Utilizzando la seconda legge di Ohm è possibile costruire in modo molto semplice un resistore la cui resistenza può essere variata in modo continuo tra 0 Ω e un valore massimo R. In linea di principio, ciò può essere ottenuto con una filo o una...

La figura 9 mostra l’andamento sperimentale della resistività in funzione della temperatura per molti metalli, come il rame, l’argento e l’oro. Come si vede, in generale, nei metalli la resistività aumenta al crescere della...

Consideriamo un condensatore piano, con armature di area A poste a distanza d nel vuoto. Vogliamo calcolare l’intensità F della forza con cui esse si attraggono. Visto che è molto difficile calcolare la risultante delle forze attrattive che si...

Nel capitolo «Fenomeni di elettrostatica» abbiamo calcolato il lavoro compiuto da una forza esterna per caricare un condensatore. Questo lavoro di carica permette di immagazzinare energia elettrica all’interno del condensatore; essa rimane quindi a...

In condizioni normali gli elettroni liberi non escono dai metalli. All’interno del metallo, un elettrone è circondato da ogni parte dagli ioni del reticolo e la risultante delle loro forze di attrazione su di esso è nulla. Vicino alla...

All’inizio dell’Ottocento Alessandro Volta scoprì un importante fenomeno, nel quale tra due metalli posti a contatto si stabilisce una differenza di potenziale. In termini moderni, la sua scoperta (detta effetto Volta) si può esprimere dicendo...

Si potrebbe pensare di utilizzare l’effetto Volta per mantenere una corrente in una catena metallica chiusa, come quella della figura 15. In realtà, se la coppia di metalli ha ovunque la stessa temperatura, ciò che avviene alla giunzione A...

Studiando il passaggio della corrente elettrica nei liquidi, lo scienziato inglese Michael Faraday (1791-1867) osservò che l’acqua pura è praticamente isolante, mentre diventa conduttrice se si scioglie in essa una piccola quantità di sale (per...

Una corrente elettrica continua che attraversa una soluzione elettrolitica determina in essa svariati fenomeni. Se, per esempio, si fa passare corrente elettrica in acqua, in cui è stato aggiunto un acido opportuno, si osserva lo sviluppo di numerose...

L’esperienza mostra che per produrre mediante l’elettrolisi 20 g di alluminio (sufficienti per una lattina da bibite) è necessario far circolare una corrente elettrica di 1 A per 59 ore. È possibile calcolare come produrre per...

Mediante l’elettrolisi si può trasformare il sale da cucina fuso in sodio metallico e cloro gassoso grazie al generatore di corrente che fornisce energia e «costringe» gli ioni Na+ a prendere elettroni dal catodo e gli ioni Cl− a cederli...

A differenza di quanto accade in un conduttore metallico e in una soluzione elettrolitica, in un gas (ben protetto da influenze esterne) non vi sono portatori di carica. Quindi: per sua natura un gas è un isolante perfetto. Però il gas diventa...

Quando nel tubo a scarica la pressione del gas è dell’ordine di 10−1 Pa o 10−2 Pa (cioè da un milione a dieci milioni di volte minore della pressione atmosferica), sulla parete di fronte al catodo (l’elettrodo negativo) compare una piccola...

Nell’antica Grecia, già ai tempi di Talete (VI secolo a.C.) era noto che un minerale di ferro, la magnetite, ha la proprietà di attirare oggetti di ferro. La magnetite è un magnete naturale. In condizioni normali una sbarretta di acciaio non...

Nel 1820 il fisico danese Hans Christian Oersted (1777-1851) scoprì un legame inaspettato tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici. Egli dispose un filo elettrico, collegato a una batteria, nella direzione nord-sud, sopra un ago magnetico....

Le esperienze di Oersted e di Faraday mostrano che esiste una relazione tra corrente elettrica e campo magnetico, perché una corrente elettrica genera un campo magnetico, subisce una forza magnetica. Ci si può aspettare, allora, che esista una...

Usando un ago magnetico, sappiamo come determinare la direzione e il verso del campo magnetico \( { {\vec{{ B}}}} \). Rimane ora da definire il suo valore. A questo scopo utilizziamo un pezzetto di filo elettrico rettilineo. La sua lunghezza è l e...

