcut n corrente alternata Il crcuto LC 978 Matematca Equazon dfferenzal d sstem oscllant Il trasformatore Il lnac e l cclotrone 985 Epstemologa La scenza è verfcable: neopostvst 988 I concett e le legg 990 Mappa nterattva 991 Esercz Il campo elettrco ndotto Il termne mancante Le equazon d Maxwell e l campo elettromagnetco Le onde elettromagnetche Il prncpo d Huygens e la rflessone della luce La rfrazone della luce La dspersone della luce La rflessone totale e l angolo lmte 1024 Espermento vrtuale Alla veloctà della luce Le onde elettromagnetche pane La polarzzazone della luce 1031 In laboratoro Polarzzazone lneare della luce Lo spettro elettromagnetco 1034 Stora della fsca Sntes, moderntà e nnovazone: l dea d «campo» 1036 Epstemologa La scenza è falsfcable: Popper Le onde rado e le mcroonde Le radazon nfrarosse, vsbl e ultravolette I ragg X e ragg gamma La rado, cellular e la televsone 1044 I concett e le legg 1047 Mappa nterattva 1047 Esercz Il valore numerco della veloctà della luce L espermento d Mchelson-Morley Gl assom della teora della relatvtà rstretta La relatvtà della smultanetà La dlatazone de temp 1073 Espermento vrtuale Tempo che s dlata La contrazone delle lunghezze L nvaranza delle lunghezze perpendcolar al moto relatvo Le trasformazon d Lorentz 1080 Stora della fsca Albert Ensten 1084 I concett e le legg 1086 Mappa nterattva 1087 Esercz 1088 IV Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

7 CAPITOLO 30 LA RELATIVITÀ RISTRETTA CAPITOLO 31 LA RELATIVITÀ GENERALE CAPITOLO 32 LA CRISI DELLA FISICA CLASSICA 1 L ntervallo nvarante Lo spazo-tempo La composzone delle veloctà L equvalenza tra massa ed energa 1106 Espermento vrtuale Propulsone a luce Energa totale, massa e quanttà d moto n dnamca relatvstca L effetto Doppler relatvstco 1112 Matematca L approssmazone del coeffcente d dlatazone per pccole veloctà 1113 I concett e le legg 1116 Mappa nterattva 1117 Esercz Il problema della gravtazone 1128 Esperment vrtual Accelerazon e forze I prncìp della relatvtà generale Le geometre non eucldee Gravtà e curvatura dello spazo-tempo Lo spazo tempo curvo e la luce Le onde gravtazonal 1142 Epstemologa La scenza è basata su paradgm: Kuhn 1144 I concett e le legg 1146 Mappa nterattva 1147 Esercz Il corpo nero e l potes d Planck L effetto fotoelettrco La quantzzazone della luce secondo Ensten L effetto Compton Lo spettro dell atomo d drogeno L esperenza d Rutherford L espermento d Mllkan 1167 Espermento vrtuale M come Mllkan Il modello d Bohr I lvell energetc d un elettrone nell atomo d drogeno L espermento d Franck e Hertz 1176 I concett e le legg 1178 Mappa nterattva 1179 Esercz 1180 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh V

8 INDICE CAPITOLO 33 LA FISICA QUANTISTICA CAPITOLO 34 LA FISICA NUCLEARE CAPITOLO 35 LA FISICA OGGI 1 Le propretà ondulatore della matera 1192 In laboratoro Dffrazone d un fasco d elettron Il prncpo d ndetermnazone 1195 Espermento vrtuale Onde e partcelle Le onde d probabltà L ampezza d probabltà e l prncpo d Hesenberg Il prncpo d sovrapposzone Stabltà degl atom e orbtal atomc 1204 Stora della fsca Teora quantstca e realtà Orbte ellttche n un campo magnetco I numer quantc degl elettron atomc Gl atom con molt elettron I fermon e boson Il laser Le bande d energa ne sold I semconduttor Il dodo e l transstore 1225 Approfondmento Crcut ntegrat e calcolator Fsca classca e fsca moderna 1228 I concett e le legg 1229 Mappa nterattva 1229 Esercz I nucle degl atom Le forze nuclear e l energa d legame de nucle La radoattvtà 1245 In laboratoro Radoattvtà e contatore Geger La legge del decadmento radoattvo 1247 Espermento vrtuale Decadment Grandezze dosmetrche L nterazone debole La medcna nucleare 1252 Stora della fsca Enrco Ferm La fssone nucleare La fusone nucleare La scelta nucleare 1261 I concett e le legg 1263 Mappa nterattva 1263 Esercz Le frontere L nzo della fsca delle partcelle: l postone e l muone I neutrn Le partcelle nuclear nstabl Le partcelle-matera fondamental Le forze elettromagnetca e forte Tre forze e tre famgle d partcelle-matera La forza debole neutra e la forza gravtazonale Il modello Standard Partcelle e pacchett d onda Rottura della smmetra elettrodebole 1303 VI Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

9 CAPITOLO 36 UNIFICAZIONE DEI CONCETTI, DELLE FORZE E DEI MODELLI 1 Il lungo cammno verso l unfcazone Collson ad alte energe d elettron e quark Nona unfcazone: la forza forte con la forza elettrodebole La forza gravtazonale e la decma unfcazone Le grandezze d Planck Estenson e unfcazon de modell e delle teore Le costant fsche Vsone scentfca del mondo e realtà 1327 Epstemologa Modell predttv e utl 1330 PHYSICS IN ENGLISH Physcs Talk Readng Comprehenson INDICE ANALITICO E1 E2 E4 E12 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh VII

