magnetismo

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Dai Greci a Faraday

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Il Magnetismo

Il magnetismo è un fenomeno naturale legato alle forze di attrazione e repulsione tra materiali, causato dal movimento delle cariche elettriche. Quest'ultimo si è evoluto nel tempo, arrivando a formulare delle leggi basate sull’elettromagnetismo. Con il progresso della fisica, si è scoperto che il magnetismo ha origine nelle proprietà fondamentali delle particelle subatomiche, come lo spin degli elettroni. Oggi, il magnetismo è alla base di numerose applicazioni tecnologiche, dall’elettronica ai dispositivi medici.

indice

1. Prime osservazioni sulla magnetite

2. Approfondimenti sulla bussola

3. L'impatto della bussola sulle esplorazioni marittime

4. Comprensione del campo magnetico e dell'induzione elettromagnetica da parte di Oersted, Ampere e Faraday

5. Timeline con le principali scoperte

6. Le invenzioni come hanno influenzato la società e la scienza

Prime osservazioni sulla magnetite

Nel 600 a.C. il filosofo naturale Talete di Mileto, fu il primo a descrivere nei suoi scritti la forza di attrazione delle pietre magnetiche; spiegò la forza di esse con il fatto che dovessero avere un'anima, perchè gli effetti magnetici erano sempre presenti e mettevano in movimento oggetti ed esseri viventi. Tutto ciò rimane però una leggenda dato che testimonianze certe scritte di Talete non ci sono, ma una cosa certa è il fatto che la storia dell'elettromagnetismo inizia proprio con quest'ultimo filosofo.

Ai magneti furono attribuiti da subito effetti curativi. I medici dell'antichità credevano che i magneti potessero estrarre le malattie dai corpi umani. Arrivarono a questa conclusione dopo aver osservato che il campo magnetico dei magneti poteva attrarre oggetti di ferro anche attraverso il legno. Il primo naturopata conosciuto che utilizzò i magneti fu Ippocrate di Coo, che visse dal 460 al 370 a.C. Tuttavia al giorno d'oggi l'effetto curativo dei magneti non è ancora stato provato scientificamente.

-I poteri curativi dei magneti

Ippocrate

2° secolo a.C. La prima bussola cinese antica: I cinesi sapevano come utilizzare il magnetismo già nell'antica Cina. Durante la ricerca di giada nelle montagne utilizzavano una specie di bussola per ritrovare la strada verso casa. L'ago di questa antica bussola cinese del 2° secolo a.C. era un cucchiaio fatto di magnetite che puntava verso sud. Il nome di questa bussola era "Si'nan", che significa appunto "puntare verso sud". Questo cucchiaio era posizionato su un piatto decorato con dei caratteri cinesi. In Cina questa antica bussola serviva per predire il futuro, orientare gli edifici e per esercitare il feng-shui. In seguito il cucchiaio che puntava verso sud fu sostituito dalla figura di un pesce o di una tartaruga. Tuttavia, questa variante della bussola era piuttosto imprecisa per poter navigare.

2. Approfondimenti sulla bussola

3. L'impatto della bussola sulle esplorazioni marittime

La bussola, basata sul principio del magnetismo terrestre, rivoluzionò le esplorazioni marittime permettendo una navigazione più precisa, soprattutto in alto mare e con scarsa visibilità. Il suo funzionamento si basa su un ago magnetico che si allinea con il campo magnetico terrestre, indicando il nord magnetico. Grazie alla bussola, i navigatori non dipendevano più esclusivamente da punti di riferimento visivi come coste e stelle. Questo portò a viaggi più lunghi e sicuri, favorendo le grandi esplorazioni dal XIII secolo in poi, tra cui quelle di Vasco da Gama e Cristoforo Colombo. La sua diffusione fu un elemento chiave nell'Era delle Scoperte, contribuendo all'espansione dei commerci e delle civiltà in tutto il mondo.

Timeline

600 a.C.

– Talete di Mileto osserva che l’ambra strofinata può attrarre piccoli oggetti, segnando una delle prime osservazioni dell’elettromagnetismo.

500-599 a.C.

– I cinesi inventano la bussola magnetica

1600 d.C.

– William Gilbert pubblica De Magnete, dove descrive la Terra come un enorme magnete.

1750,1785 d.C.

– John Canton: applica delle dimostrazioni eCharles-Augustin de Coulomb: formula la legge di Coulomb

-ØRSTED -AMPERE -FARADAY

1820 d.C.

– Hans Christian Ørsted scopre che la corrente elettrica può influenzare un ago magnetico, dimostrando il legame tra elettricità e magnetismo.

1821 d.C.

– André-Marie Ampère formalizza la teoria dell’elettromagnetismo e introduce la legge di Ampère.

1831 d.C.

– Michael Faraday scopre l’induzione elettromagnetica, base dei generatori elettrici.