Se conosciamo il campo magnetico, siamo in grado di calcolare la forza F che agisce su un pezzo di filo lungo l percorso da una corrente i. Quando il filo è perpendicolare alle linee del campo, subisce una forza di modulo \[ F=Bil. \] Come è...

Conoscendo la forza magnetica che agisce su un filo percorso da corrente, siamo in grado di capire perché due fili rettilinei e paralleli si attraggono quando sono attraversati da correnti che circolano nello stesso verso e si respingono quando le...

Consideriamo una spira circolare (cioè un filo conduttore a cui è stata data una forma circolare) percorsa da corrente. Il campo magnetico generato dalla spira può essere calcolato, in linea di principio, suddividendo la spira stessa in un numero...

Un lettore di DVD contiene un motore elettrico che fa ruotare il DVD posto all’interno. Un motore elettrico è un dispositivo che trasforma energia elettrica in energia meccanica. Esaminiamo un semplice modello di motore elettrico a...

Lo stesso momento della forza che fa girare il motore elettrico permette anche di misurare le correnti e le differenze di potenziale. Lo strumento che misura l’intensità della corrente elettrica si chiama amperometro. L’amperometro analogico è...

Come mai un filo percorso da corrente genera un campo magnetico e risente dell’effetto di un campo magnetico esterno? Possiamo sostituire il filo percorso da corrente con un fascio catodico ed effettuare un esperimento. Si osserva che il...

Analizziamo ora due fenomeni fisici in cui agiscono contemporaneamente, su una carica puntiforme, la forza elettrica e la forza di Lorentz.

La forza di Lorentz, che agisce su una carica puntiforme q in moto, ha sempre direzione perpendicolare alla velocità vettoriale con cui si muove la carica e, quindi, al suo spostamento istantaneo (figura 4). Ciò significa che il lavoro W compiuto da...

Le conoscenze che abbiamo sviluppato sul moto delle cariche elettriche nei campi magnetici possono essere sfruttate per ottenere importanti informazioni sperimentali su componenti microscopiche della materia; vediamo ora due esempi rilevanti.

Il flusso del campo magnetico attraverso una superficie si definisce in modo analogo al flusso del campo elettrico. Se la superficie in questione è piana ed è descritta da un vettore superficie \( { {\vec{{ S}}}} \), con il campo \( { {\vec{{ B}}}}...

La circuitazione \( {\mathrm{\Gamma}}_{ℒ}  \left({\vec{B}}\right) \) del vettore \( { {\vec{{ B}}}} \), lungo un cammino orientato \( ℒ \), si definisce in modo analogo alla circuitazione del campo elettrico: si suddivide \( ℒ \) in n parti \(...

Nel capitolo «Il campo elettrico» abbiamo visto che il teorema di Gauss per il campo elettrostatico è utile, tra le altre cose, per determinare il valore di campi elettrostatici generati da distribuzioni di carica che abbiano particolari simmetrie....

Esistono materiali che, come il ferro e il nichel, sono attratti in maniera piuttosto intensa da un magnete. Le sostanze che si comportano in questo modo sono dette ferromagnetiche e sono le stesse che, come è spiegato all’inizio del capitolo...

Nei materiali ferromagnetici il campo magnetico totale \( \vec{B} \) non è direttamente proporzionale al campo esterno \( {\vec{B}}_{0} \), come avviene nelle sostanze diamagnetiche e paramagnetiche, e la permeabilità magnetica relativa è grande....

Le proprietà matematiche fondamentali del campo magnetico sono riassunte in due equazioni \[ {\mathrm{\Phi}}_{\mathrm{\Omega}}\left({\vec{{B}}}\right)={0} \] e \[ {\mathrm{\Gamma}}_{{ ℒ}}{ {\left({\vec{B}}\right)}}={\mathrm{\mu}}_{{...

Sappiamo che una corrente elettrica genera un campo magnetico. Al contrario, può un campo magnetico generare una corrente elettrica? Una semplice esperienza mette in luce che questo è possibile. Mentre la calamita si muove in su e in giù,...