10 LA STORIA DELL AMALDI Questo lbro è stato scrtto nel rcordo d Ugo Amald ( ), llustre matematco, uomo d grande fede e magnfco ddatta che nel 1904, presso la Zanchell, pubblcò con Federgo Enrques ( ) gl Element d geometra, prmo d una lunga sere d test d geometra e anals usat per pù d ottant ann nelle scuole secondare d tutta Itala. Cnquant ann dopo, Gnestra Amald ed Edoardo Amald pubblcarono, per la Zanchell, l Corso d fsca ad uso de lce scentfc che portava l sottottolo relaborato da un testo d Enrco Ferm, testo che era stato pubblcato, sempre dalla Zanchell, nel Gnestra Amald ( ), a- stronoma, ha pubblcato dvers lbr d dvulgazone scentfca rvolt a govan. Uno d ess, Questo nostro mondo, è stato tradotto n cnque lngue. Edoardo Amald ( ), scenzato d fama nternazonale, è stato collaboratore d Ferm nella scuola d va Pansperna. Nel dopoguerra ha rcostruto la fsca talana. A B VIII Edoardo Amald è stato uno de padr fondator del CERN (Consel Européen pour la Recherche Nucléare), l prestgoso centro europeo per la rcerca nucleare, e ha contrbuto alla creazone dell ESA (European Space Agency), l ente spazale europeo. Ha dedcato gl ultm decenn della sua vta alla rcerca delle onde gravtazonal. Dagl ann Cnquanta a ogg l lbro d Edoardo e Gnestra ha avuto numerose edzon e rfacment complet; o ne sono l solo autore da pù d vent ann. Pù d due mlon d student hanno studato fsca sulle pagne d quest test. La nuova edzone presenta una fsca rcca d esemp d esercz e d rsorse multmedal (esperment vrtual, anmazon, vdeo grat n laboratoro) che parlano dell esperenza quotdana. È una fsca che vuole stmolare govan cttadn ad acqusre una vsone scentfca del mondo, attraverso le spegazon semplc ma rgorose che hanno contraddstnto la stora degl «Amald». Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh Ugo Amald Gnevra, gennao 2012

11 Idee per l tuo futuro CHE COSA FARÒ DA GRANDE Se alla fne del tuo percorso scolastco. Che cosa fare adesso? Iscrvers a un corso unverstaro? Fare uno stage o un corso professonalzzante? Cercare d entrare subto nel mondo del lavoro? Studare e al contempo lavorare? Per autart nella scelta t proponamo alcun dat relatv al È mpossble dre come saranno le cose tra qualche anno, temp recent c hanno abtuat a cambament anche repentn. La laurea paga. Una recente rcerca Isfol 1 ha mostrato che ch è laureato ha pù possbltà d trovare un occupazone e n meda rceve uno stpendo pù alto rspetto a ch possede soltanto un dploma. Dal momento che dplomat entrano nel mondo del lavoro prma de laureat, nzalmente l tasso d occupazone per prm è superore rspetto a quello de second, ma gà prma del compmento de 30 ann ch possede una laurea ha pù possbltà d trovare lavoro, per arrvare nella fasca ann, dove l tasso d occupazone de laureat supera del 7% quello de dplomat. In meda tra 25 e 64 ann è occupato l 73,1% de dplomat e l 79,2% de laureat. Secondo uno studo OCSE del 2011 govan laureat subscono d pù gl effett della recente crs economca rspetto a loro coetane con struzone secondara nferore 2. Qual lauree valgono un lavoro? Le lauree brev servono? Le lauree trennal s rvelano molto utl a fn dell occupazone: a un anno dal termne degl stud l 42,1% de laureat trennal lavora, con pcch dell 81,7% per le professon santare. Trocn e stages sono determnant per formare e nserre quest laureat nel mondo del lavoro. I tass d occupazone pù alt s hanno tra medc, segut da laureat n chmca farmaceutca e ngegnera. In generale sono le dscplne d tpo scentfco sa a lvello d dploma sa a lvello d laurea le pù spendbl nel mondo del lavoro, mentre le dscplne umanstche condannano a una dffcle collocazone sul mercato, anche a fronte d un eccesso d offerta d laureat n quest ambt. A Nord c è pù lavoro, ma A lvello nazonale l tasso d dsoccupazone è 7,8%, che sale a 27,4% se s consderano solo govan (15-24 ann): pù alto al Sud (39,2%), meno al Centro (25,3%), pù basso al Nord (19,0%). La stuazone per le ragazze è pù crtca: l tasso della dsoccupazone femmnle, nella fasca ann, supera d crca 8 punt percentual quello maschle (32,3% per le donne, 23,9% per gl uomn), forbce che s mantene smle nelle dverse zone geografche: al Nord l tasso è 22,7% per le donne e 16,4% per gl uomn; al Centro è 34,8% per le donne e 18,7% per gl uomn e a Sud è d 44,0% per le donne e 36,0% per gl uomn. Tuttava dat della dsoccupazone govanle non devono scoraggare ch cerca lavoro: se la dsoccupazone govanle è del 27,4%, vuol dre che una parte non pccola de govan che hanno cercato lavoro (l 72,6%) lo ha trovato 3. Inoltre dat varano molto da luogo a luogo e anche all nterno d una stessa regone può esserv una grande varetà d stuazon. L Emla-Romagna è tra le regon n cu la dsoccupazone govanle ncde meno, ma con grand dfferenze tra le provnce: se Bologna nel 2010 raggunge un tasso d dsoccupazone d 29,2%, a Pacenza l valore è pù che dmezzato (13,6%) 4. Lo stpendo camba se s è laureat? 1 Tutt dat sono tratt da una rcerca Isfol con dat relatv al 2010, (l Isfol, Isttuto per lo Svluppo della Formazone Professonale de Lavorator è un ente pubblco d rcerca), e ISTAT del II Trmestre Rapporto OCSE Educaton at a Glance Dat ISTAT del II Trmestre Dat Confartganato Imprese Emla- Romagna, Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh IX