L'induzione elettromagnetica fu compresa grazie agli esperimenti di Michael Faraday nel 1831, che dimostrarono che un campo magnetico variabile può generare una corrente elettrica in un circuito. Faraday osservò che muovendo un magnete dentro e fuori da una bobina, o variando la corrente in un circuito vicino, si induceva una corrente nella bobina stessa. Da queste osservazioni formulò la Legge di Faraday, che stabilisce che la tensione indotta in un circuito è proporzionale alla variazione del flusso magnetico nel tempo. Questo principio è alla base del funzionamento di generatori, trasformatori e molte altre tecnologie elettriche moderne.

L'induzione elettromagnetica:

Ampere - Legge di Ampère.

Faraday - La forza magnetica su un filo carico.

Gli esperimenti sul campo magnetico:

Orsted - Il legame tra elettricità e magnetismo

4. Comprensione del campo magnetico e dell'induzione elettromagnetica da parte di orsted, ampere e faraday.

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6. SCIENZA E SOCIETA'

Le scoperte sul magnetismo hanno avuto un enorme impatto sulla scienza, la tecnologia e la società.

1. Navigazione e Geografia

2. Rivoluzione Industriale ed Energia

3. Comunicazioni e Tecnologia

4. Informatica e Memorie Digitali

5. Medicina e Diagnostica

6. Trasporti e Mobilità

7. Fisica Moderna e Nuove Frontiere

A cura di: Franco Giuseppe Caldarola Lanfranco Fischetti Alberto Giorgino Emanuele.

Grazie per l'Attenzione!

L'esperimento di Faraday

Michael Faraday dimostrò sperimentalmente che un filo percorso da corrente elettrica può subire una forza in presenza di un campo magnetico esterno. Questo esperimento, condotto negli anni ‘20 dell’Ottocento, fu fondamentale per comprendere l’interazione tra elettricità e magnetismo. Faraday immerse un filo conduttore in un contenitore con mercurio, all’interno del quale era presente un magnete. Quando fece passare corrente nel filo, questo iniziò a muoversi in cerchio attorno al magnete. Questo dimostrava che una corrente elettrica in un campo magnetico subisce una forza perpendicolare sia alla direzione della corrente che al campo magnetico, un principio alla base della Legge di Lorentz. Questa scoperta portò allo sviluppo dei motori elettrici, poiché dimostrò come convertire l’energia elettrica in movimento meccanico sfruttando le forze magnetiche.

Faraday: scopre l’induzione elettromagnetica, mostrando che un campo magnetico variabile può generare una corrente elettrica. Questo principio è alla base dei trasformatori e dei generatori elettrici moderni.

L'esperimento di Orsted

Nel 1820, Hans Christian Ørsted scoprì il legame tra elettricità e magnetismo osservando che un ago magnetico, posto vicino a un filo percorso da corrente, deviava dalla sua posizione iniziale. Quando la corrente veniva interrotta, l’ago tornava a puntare verso il nord magnetico. Questo dimostrò che un filo elettrico genera un campo magnetico attorno a sé. La scoperta di Ørsted fu fondamentale per lo sviluppo della teoria dell’elettromagnetismo, influenzando gli studi di Ampère e Faraday. Questo esperimento aprì la strada a tecnologie come motori elettrici, generatori e trasformatori.

La Bussola

Esistono due tipi di bussole usate per la navigazione: la bussola galleggiante e la bussola a perno. La bussola galleggiante era già conosciuta in Cina nell'antichità, ma i cinesi utilizzarono la bussola come strumento di navigazione solamente a partire dall'11° secolo. La direzione principale indicata sulla bussola galleggiante è il sud. Nel 1269 Petrus Peregrinus de Maricourt inventò un ago magnetico appoggiato su un perno all'asciutto. Lo descrisse nella sua opera "Epistola de magnete". La bussola odierna con la caratteristica rosa dei venti risale al 13° secolo.

Impatto: L’uso dei campi magnetici in medicina ha portato a tecnologie diagnostiche avanzate, come la risonanza magnetica. Effetti sulla società: Ha rivoluzionato la medicina, migliorando la diagnosi precoce di malattie come tumori e disturbi neurologici.

Impatto: La scoperta dell’effetto Hall quantistico (1980) e il progresso nella superconduttività stanno aprendo la strada a tecnologie innovative come i computer quantistici. Effetti sulla società: Stanno portando alla creazione di tecnologie all’avanguardia come i chip ultra-veloci e i dispositivi di intelligenza artificiale.

William Gilbert: pubblica De Magnete, in cui afferma che la Terra stessa è un gigantesco magnete. Questo studio segna una delle prime indagini scientifiche sul magnetismo e sull’uso della bussola.

Magnetite

Il termine risale a chi ha trovato le pietre di magnetite. Un riferimento a questa teoria è stato trovato in un'opera del naturalista romano Plinio il Vecchio. Nel 77 d.C. narra che il termine greco per le pietre di magnetite "lithos magnes" può essere fatto risalire a un pastore greco chiamato Magnes. Questo scoprì la magnetite per caso quando la punta in ferro dei suo bastone e i chiodi nelle sue scarpe rimasero attaccati alle rocce mentre scalava il monte Ida. Tuttavia, la storia del pastore Magnes è solo una leggenda. Il termine proviene dal luogo in cui sono state scoperte le pietre di magnetite. La magnetite fu trovata, tra i vari luoghi, a Magnesia, una regione della Grecia. Un altro luogo di ritrovamento fu l'antica città di Magnesia, nell'attuale Turchia. Gli abitanti di entrambi i luoghi erano chiamati magneti.

