Tutti i modi possibili per realizzare un magnete permanente sono elencati nel taccuino degli studenti di Joseph Henry, che è conservato all'Università di Princeton. Henry, il fisico americano del XVIII secolo, è conosciuto – insieme a Michael Faraday – come il padre della tecnologia elettrica, quindi non sorprende che uno dei metodi che descrive utilizzi elettricità. Si scopre che se hai il giusto tipo di asta di metallo e abbastanza energia elettrica, l'induzione elettromagnetica può trasformare l'asta in un forte magnete permanente. Quanto forte? Decisamente più forte di una calamita da frigo.
Che cos'è il magnetismo?
Il magnetismo e l'elettricità non sono solo correlati, sono due facce della stessa medaglia, ed è stato il fenomeno dell'induttanza elettromagnetica, scoperto indipendentemente da Henry e Faraday, che ha portato a questo realizzazione. Gli elettroni hanno spin, che conferisce a ciascun atomo un piccolo campo magnetico. È possibile indurre gli elettroni all'interno di alcuni metalli a ruotare nella stessa direzione e ciò conferisce al metallo proprietà magnetiche. L'elenco dei metalli che lo fanno non è lungo, ma il ferro è uno di questi e, poiché l'acciaio è fatto di ferro, può anche essere magnetizzato.
Modi per creare un magnete
Tra i metodi menzionati da Henry per trasformare una normale barra di ferro o acciaio in un magnete ci sono:
- Strofina l'asta con un pezzo di metallo già magnetizzato.
- Strofina l'asta con due magneti, disegnando il polo nord di un magnete dal centro dell'asta a un'estremità mentre disegna il polo sud dell'altro magnete nella direzione opposta.
- Appendi la barra verticalmente e colpiscila ripetutamente con un martello. L'effetto magnetizzante è più forte se si riscalda l'asta.
- Indurre un campo magnetico con una corrente elettrica.
Il risultato finale di ciascun metodo è di indurre gli elettroni nell'asta a ruotare nella stessa direzione. Poiché l'elettricità è composta da elettroni, è una buona ipotesi che l'ultimo metodo sia il più efficiente.
Creare il tuo magnete
Hai bisogno di un'asta di acciaio, ferro o altro materiale che può essere magnetizzato. (Suggerimento: non ci sono molte altre scelte.) Un chiodo d'acciaio da 10d o più grande è perfetto. Se non sei sicuro che sia in acciaio, usa un piccolo magnete per testarlo. Hai anche bisogno di un piede o due di filo di rame isolato e una fonte di alimentazione, come una batteria a celle D o un trasformatore a bassa tensione che puoi collegare a una presa. Se opti per un trasformatore, assicurati che disponga di terminali a cui collegare i cavi.
Per magnetizzare l'unghia, avvolgici intorno il filo, formando più spire che puoi. Va bene sovrapporre il filo sopra le bobine che hai già avvolto. La forza del campo induttivo – e del tuo magnete – aumenta man mano che aumenti il numero di bobine, quindi sii generoso. Lascia libere le estremità dei cavi e rimuovi un pollice di isolamento in modo da poterli collegare alla fonte di alimentazione.
Collegare i cavi alla fonte di alimentazione e accendere l'alimentazione. Lascialo acceso per circa un minuto e poi spegnilo. Prova l'unghia tenendola sopra della limatura di ferro. Ora dovrebbe essere magnetizzato e attirare la limatura, anche quando l'alimentazione è spenta.
Aumentare la forza
Puoi aumentare la forza del magnete aumentando il numero di bobine. Ad esempio, se raddoppi il numero di bobine, raddoppi la forza del campo induttivo. Tuttavia, 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 diminuisce. Compensa questa perdita di corrente aumentando la tensione, modificando l'impostazione sul trasformatore o utilizzando una batteria più grande.
Avvertenze
Assicurati di mantenere la tensione entro limiti di sicurezza. Non vuoi fulminarti, né vuoi creare un magnete che si attacchi in modo permanente al frigorifero.