12 COME FUNZIONA L UNIVERSITÀ L Unverstà talana offre cors d studo organzzat n tre ccl: POSSO ISCRIVERMI ALL UNIVERSITÀ? Per scrvers all Unverstà è necessaro l dploma d maturtà qunquennale oppure quello quadrennale con un anno ntegratvo o, n alternatva, un obblgo formatvo agguntvo da assolvere durante l prmo anno d corso. laurea, d durata trennale (180 credt formatv n un massmo d 20 esam), al termne della quale s consegue l ttolo d Dottore; ad esempo laurea n Tecnche d radologa medca o n Scenze del comportamento e delle relazon socal. Laurea magstrale, d durata bennale (120 credt n un massmo d 12 esam), al termne della quale s consegue l ttolo d Dottore magstrale; ad esempo laurea n Botecnologe medche o n Pscologa clnca. Dottorato d rcerca e Scuola d specalzzazone. Esstono anche cors d laurea magstral a cclo unco, della durata d 5 (300 credt n un massmo d 30 esam) o 6 ann (360 credt n un massmo d 36 esam); ad esempo Medcna e Chrurga. Per approfondre gl stud s può accedere a master d 1 e d 2 lvello e a cors d alta formazone. I credt formatv unverstar (CFU) msurano l carco d lavoro dello studente (1 CFU = 25 ore d mpegno; 60 CFU = 1 anno d mpegno unverstaro), compres lo studo ndvduale ed eventual esperenze d apprendstato 5. Sono stat ntrodott per facltare l confronto tra sstem e programm d dfferent cors e Atene talan ed europe, e qund l passaggo da un corso d studo a un altro, oppure da un Unverstà a un altra, anche stranera: CFU sono trasferbl n ECTS (European Credt Transfer and Accumulaton System) e qund rconoscut nelle Unverstà d tutta Europa. Tramte CFU è possble valutare a fn della laurea anche esperenze qual stages e trocn. Infne CFU permettono d semplfcare la determnazone de pan d studo ndvdual (PSI) che cascuno studente può modulare su se stesso. In alcun cas è possble personalzzare l propro percorso d stud, nserendo nel pano degl esam da sostenere alcun cors non prevst dal pano d stud sttuzonale. Quando s presenta l PSI bsogna rspettare l mnmo d credt obblgator per cascun ambto dscplnare prevst dal propro corso d laurea. 5 Regolamento recante norme concernent l autonoma ddattca degl atene, Decreto Mnsterale 3 novembre 1999, n Dat Federconsumator II Rapporto su cost degl atene talan 2011 aggornato l 4/10/2011. Quanto costa l Unverstà. I cost varano a seconda dell Ateneo, della zona geografca (l Nord è medamente pù caro del 28,3% rspetto al Sud) e della fasca d reddto dello studente. Ad esempo, se s ha un basso reddto (fno a euro annu) le tasse oscllano tra 290 euro d Bar e 1005 d Parma. Per una fasca d reddto fno a euro le spese unverstare varano tra gl 847 euro della Sapenza d Roma e 1548 del Poltecnco d Torno. Esste la possbltà d accedere a borse d studo ed esoner parzal o total per reddto o per merto, che n alcun Atene tengono conto anche del voto d maturtà (esonero per ch s è dplomato con l massmo de vot e la lode) 6. X Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

13 TEST DI AMMISSIONE L accesso ad alcun cors d laurea è fltrato da una prova d ammssone, per scrvers alla quale occorre versare un contrbuto: sono Medcna e Chrurga, Odontoatra e Protes Dentara, Medcna Veternara, le lauree a cclo unco fnalzzate alla formazone n altre Professon Santare e n Archtettura. Le prove d ammssone comprendono 80 quest: una parte d cultura generale e ragonamento logco, una parte sulle matere caratterzzant dvers ndrzz unverstar. Ad esempo, per essere ammess a Medcna bsogna rspondere a 40 quest d cultura generale e ragonamento logco, 18 d bologa, 11 d chmca e 11 d fsca e matematca. Il tempo a dsposzone è d 2 ore (15 mnut n pù per Archtettura); ogn rsposta corretta fa guadagnare 1 punto, le rsposte sbaglate fanno perdere 0,25 punt, mentre le rsposte non date valgono 0. Altre facoltà come Ingegnera, Economa e Scenze Matematche, Fsche e Natural hanno una prova d ngresso che può essere orentatva («sono pronto ad affrontare questa facoltà?») o rchedere l superamento d un punteggo mnmo; n alcun cas, lo studente che non la super può avere de debt formatv da recuperare entro l prmo anno dall mmatrcolazone. Se n una sede unverstara l numero d post dsponbl è mnore del numero degl scrtt, l test può dventare selettvo. Nel caso del test d ngresso a Ingegnera, meno d un quarto de quest a rsposta chusa è d fsca. Gl argoment trattat sono: meccanca, ottca, termodnamca, elettromagnetsmo, struttura della matera. Esstono po delle prove antcpate d verfca delle conoscenze per gl student degl ultm ann delle superor, che hanno così l opportuntà d avere de credt nel momento d accesso all unverstà nelle matere scentfche. Puo mettert alla prova rsolvendo quest propost. Qu trov tante nformazon n pù e le prove assegnate negl ultm ann accessoprogrammato. mur.t Qu trov tante nformazon n pù e degl esemp d test Per saperne d pù laureescentfche.eu scenze.org Archtettura 01 Un astronauta orbta attorno alla Terra n una capsula spazale la cu dstanza dalla superfce terrestre è uguale al raggo della Terra. Qual è la relazone fra la massa dell astronauta nella capsula e quella dell astronauta sulla Terra? a Sulla Terra la massa è un quarto d quella nella capsula. b Sulla Terra la massa è quattro volte quella nella capsula. c Sono ugual. d Sulla Terra la massa è doppa d quella nella capsula. e Sulla Terra la massa è la metà d quella sulla capsula. (Prova d ammssone 2002) 02 Un recpente rgdo contene un gas deale ad una data pressone. Un aumento d temperatura del gas provoca: a un aumento d pressone. b nessun effetto. c una dmnuzone d denstà. d effett dvers n dverse ore del gorno. e la lquefazone del gas. (Prova d ammssone 2008) 03 Il suono è un onda che s propaga: a nel vuoto con veloctà d 340 m/s. b nel vuoto con frequenza uguale a 20 Hz. c n un mezzo elastco con veloctà che dpende dal mezzo. d nel vuoto con veloctà d m/s. e n un mezzo elastco con veloctà uguale a m/s. (Prova d ammssone 2000) Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh XI

