È stato Joseph Henry, della Princeton University, il primo studente a raccogliere nel proprio taccuino vari modi possibili per costruire un magnete permanente. In seguito Henry, è diventato il fisico americano del XVIII secolo, conosciuto anche- insieme a Michael Faraday - come il padre della tecnologia elettrica.
Non sorprende dunque che uno dei metodi che descrive utilizzi l'elettricità. Scopriamo così che avendo il giusto tipo di barra metallica e abbastanza energia elettrica, l'induzione elettromagnetica può trasformare quella barra in un forte magnete permanente.
Quanto forte? Decisamente più forte di un magnete del frigo.
Cos'è il magnetismo?
Magnetismo ed elettricità non sono solo legati: sono due facce della stessa medaglia. Si tratta del fenomeno dell'induttanza elettromagnetica, che ha permesso questo tipo di realizzazione.
Gli elettroni hanno spin, che danno ad ogni atomo un piccolo campo magnetico. È possibile indurre gli elettroni, all'interno di determinati metalli, a ruotare nella stessa direzione e ciò conferisce delle proprietà magnetiche del metallo.
L'elenco dei metalli con queste capacità non è lungo, ma il ferro è uno di loro e -poiché l'acciaio è fatto anche di ferro- può anche essere magnetizzato.
Modi per fare un magnete
Un magnete si ottiene esponendo il materiale ferromagnetico al campo magnetico. Tra i metodi che Henry menziona per trasformare una normale asta di ferro o acciaio in un magnete troviamo:
- Strofinare l'asta con un pezzo di metallo che è già magnetizzato (ad esempio una graffetta per carta contro una calamita da frigorifero).
- Appendere la barra verticalmente e colpirla ripetutamente con un martello. L'effetto magnetizzante è più forte se riscaldi l’asta.
- Indurre un campo magnetico con una corrente elettrica.
Lo scopo finale di ciascun metodo è indurre gli elettroni nello stelo a ruotare nella stessa direzione. Poiché l'elettricità è composta da elettroni, ci sono buoni presupposti che l'ultimo metodo sia il più efficiente.
Crea il tuo magnete con l’elettricità
Per creare la tua elettrocalamita fatta in casa, procurati:
- una canna in acciaio, ferro o altro materiale che può essere magnetizzato.(Anche se non ci sono molte altre scelte)
- un chiodo in acciaio 10d o più grande è perfetto. Se non sei sicuro che sia in acciaio, usa un piccolo magnete per testarlo
- del filo di rame smaltato o del cavo isolato
- una fonte di alimentazione, ad esempio una batteria o un trasformatore a bassa tensione che è possibile collegare a una presa. Se si opta per un trasformatore, assicurati che contenga terminali ai quali collegare i fili.
Per magnetizzare il chiodo, è necessario avvolgerlo con il filo di rame, formando quante più spire possibile. La forza del campo induttivo - e il tuo magnete - aumenta man mano che aumenti il numero di giri quindi sii generoso.
Lascia libere le estremità dei fili di rame e rimuovi una parte della guaina isolante (ad esempio con un taglierino ma senza toccare il filo) in modo da poterli collegare alla fonte di alimentazione (come i morsetti di una batteria).
A questo punto collega i cavi alla fonte di alimentazione e accendi la corrente. Lascia acceso l'apparecchio per un minuto circa e poi spegnilo. Metti alla prova il chiodo tenendolo al di sopra di oggetti metallici, come della limatura di ferro, fermagli o spille.
Ora dovrebbe essere magnetizzato e attirarli, anche quando l'alimentazione è disattivata.
Aumenta la forza dell’elettrocalamita
È possibile aumentare la forza del magnete aumentando il numero di spire. Ad esempio, se raddoppi il numero di spire, raddoppi la forza del campo induttivo. Tuttavia, secondo la legge di Ohm, quando si aumenta la lunghezza del filo per fare ciò, si aumenta la resistenza elettrica, che riduce la quantità di corrente che scorre attraverso il filo. Poiché la corrente, che è il movimento degli elettroni, crea il campo, la potenza induttiva si abbassa.
Per bypassare questa perdita di corrente si può aumentare la tensione, sia modificando l'impostazione sul trasformatore oppure utilizzando una batteria più grande.
Avvertenze finali
Assicurati di mantenere la tensione entro i limiti di sicurezza. Altrimenti il rischio di fulminarti sarà elevato, così come di creare un magnete che si attacchi permanentemente al frigorifero.
