Descrizione
Molti concetti che si impartiscono durante l'insegnamento dell'elettromagnetismo nella scuola secondaria di secondo grado sono supportati da esperienze di laboratorio che permettono di effettuare un'analisi qualitativa e talvolta anche quantitativa dei concetti trattati in modo teorico.
Tali esperienze permetterebbero agli studenti di consolidare il concetto di corrente di spostamento e, quindi, il meccanismo di propagazione delle onde elettromagnetiche.
A tale scopo proponiamo un esperimento che evidenzia la presenza di un campo magnetico generato all'interno del dielettrico di un condensatore piano. Il sistema è descritto in questo documento scaricabile.
Il lavoro, con il titolo Un intreccio di equazioni... di Maxwell è stato presentato dagli studenti del Liceo Scientifico Nicoloso da Recco in occasione dell'evento Elettromagnetismo, telecomunicazioni, ambiente: aspetti scientifici, tecnici e sociali raccontati dagli studenti della scuola secondaria di secondo grado che si è svolto a Genova nel mese di maggio 2006, con il supporto del Consorzio Elettra 2000.
Quarta o terza equazione di Maxwell?
Menzioniamo come quarta equazione di Maxwell quella che fa riferimento alla corrente di spostamento. Alcuni testi e trattazioni formali dell'elettromagnetismo la individuano come terza. Abbiamo usato la denominazione quarta, soprattutto perchè risulta essere l'ultima che viene presentata agli studenti dei licei.
Materiale didattico
- Rileviamo il campo elettromagnetico generato dalla corrente di spostamento (documento)
- Verifichiamo la quarta equazione di Maxwell
- Filmato dell'esperienza (7 MByte)
- Un intreccio di equazioni... di Maxwell (presentazione realizzata dagli studenti del Liceo Scientifico Nicoloso da Recco di Recco-GE)
Riproducbilità dell'esperienza
L'esperienza è facilmente riproducibile a basso costo, se si dispone di un generatore di segnali elettrici sinusoidali fino alla frequenza di 3 MHz e di un oscilloscopio. Tali strumenti sono disponibili in numerosi esemplari negli istituti tecnici industriali ad indirizzo elettronico. Molti laboratori di fisica dispongono di un oscilloscopio e, forse, di un generatore.
Il condensatore è stato realizzato con un pannello di polistirolo da cui si è ritagliata una sagoma circolare, applicando quindi sulle due superfici di base due fogli di alluminio.
L'efficacia dell'esperienza richiede alcuni accorgimenti sommariamente descritti in questo documento. È in preparazione una guida più dettagliata. Nel frattempo invitiamo i lettori intenzionati alla riproduzione del sistema a contattarci (via e-mail o telefonicamente al numero 3473859793).
Perfezionamenti e sviluppi futuri
Gli autori del progetto hanno preso in seria considerazione le preziose indicazioni fornite dai colleghi e dalla commissione di valutazione dei progetti in occasione dell'evento nazionale di Science on Stage 2.
In particolare, sarà realizzata una struttura che permetta di deviare la corrente di conduzione in un percorso tale che la generazione del campo magnetico avvenga -in sostituzione del dielettrico del condensatore- da un segmento di conduttore molto più lontano. Così facendo si simulerebbe una marcata riduzione del contributo al campo magnetico da parte della corrente di spostamento, verificando che, se così fosse, il sistema di rilevamente rileverebbe una variazione dell'ampiezza massima del campo in corrispondenza del dielettrico. Alcuni calcoli preliminari hanno mostrato che sono rilevabili variazioni aprezzabili semplicemente triplicando lo spessore del dielettrico.
Maggiori dettagli su questa prova saranno forniti verso la metà del mese di novembre 2006. Vi invitiamo a seguire gli aggiornamenti di questo sito.