14 TEST DI AMMISSIONE Ingegnera 04 Quale d quest fenomen relatv alla propagazone ondulatora non può essere messo n luce utlzzando onde sonore? a Rfrazone b Interferenza c Polarzzazone (Prova d ammssone 2005) d Rflessone e Dffrazone 05 Le lnee d forza del campo elettrostatco a non possono essere lnee chuse. b sono sempre lnee chuse. c sono sempre lnee rette. d s ntersecano ne punt a potenzale massmo. e possono avere una forma qualsas. (Prova d ammssone 2002) 06 Una quanttà d carca Q vene depostata su un conduttore solato costtuto da una sfera pena dotata d una cavtà sferca al suo nterno. In condzon statche la carca s dstrburà: a sulle due superfc nterna ed esterna, proporzonalmente alla loro superfce. b la carca non rmane sul conduttore ma vene mmedatamente dspersa nell atmosfera per effetto corona. c unformemente sulla superfce nterna della cavtà. d unformemente nel volume del metallo. e unformemente sulla superfce esterna della sfera. (Prova d ammssone 2005) Medcna e Chrurga 07 Un corpo d 200 gramm vene legato a un estremo d un flo sottle nestensble, molto leggero e lungo un metro. Il corpo vene fatto oscllare con un ampezza d poch centmetr. Il tempo mpegato a percorrere un cclo completo (perodo) dpende essenzalmente a dalla lunghezza del flo. b dall ampezza delle oscllazon. c dal tpo d supporto a cu è aggancato l flo. d dalla natura del flo. e dal materale che forma l corpo appeso. (Prova d ammssone 2008) 08 Una carca elettrca postva, ferma tra pol d un magnete: a è attratta dal polo Sud del magnete. b è attratta dal polo Nord del magnete. c subsce una forza perpendcolare al campo magnetco. d subsce una forza parallela al campo magnetco. e non subsce alcuna forza da parte del magnete. (Prova d ammssone 2000) 09 Un fotone è caratterzzable con la frequenza n o con la lunghezza d onda. Detta h la costante d Planck: a hv è l energa del fotone. b è drettamente proporzonale a v. c h dpende dalla frequenza. d la veloctà d propagazone nel vuoto è funzone d. e se supera l centmetro abbamo a che fare con ragg gamma. (Prova d ammssone 2003) Medcna Veternara 10 Il lavoro necessaro per comprmere una mole d gas perfetto ben solato termcamente: a non è ma nullo. b è nullo perché non c è scambo d calore con l esterno. c vene fornto dallo stesso gas. d non può essere espresso n Joule ma n Pascal. e non dpende dal valore del volume fnale a cu s gunge. (Prova d ammssone 2008) 11 Se avvcno rapdamente una potente calamta ad una spra formata da un flo d rame chuso a cercho, s può notare che: a nella spra vene ndotta una crcolazone d corrente elettrca. b la spra s llumna. c la spra s deforma trasformandos n un ellsse molto stretta e lunga. d l rame dapprma neutro acqusta una forte carca elettrca ndotta. e la spra nza a ruotare con veloctà costante ntorno ad un suo dametro. (Prova d ammssone 2006) XII Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

15 DOVE SI STUDIA LA FISICA La fsca non s studa solo nel corso d laurea n Fsca, ma la puo trovare anche a: Ingegnera, Scenze Statstche, Scenze Matematche, Fsche e Natural (ad esempo ne cors d Astronoma, Informatca, Matematca, Scenze Bologche, Scenze Geologche), Chmca Industrale, Archtettura, Farmaca, Agrara, Puo mettert alla prova rsolvendo gl esercz propost. 01 Una mole d gas perfetto monoatomco a pressone p 0 = 1 atm e temperatura T 0 = 300 K è rscaldata sobarcamente fno al volume V 1 = 2V 0 e successvamente rscaldata socorcamente fno alla pressone p 2 = 2 p 0. Supponendo le due trasformazon reversbl, s rappresentno le trasformazon n un pano (V, p) e s calcol: la quanttà d calore assorbta dal gas. la varazone d energa nterna del gas. l lavoro computo dal gas. (Esame d Fsca, Corso d laurea n Scenze Bologche, Unverstà d Genova, 2009/2010) 02 Un protone urta n modo completamente anelastco un secondo protone nzalmente fermo. Dopo l urto s osserva che l sstema de due proton s muove su una traettora crcolare d raggo r = 42,0 cm, n una regone n cu è presente un campo magnetco unforme, perpendcolare al pano della traettora, d valore 0,05 T. S rcorda che la carca del protone è e = 1, C e la sua massa è m p = 1, kg. Determnare: l modulo della veloctà de due proton dopo l urto. l modulo della forza d Lorentz. l modulo della veloctà del protone n moto prma dell urto. (Esame d Fsca, Corso d laurea n Farmaca, Unverstà La Sapenza d Roma, 2009/2010) 03 Il motore d un modellno d aereo d 2 kg esercta sull aereo una forza d 10 N. Se l aereo accelera a 3 m/s 2, qual è l modulo della forza della resstenza dell ara che agsce sull aereo? a F = 4 N b F = 6 N c F = 8 N d F = 12 N e F = 16 N (Esame d Fsca, Corso d laurea n CTF, Unverstà La Sapenza d Roma, 2003/2004) 04 Due sferette sono carche postvamente e qund s respngono. Se la forza repulsva agente su cascuna d esse ha modulo N quando la dstanza tra d esse è 20 cm, quanto vale la forza quando la loro dstanza è 10 cm? (Esame d Fsca, Corso d laurea n Tosscologa, Unverstà La Sapenza d Roma, 2002/2003) 05 Onde rado rcevute da un appareccho hanno E = 10-1 V/m. Assumendo che l onda sa pana, calcolare l ampezza del campo magnetco. (Esame d Fsca, Corso d laurea n Botecnologe, Unverstà degl Stud d Torno, 2004/2005) Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh XIII

