Ce este electromagnetismul? Cum poți învăța despre el prin experimente cât se poate de interesante?

Electromagnetismul studiază forțele și fenomenele care apar atunci când electricitatea și magnetismul interacționează. Te poți gândi la particule încărcate electric, câmpuri magnetice și forme variate de energie generate de mișcarea electronilor. Fenomenul devine ușor de înțeles prin teste practice, pentru că există experimente accesibile care îți prezintă principii precum inducția electromagnetică, atracția dintre polii magnetici și multe altele. Folosind un kit de experimente electromagnetice, vei avea la dispoziție bobine, magneți, fire conductoare și alte elemente necesare.

Care sunt principiile fundamentale ale electromagnetismului?

Teoria electromagnetică descrie modurile în care sarcina electrică și câmpul magnetic interacționează. Când un electron se deplasează printr-un conductor, generează în jurul său un câmp magnetic. Această legătură între curent și magnetism este demonstrată prin diverse formule și experimente.

Câmpul electric apare în jurul unei sarcini electrice și influențează alte sarcini din apropiere. Forța este cu atât mai mare, cu cât distanța este mai mică și intensitatea sarcinii este mai ridicată. Formula se bazează pe legea lui Coulomb, care stabilește că forța este direct proporțională cu produsul dintre sarcini și invers proporțională cu pătratul distanței.

Dacă te-ai întrebat de ce electronii se mișcă printr-un circuit electric, trebuie să știi că ei sunt atrași de diferența de potențial de la capetele circuitului (tensiunea). Această diferență propulsează sarcinile electrice și formează curentul, care la rândul lui creează efecte magnetice.

Efectul magnetic și inducția electromagnetică

Câmpul magnetic este generat fie de magneți permanenți, fie de curent electric. În orice conductor străbătut de un curent, se creează un câmp magnetic a cărui direcție poți s-o identifici prin regula mâinii drepte (degetul mare indică sensul curentului, degetele se curbează în direcția câmpului magnetic).

Inducția electromagnetică apare atunci când un câmp magnetic variabil determină apariția unui curent electric într-un conductor apropiat. Principiul a fost formulat de Faraday și stă la baza generatoarelor și transformatoarelor care se utilizează și în prezent. Tot acest principiu ne explică modul în care îți poți construi motoare electrice simple.

Aplicații uzuale ale inducției electromagnetice

• Motoarele electrice: folosesc interacțiunea dintre un electromagnet și un magnet permanent iar curentul electric consumat determină lucru mecanic, adică mișcare
  
• Generatoarele: transformă mișcarea mecanică, adică lucrul mecanic, în energie electrică
  
• Bobinele de aprindere: aplicate în automobile, pentru a genera impulsul necesar aprinderii amestecului combustibil din cilindrii motorului.
  

Experimente de bază

Dacă îți plac experientele și ai un kit educativ de experimente electromagnetism, poți aborda diferite configurații prin care să demonstrezi interacțiuni electromagnetice.

Experimentul 1 – Electromagnet simplu

1. Pregătește o baterie de 1,5 V sau 9 V.
   
2. Folosește un fir de cupru emailat (sau un fir cu izolație normală, lăsând capetele dezizolate).
   
3. Înfășoară firul în jurul unui miez de fier (un cui de dimensiune medie), fă circa 20-30 de spire.
   
4. Conectează capetele firului la baterie.
   
5. Verifică dacă miezul de fier (cuiul, in exemplu nostru) atrage capse sau agrafe metalice atunci când firul de cupru este străbătut de curent electric.
   

Poți să ajustezi numărul de spire ca să crești sau să scazi intensitatea câmpului magnetic. Observi că, atât timp cât ai un curent prin bobină, creezi un electromagnet activ.

Acest experiment demonstrează cum curentul electric generează un câmp magnetic destul de puternic pentru a atrage obiecte mici din metal feros (cum ar fi agrafe de birou, piulite sau pilitura de fier). Dacă oprești conexiunea cu bateria, magnetismul bucății de fier dispare.
Atenție, dacă lași mai mult de câteva secunde firele de cupru în contact cu bateria acestea se pot supraîncălzi și chiar te poți arde!

Experimentul 2 – Motor electric rudimentar

1. Ia o bucată de sârmă din cupru, subțire și flexibilă.
   
2. Confecționează o bobină în formă de cerc, lăsând două extremități drepte.
   
3. Rașchetează parțial izolația de pe capetele bobinei, apoi așaz-o pe doi suporți metalici conectați la o baterie.
   
4. Pune un magnet permanent sub bobină și încearcă să creezi un spațiu în care bobina să se poată roti liber.
   
5. După ce faci conexiunile, învârte bobina ușor.
   

Bobina începe să se rotească datorită interacțiunii dintre câmpul magnetic al magnetului permanent și cel produs de curent. Când contactul e bine făcut și bobina are suficientă libertate de mișcare, rotația bobinei se stabilizează.

Aspecte practice

• Poți folosi două agrafe de birou deschise, fixate pe o bază de lemn, drept suporți de contact.
  
• Bateria folosită trebuie să aibă un voltaj mic, pentru a nu supraîncălzi firul.
  

Dacă ai componente precum bobine suplimentare, condensatori, diodă LED, întrerupătoare sau chiar un multimetru, te poți aventura în experimente mai sofisticate. Ele completează imaginea de ansamblu despre electromagnetism, introducând noțiuni de circuit în curent continuu sau fenomene de auto-inducție.

De ce să faci experimente cu electromegnetismul?

Prin experimente învățăm și reținem mai ușor informații complexe. Ai avantajul de a înțelege direct concepte complicate și greu de înțeles, pe care altfel le-ai citi doar în manuale.Practic, cu un kit de electromagnetism îți clarifici noțiuni teoretice pe care le înveți la orele de fizică. Sau poți folosi pentru început doar un electromagnet simplu pentru experimente.

Iar dacă experimentele ți s-au părut interesante și vrei să înveți și alte lucruri interesante despre fizică aplicată îți recomandăm să încerci fenomenele de magnetism și electromagnetism. Poți realiza experimente fascinante cu magneți sau, de ce nu, experimente de optică, care explică diverse principii de optică și îți oferă șansa să te joci cu lumina în moduri captivante.