Analizziamo ora, in un caso particolare, il meccanismo che porta alla generazione di una corrente indotta. Dapprima consideriamo una sbarra metallica che si muove di moto rettilineo uniforme in un campo magnetico. Per fissare le idee, la sbarra si...

Quando una calamita si avvicina a un circuito (figura 10), il campo magnetico prodotto dalla calamita, nella zona di spazio dove si trova il circuito, aumenta. La variazione del flusso magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito produce...

Per avere l’induzione elettromagnetica non è necessaria la presenza di un campo magnetico esterno. Infatti: la variazione della corrente in un circuito elettrico genera una forza elettromotrice indotta nel circuito stesso. Questo...

Alla chiusura dell’interruttore, in un circuito che contiene un generatore di forza elettromotrice fem e un’induttanza L si genera una forza elettromotrice indotta che si oppone al fluire della corrente elettrica. Quindi, per portare la corrente...

La tensione elettrica che usiamo nelle nostre case è generata nelle centrali elettriche dagli alternatori, che sono un’applicazione della legge sperimentale dell’induzione elettromagnetica. Un alternatore è un dispositivo che trasforma energia...

Esaminiamo ora il comportamento dei tre elementi circuitali fondamentali (il resistore, l’induttore e il condensatore) quando è applicata una forza elettromotrice alternata.

Dopo avere analizzato il comportamento in corrente alternata degli elementi circuitali fondamentali, esaminiamo ora il circuito della figura 26, detto circuito RLC in serie, in cui l’alternatore che produce una forza elettromotrice di pulsazione ω...

È particolarmente interessante studiare come si comporta un circuito RLC senza generatore nel caso particolare in cui la resistenza del circuito è nulla; in questo caso si parla di circuito LC (figura 27). Nella scheda matematica «Equazioni...

I trasformatori servono per innalzare e abbassare la tensione dalla rete di distribuzione dell’energia elettrica. Sono anche utilizzati negli alimentatori di dispositivi elettronici, per esempio i telefoni cellulari, che si ricaricano con una...

Avendo a disposizione una forza elettromotrice alternata è possibile costruire degli acceleratori di particelle, cioè dei dispositivi capaci di accelerare particelle cariche. Esaminiamo ora i due tipi di acceleratori strutturalmente più semplici:...

Mettiamo un anello conduttore all’interno di un campo magnetico. Se facciamo aumentare progressivamente il valore di \( { {\vec{{ B}}}} \), nell’anello si genera una corrente indotta. Gli elettroni che prima avevano una velocità media nulla, ora...

La scoperta dell’induzione elettromagnetica porta a modificare la legge che fornisce la circuitazione del campo elettrico: da \( {\Gamma}{{(}}{ {\vec{{ E}}}}{)}={0}{{a}}{\Gamma}{{(}}{ {\vec{{ E}}}}{)}={-}{\Delta}{\Phi}{{(}}{\vec{{...

Nei paragrafi precedenti abbiamo ricavato due nuove equazioni: \[ {{\Gamma}}_{ℒ}{ {\left({{ {\vec{{ E}}}}}\right)}}=-{\frac{{\Delta}{\Phi}{ \left({{ {\vec{{ B}}}}}\right)}}{{\Delta}{t}}} \] e \[...

Per discutere le conseguenze delle equazioni di Maxwell, teniamo in movimento una carica Q, facendola oscillare tra i punti A e A'. Questo movimento genera: un campo elettrico variabile, perché la posizione di Q cambia sempre; un campo magnetico...

La riflessione della luce su uno specchio piano rispetta due leggi fondamentali, che sono riassunte nella figura 3. Prima legge della riflessione: il raggio incidente, il raggio riflesso e la perpendicolare alla superficie riflettente nel punto di...

Attorno al 1850 il fisico francese Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) mostrò sperimentalmente che la velocità della luce nell’acqua è minore di quella con cui essa si propaga nell’aria. In effetti, come è stato determinato sperimentalmente...

Inviando luce bianca su un prisma a sezione triangolare si osserva il fenomeno della dispersione della luce, che è mostrato nella foto. L’esperimento mette in evidenza il fatto che la luce bianca è la sovrapposizione dei diversi colori che essa...