16 STUDY ABROAD La rete ENIC (European Network of Informaton Centres) è nata propro per fornre notze e consgl sul rconoscmento d dplom, ttol e altre qualfche unverstare o professonal stranere. La rete NARIC (Natonal Academc Recognton Informaton Centres) mra a nformare sulle opportuntà e le procedure d rconoscmento de ttol d studo all estero. Vuo studare matematca a Oxford? T nteressano programm d scambo unverstar? Vorre studare n Europa. I cttadn dell Unone europea (UE) possono studare, dalla scuola prmara al dottorato d rcerca, n uno de paes UE. Per facltare quest scamb è stato creato Ploteus, l portale delle opportuntà d apprendmento ( programm d scambo, borse d studo, descrzon de sstem d struzone e apprendmento de var paes europe, nonché ndcazon de st web degl sttut d struzone superore, database de cors d formazone, le scuole... Attraverso Ploteus è possble anche avere notze pratche, ad esempo su come raggungere la localtà e dove alloggare, sul costo della vta, le tasse, servz cu s può accedere. Per sapere se l dploma conseguto n Itala sa o meno rconoscuto ne dvers sstem d struzone ester è utle vstare l sto che contene una grande mole d nformazon sulle Unverstà de 55 paes che aderscono al network, oltre che lnk a st per rchedere drettamente l rconoscmento del propro ttolo d studo e dettagl sulle modaltà, temp, requst per fare domanda d scrzone. Sul sto s trovano anche notze su dvers sstem d struzone europe e sulle opportuntà d studo all estero, su prestt e borse d studo, nonché su queston pratche collegate alla mobltà e all equpollenza. Vorre studare negl Stat Unt. Se la meta sono gl USA è bene conoscere la dfferenza tra colleges e unverstes: prm offrono solo undergraduate degrees (equvalent alla laurea trennale), cors d stud della durata d 4 ann, mentre le unverstes anche graduate degrees (cors d formazone dopo la laurea: master e PhD, o dottorato). Gl undergraduate degrees non sono dedcat a una matera: a seconda della sede presso cu s studa, questo dploma avrà pù o meno prestgo. In base a programm d studo, al prestgo, a cost s scegle l Unverstà che fa al caso nostro. Una volta scelta l Unverstà che s desdera frequentare bsogna fare domanda, essere ammess, e po dcharare la matera del major, l ambto dscplnare prncpale che lo studente scegle. In ogn caso qualsas undergraduate degree prevede cors obblgator n pù matere (sa letterare sa scentfche). Questa è una dfferenza sgnfcatva rspetto all Unverstà talana. Per gl Stat Unt l scrzone per gl student straner può essere fatta presentando domanda a var colleges all nzo dell ultmo anno d scuola superore. Occorre presentare: le pagelle degl ann precedent tradotte uffcalmente (uffcal translatons of transcrpts), materal e gl esam rchest anche agl student amercan (come test SAT), rsultat del TOEFL (Test of Englsh as a Foregn Language) o del IELTS (Internatonal Englsh Language Test), e un ntervsta, che spesso può essere condotta nel paese d provenenza da rappresentant dell Unverstà a cu s fa domanda. L esame SAT d prmo lvello è un test nel quale l canddato deve rspondere a tre sezon d domande (Mathematcs, Crtcal Readng, Wrtng), cascuna con un punteggo totale d 800, per un totale d 2400 punt dall ntero esame. Puntegg d crca 700 n cascuna parte dell esame sono rtenut ottm e attorno al 600 molto buon. XIV Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

