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Linee di forza magnetiche (esperimenti qualitativi)

Prendete del filo di rame lungo circa 4 metri e sufficientemente flessibile (calibro 12 o simile) e piegatelo (più volte) in modo da formare una bobina quadrata come in figura, di circa 20 cm di lato. Poiché vi saranno diversi avvolgimenti, affiancate tra di loro i fili con del nastro o con un filo, in modo tale che la bobina quadrata sia compatta. Le due estremità libere del filo di rame andranno poi ad essere collegate ad una batteria tramite dei cavi di collegamento. Procuratevi, poi, 5-6 piccole bussole, e posizionatele su un cartone rigido intorno al filo, come in figura. 

1. Senza collegare ancora la batteria alla bobina, osservate gli aghi delle bussole. In quale direzione puntano? Indicano tutti la stessa direzione?

2. Collegate ora la batteria alla bobina. Cosa avviene agli aghi delle bussole? Puntano tutti nella stessa direzione? Unendo idealmente gli aghi delle bussole, quale figura geometrica approssimativamente si forma? Cosa avviene se ruotate il cartone con le bussole intorno al filo?

3. Invertite i collegamenti della batteria. Cosa accade ora agli aghi delle bussole?

4. Ripetete l'esperimento posizionando il cartone rigido con le bussole attraverso il lato opposto (l'altro lato verticale della bobina), sempre perpendicolarmente al filo. Cosa cambia?

5. Infine posizionate il cartone rigido con le bussole non perpendicolarmente ad un lato della bobina, ma parallelamente ad esso, ad esempio orizzontalmente sopra il lato superiore della bobina (e, poi, sotto il lato inferiore della bobina). Cosa registrate?

Sapreste fornire una spiegazione di quanto osservato? 

Avvertimento: quando collegate la batteria alla bobina, non lasciatela collegata per più di qualche secondo (in caso contrario il filo e la batteria si surriscalderebbero e potrebbe verificarsi qualche danno).

Variante: se non trovate facilmente le piccole bussole, potreste provare a costruirle voi con degli aghi magnetizzati, appoggiati in una qualche maniera opportuna, in modo che possano ruotare liberamente.