Talete di Mileto: uno dei primi a osservare le proprietà attrattive della magnetite (una forma naturale di ossido di ferro). Tuttavia, la sua comprensione del fenomeno era ancora primitiva e associata a concetti filosofici piuttosto che scientifici.

1750 – John Canton: dimostra che alcuni materiali possono essere temporaneamente magnetizzati. 1785 – Charles-Augustin de Coulomb: formula la legge di Coulomb, che descrive la forza tra cariche elettriche, gettando le basi per la comprensione del legame tra elettricità e magnetismo.

Anche l'ago della bussola è magnetico e si orienta secondo il campo magnetico della terra. Poiché il polo nord e il polo sud si attraggono, le due estremità dell'ago della bussola vengono attratte rispettivamente dal polo nord geografico o dal polo sud geografico. Ecco perché la punta rossa dell'ago indica sempre il nord, indipendentemente da come si giri la bussola. Ciononostante, l'allineamento dell'ago della bussola al campo magnetico terrestre fu spiegato per la prima volta solo intorno al 1600 da William Gilbert.

Come si orienta l'ago di una bussola

Impatto: La scoperta dell'induzione elettromagnetica (Faraday, 1831) ha portato alla nascita dei generatori elettrici, dei motori e dei trasformatori. Ha reso possibile la produzione e la distribuzione di energia elettrica. Effetti sulla società: Ha permesso la nascita di industrie basate sull’energia elettrica. Ha migliorato le condizioni di vita grazie all’illuminazione elettrica e all’automazione industriale.

Ampère: sviluppa la teoria dell’elettromagnetismo e formula la legge di Ampère, che descrive l’influenza dei campi magnetici generati dalle correnti elettriche.

Impatto: Le equazioni di Maxwell (1864) hanno dimostrato che le onde elettromagnetiche, come la luce e le onde radio, sono fenomeni legati al magnetismo. Questo ha portato all’invenzione della radio , delle telecomunicazioni e, più tardi, di TV, radar e Wi-Fi. Effetti sulla società: Ha permesso la nascita dei mezzi di comunicazione di massa (radio, TV, telefoni).

Impatto: L’uso di campi magnetici per la levitazione magnetica ha portato alla nascita dei treni Maglev, capaci di raggiungere velocità elevate senza attrito. Effetti sulla società: Ha reso possibili mezzi di trasporto più veloci, sicuri ed ecologici. Sta contribuendo a ridurre l’inquinamento urbano grazie allo sviluppo di treni e veicoli elettrici avanzati.

Ippocrate

Ippocrate di Cos (circa 460-370 a.C.) è considerato il "padre della medicina". Fondò un metodo scientifico basato sull'osservazione clinica e sull'idea che le malattie avessero cause naturali, non divine. La teoria degli umori (sangue, flemma, bile gialla e bile nera) influenzò la medicina per secoli. A lui è attribuito il Giuramento di Ippocrate, base dell’etica medica. Il suo approccio razionale gettò le basi della medicina moderna.

Impatto: L'invenzione della bussola magnetica ha rivoluzionato la navigazione, permettendo ai marinai di orientarsi anche senza punti di riferimento visibili. Ha facilitato l’era delle esplorazioni e la scoperta di nuovi continenti. Effetti sulla società: Ha favorito gli scambi commerciali e culturali tra civiltà lontane. Ha accelerato la globalizzazione e l’espansione coloniale.

Impatto: La scoperta della magnetoresistenza gigante ha portato alla creazione degli hard disk moderni. La spintronica, basata sullo spin degli elettroni, ha permesso la miniaturizzazione e il miglioramento delle memorie digitali. Effetti sulla società: Ha reso possibile la creazione di computer potenti e compatti. Ha accelerato la rivoluzione digitale, permettendo la diffusione di Internet

Ørsted: scopre che un filo percorso da corrente può deviare un ago magnetico, dimostrando il legame tra elettricità e magnetismo.

Esperimento di Ampere

André-Marie Ampère dimostrò sperimentalmente che due fili percorsi da corrente elettrica esercitano una forza reciproca, ponendo le basi per la teoria dell’elettromagnetismo. Nel suo esperimento, condotto nel 1820, posizionò due fili paralleli e osservò che, se la corrente scorreva nello stesso verso in entrambi, i fili si attraevano, mentre se scorreva in versi opposti, si respingevano. Questo dimostrava che le correnti elettriche generano campi magnetici che interagiscono tra loro, stabilendo una relazione tra elettricità e magnetismo. Da questi studi formulò la Legge di Ampère, che descrive matematicamente il campo magnetico generato da una corrente elettrica, concetto fondamentale per il funzionamento di elettromagneti, motori e trasformatori.

Bussola magnetica: i cinesi scoprono che un ago magnetizzato può indicare il nord e iniziano a usare la bussola per la navigazione marittima. Questo strumento sarà poi adottato dagli arabi e dagli europei.