17 VERSO IL LAVORO Vorrest trovare lavoro? Sul sto trov tante nformazon utl per autart nella tua rcerca: da centr per l mpego a st e a gornal d rfermento, da contratt a come s sostene un colloquo d lavoro. Quando s è alla rcerca d un lavoro, prma o po arrva l momento d nvare (per posta ordnara o per e-mal) l propro Currculum Vtae (CV) e una lettera d accompagnamento alle azende per le qual s desdera lavorare, sperando d essere chamat per un colloquo. Il Currculum Vtae è la carta d denttà professonale del canddato e deve ndcare l ter formatvo, le conoscenze e le competenze d ch s propone per ottenere un mpego. S comnca sempre da dat anagrafc, per un nquadratura nzale, e da contatt (ndrzzo, numero d telefono, cellulare, e-mal...), per po passare n rassegna le precedent esperenze lavoratve e le vare tappe della propra struzone/formazone, dalla pù recente alla pù lontana nel tempo. Altre nformazon ndspensabl rguardano la padronanza d una o pù lngue stranere e le competenze tecnche; convene anche mettere n rlevo le capactà relazonal e organzzatve, se s posseggono. Per quanto rguarda altre nformazon personal, è meglo nserre solo quelle che possono essere apprezzate dalla specfca azenda cu è ndrzzato l CV. Infne, non bsogna ma dmentcare d autorzzare l trattamento de dat personal, facendo rfermento al d. lg. 196/2003. Un CV effcace sarà completo, charo e soprattutto breve (due pagne d solto sono suffcent): bsogna tenere conto che ch lo legge è abtuato a valutarne decne tutt gorn e apprezzerà l fatto d trovare subto le nformazon che gl nteressano. Meglo selezonare solo le azende che pù s avvcnano al propro proflo professonale e scrvere per cascuna una lettera d accompagnamento mrata. I portal che s occupano d selezone del personale soltamente danno la possbltà d complare CV onlne, secondo modell prestablt; oppure s può preparare da sol l CV e po carcarlo sul sto su cu c s vuole proporre. Scarca l CV Europass La lettera d accompagnamento (o cover letter) va preparata con molta attenzone perché serve a convncere l selezonatore a prendere n consderazone l offerta d lavoro e qund a esamnare l CV. La forma deve essere curata e corretta, per dmostrare un buon lvello d struzone. La lettera d accompagnamento è una e-mal (o una lettera) dalla quale devono emergere n manera sntetca (dec rghe al massmo) le motvazon del canddato, le competenze, ttol, le esperenze che rendono la persona adatta per quel posto d lavoro. Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh XV

18 VERSO IL LAVORO Vuo cercare lavoro n Itala o all estero? Sntetc sì, ma non vagh o generc: l mpegno nello scrvere la lettera sta propro nel rsultare sncer, con le dee chare ma anche apert a vare possbltà. La lettera deve far capre che s conosce, anche se dal d fuor, l azenda e che se ne comprendono le necesstà. Per avere queste nformazon è necessaro vstarne l sto nternet ma anche, ad esempo, cercare e, se s può, spermentare prodott d quell azenda. In questo modo sarà pù facle metters dal punto d vsta dell azenda stessa, capre qual competenze potrebbero essere utl e puntare su quelle. Le possbltà d essere valutat crescono se la busta che contene lettera e CV, o l emal, è ndrzzata al drettore del settore nel quale vorremmo lavorare e non genercamente all mpresa o, ad esempo, all uffco delle rsorse umane. In questo caso bsogna fare accurat controll per essere cert d scrvere correttamente l nome, l ttolo d studo, la poszone che rcopre la persona a cu ndrzzamo la lettera ed essere scur che effettvamente lavor ancora lì. Una lettera d accompagnamento. Carla è dplomata n Servz per l agrcoltura e lo svluppo rurale. Ha sfruttato un perodo d lavoro part-tme n un call center per avere l tempo d cercare un corso d formazone che facca al caso suo. Dopo ha frequentato un corso della Regone d 180 ore n Scurezza almentare. Nel frattempo vsta st d vare azende della zona n cu abta e ne ndvdua alcune cu decde d nvare l CV. bancolatte@lamozzarella.t La dtta dove vorrebbe lavorare è La Mozzarella, che produce latte e dervat. Nel sto s nsste sulla qualtà de pro- Offerta d collaborazone dott unta al rspetto dell ambente. Egr. dott. Bancolatte, A ch vuole lavorare per La Mozzarella è rchesta personaltà, grnta e condvsone de valor dell azenda. degl alment. Con una telefonata Carla verfca che l responsable della scurezza almentare è l dott. Bancolatte. Ecco la lettera d accompagnamento scrtta da Carla. ho frequentato l Isttuto professonale per Servz per l agrcoltura e lo svluppo rurale d A dplomandom con 96/100. D recente ho seguto un corso d specalzzazone della Regone B n Scurezza almentare, che verteva sulle moderne tecnche d anals Il vostro nome, che conosco sn da pccola, per me è snonmo d seretà e af dabltà e condvdo l obettvo d puntare sulla qualtà e la sostenbltà della produzone e sul rspetto per l ambente; m è sempre pacuta l dea d lavorare nell area della produzone e del controllo almentare, e n partcolare nella produzone de lattcn che apprezzo molto, pertanto v chedo gentlmente d nformarm rguardo alla vostra dsponbltà. Le porgo me pù cordal salut, Carla Banch XVI Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI.BLU - Vol.3 Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

19 INDUZIONE E ONDE ELETTROMAGNETICHE Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

20 CAPITOLO 27 L INDUZIONE ELETTROMAGNETICA J. Hennng Buchholz/Shutterstock 1 LA CORRENTE INDOTTA Sappamo che una corrente elettrca genera un campo magnetco. Al contraro, può un campo magnetco generare una corrente elettrca? Una semplce esperenza mette n luce che questo è possble. Mentre la calamta s muove n su e n gù, l amperometro segna l passaggo d una corrente elettrca. Invece, se la calamta è ferma, l amperometro rmane fermo sul valore d zero. S N S N A A A B La corrente non è creata da una pla o da una battera, che non sono present nel crcuto, ma dal movmento della calamta. All nterno della bobna, l campo magnetco della calamta dventa pù o meno ntenso a seconda che la calamta s avvcn o s allontan. Un campo magnetco che vara genera una corrente ndotta. 954 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

21 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 27 CAPITOLO Il fenomeno fsco che produce corrent ndotte s chama nduzone elettromagnetca. S può fare varare l campo magnetco all nterno d un crcuto anche n altr mod. Per esempo, mettamo vcno al crcuto senza battera (crcuto ndotto) un secondo crcuto (crcuto nduttore), nel quale faccamo varare la corrente dmnuendo o aumentando l valore d una resstenza varable. Quando la resstenza è pccola, nel crcuto nduttore crcola una corrente ntensa, che genera un forte campo magnetco nella bobna del crcuto ndotto. Quando la resstenza è grande, l campo magnetco nella bobna del crcuto ndotto è pccolo. La varazone della corrente nel crcuto nduttore genera una corrente ndotta nel crcuto senza battera, perché l campo magnetco che lo attraversa vara (fgura 1). Invece, se la corrente nel crcuto nduttore resta uguale, nell altro crcuto non crcola una corrente ndotta, perché l campo magnetco che lo attraversa non vara. Qund, ogn volta che, per qualche ragone, n un crcuto vara l campo magnetco esterno, s genera una corrente ndotta. resstenza varable A crcuto nduttore B A crcuto ndotto - + prma dopo Il fenomeno dell nduzone elettromagnetca è sfruttato, per esempo, per la realzzazone del contagr d un automoble. Un magnete è fssato sull albero motore dell automoble (fgura 2), che ruota su sé stesso e qund allontana e avvcna rpetutamente l magnete alla spra. Fgura 1 Varando la corrente nel crcuto nduttore (n blu) anche l amperometro nserto nel crcuto ndotto (n rosso) segna un passaggo d corrente. ANIMAZIONE Intenstà del campo magnetco ndotto (1 mnuto e mezzo) mcroprocessore motore spra albero motore magnete Fgura 2 Schema d funzonamento del contagr d un automoble. Nella spra s genera un segnale elettrco che permette al mcroprocessore d contare l numero d gr fatt dal motore n un tempo fssato. Conoscendo la marca nnestata e la crconferenza delle ruote, l sstema calcola la veloctà dell automoble. Un sstema smle è anche montato su molte bcclette, con l magnete sulla ruota e l sensore fssato sulla forcella. 955 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

22 CAPITOLO 27 INDUZIONE E ONDE ELETTROMAGNETICHE Il ruolo del flusso del campo magnetco Gl esperment mostrano che la corrente ndotta dpende da tre grandezze: la rapdtà d varazone del campo magnetco esterno, l area del crcuto ndotto e la sua orentazone. Per esempo, tra tant cas possbl, s verfca che la corrente ndotta è pù ntensa quando: muovamo con rapdtà la calamta, per ottenere un campo magnetco che vara velocemente; la bobna ha un maggor numero d spre, così che l area del crcuto è pù grande; cambamo rapdamente l orentazone del crcuto rspetto alle lnee del campo magnetco. A S S N N N S B A A B A C In tutt cas, s vede che s ha una corrente ndotta quando vara l flusso d campo magnetco attraverso la superfce che ha per contorno l crcuto ndotto. v h d campo magnetco attraverso la superfcò che conta, qund, è l flusso Sv ^ B v ce S : porta «efffcace» «effcace» Sv Fgura 3 La «porta effcace» a dsposzone per trare n porta dpende dall angolo d tro. ^ Bv h = Bv : Sv = BScos, v h nel tempo dpende propro dalle tre grandezze vedamo che la varazone d Sv ^ B elencate sopra: rapdtà d varazone del campo magnetco, superfce racchusa dal crcuto, orentazone tra crcuto e campo magnetco. Il flusso d campo magnetco esprme con un numero la «facltà» con cu le lnee del campo magnetco attraversano una superfce. Come n un tro n porta (fgura 3), la facltà è massma quando l tro è perpendcolare alla porta e dmnusce sempre pù quando l angolo tra la perpendcolare alla porta e la drezone del tro aumenta. L nterruttore dfferenzale Il fenomeno dell nduzone elettromagnetca permette d realzzare un semplce dspostvo (l nterruttore dfferenzale, talvolta detto «salvavta») n grado d proteggere dal percolo d folgorazone quando un appareccho elettrco ha una perdta d corrente. 956 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

23 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 27 CAPITOLO La fgura 4 mostra uno schema semplfcato del funzonamento dell nterruttore dfferenzale; nello schema la resstenza R rappresenta var dspostv utlzzator dell mpanto elettrco all nterno d un abtazone. I solenod S 1 e S 2 hanno lo stesso numero d spre, avvolte n vers oppost. Il solenode d test S T è collegato a una centralna C che, n caso d necesstà, comanda l apertura degl nterruttor I 1 e I 2. L apertura d tal nterruttor avvene n qualche mllesmo d secondo e sola l mpanto elettrco domestco. In condzon normal due solenod S 1 e S 2 sono percors da corrent ugual; vsto che però sono avvolt n vers oppost, l flusso magnetco totale nella zona n cu s trova l solenode S T è nullo. S 1 R 1 2 cambella metallca S T S 2 Se, però, n qualche punto della resstenza R s svluppa un contatto che determna una dspersone d corrente (fgura 5), l campo magnetco prodotto da S 1 rmane nalterato, ma quello generato da S 2 dmnusce. Così, n questa seconda condzone l flusso attraverso S T passa dal valore zero a un altro valore non nullo: così n S T s crea una corrente ndotta ed è questo l segnale che azona la centralna C, mettendo n scurezza l mpanto. 2 LA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN 1 R 2 1 s meccansmo d sganco nterruttor 1 I 1 I 2 lnea elettrca Fgura 4 Schema semplfcato del salvavta. Fgura 5 In caso d folgorazone s crea una corrente che dall mpanto elettrco s propaga verso terra attraversando una persona. C 2 Analzzamo ora, n un caso partcolare, l meccansmo che porta alla generazone d una corrente ndotta. Dapprma consderamo una sbarra metallca che s muove d moto rettlneo unforme n un campo magnetco. Per fssare le dee, la sbarra s muove verso destra, n drezone perpendcolare alla propra lunghezza, mentre le lnee d campo magnetco escono dalla pagna. ANIMAZIONE Moto d una sbarra metallca n un campo magnetco (2 mnut) La forza d Lorentz agsce sugl elettron d conduzone nella sbarra e l spnge verso l alto, mentre n basso s accumula carca postva. La separazone delle carche crea nella sbarra un campo elettrco che tende a spostare gl elettron verso l basso. F Lorentz F Lorentz E v F E + + A B Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh 957

24 CAPITOLO 27 INDUZIONE E ONDE ELETTROMAGNETICHE ESPERIMENTO VIRTUALE Forze elettromotrc ndotte Goca Msura Eserctat Fgura 6 Muovendo la barretta n un campo magnetco perpendcolare a essa e al suo moto, nel crcuto s genera una corrente ndotta. Se l campo magnetco è unforme e la sbarra contnua a muovers a veloctà costante, tra suo estrem s stablzza una dfferenza d potenzale dovuta alle carche postve e negatve present a suo estrem, e la separazone delle carche s nterrompe. All equlbro, la forza elettrca compensa quella magnetca. v La stuazone camba se faccamo muovere la sbarra a contatto con un flo conduttore a forma d U, fermo nel campo magnetco (fgura 6). Gl elettron che s erano accumulat nella parte alta della sbarra possono ora muovers lungo l flo, generando una corrente elettrca. Lo spostamento degl elettron rompe l equlbro che s era formato nella sbarra e l moto delle carche all nterno d essa è contnuo. La sbarra, n moto n un campo magnetco, s comporta come un generatore d forza elettromotrce. Durante l funzonamento d questo partcolare generatore, l flusso d campo magnetco attraverso l crcuto contnua a cambare (per la precsone, a dmnure), vsto che la sbarra contnua ad avvcnars al lato opposto del crcuto e qund la superfce attraverso la quale s calcola l flusso dventa sempre pù pccola. Osservazon spermental Questa legge è n accordo con tutt gl esemp d corrent ndotte presentat nel paragrafo precedente: ogn volta che s ha una varazone d flusso magnetco (a causa d una varazone del campo, della superfce o dell angolo che ess formano) s ha una forza elettromotrce ndotta e, qund, una corrente ndotta, se l crcuto è chuso. L espressone della legge d Faraday-Neumann Il fenomeno dell nduzone elettromagnetca è descrtto n modo generale dalla legge d Faraday-Neumann, che collega la forza elettromotrce f em ndotta n un crcuto alla varazone del flusso (Bv ) d campo magnetco attraverso la superfce S v delmtata dal crcuto. La legge d Faraday-Neumann, che prende l nome da Mchael Faraday e dal fsco tedesco Franz Ernst Neumann ( ), è espressa dall equazone forza elettromotrce ndotta (V) f em ^Bv h =- t varazone del flusso d campo magnetco (Wb) ntervallo d tempo (s) Nella formula precedente, ( Bv ) è la varazone d flusso che avvene nell ntervallo d tempo t; qund l secondo membro della formula (1) rappresenta la rapdtà d varazone del flusso d campo magnetco. Il segno «meno» che compare nella (1) rappresenta la legge d Lenz, a cu è dedcato l prossmo paragrafo. Conoscendo la resstenza R del crcuto ndotto possamo determnare l valore della corrente ndotta, che rsulta: (1) fem 1 ^Bv h = =-. R R t (2) 958 Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh

25 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 27 CAPITOLO ESEMPIO Nell ntervallo d tempo t 5, s l flusso d campo magnetco attraverso una spra vara del valore (Bv ) 7, Wb. Calcola l valore della forza elettromotrce f em ndotta nella spra. Il valore della forza elettromotrce è fornto dalla formula (1): f em 4 2 ( Bv ) 7,3 # 10 Wb T : m = - =- - - = 0,14 = -3 t 5,2 # 10 s s 2 N m J = 0,14 : = 0,14 = 0,14 V. A : m s C La forza elettromotrce ndotta stantanea La formula (1) fornsce la forza elettromotrce meda ndotta n un crcuto nell ntervallo d tempo t. Come è spegato nella scheda Le quanttà stantanee e la dervata, del captolo «La corrente elettrca contnua», per ottenere l valore stantaneo d una grandezza fsca occorre calcolare l lmte d questa grandezza per t che tende a zero. Dalla legge d Faraday-Neumann s ottene, n questo caso ( Bv) d ( Bv) fem = lm c- m = - : (3) t " 0 t dt la forza elettromotrce ndotta stantanea è uguale alla dervata temporale del flusso d campo magnetco, cambata d segno. Per la corrente stantanea ndotta n un crcuto d resstenza R vale una formula analoga alla (2): 1 d ( Bv ) =-. R dt (4) corda metallca della chtarra N S bobna fonorvelatrce N magnete permanente S Fgura 7 Il pck-up d una chtarra elettrca. Il fenomeno dell nduzone elettromagnetca è alla base del funzonamento del pck-up delle chtarre elettrche. Come è mostrato nella fgura 7, esso è composto da un magnete permanente attorno a cu è avvolta una bobna. porzone d corda magnetca all'amplfcatore pck-up Le corde della chtarra sono costrute con un materale adatto, che vene magnetzzato. Così l oscllazone della corda crea un campo magnetco varable nella bobna sottostante che, a sua volta, genera una corrente elettrca che rproduce l movmento della corda. È questo l segnale che vene nvato all amplfcatore e che genera l caratterstco suono della chtarra elettrca. Artmm/Shutterstock Ugo Amald L AMALDI PER I LICEI SCIENTIFICI - Induzone e Onde elettromagnetche Zanchell 2012 con Physcs n Englsh 959