Un disco di materiale conduttore non ferromagnetico (nel nostro caso rame che è una sostanza diamagnetica, si può utilizzare anche alluminio) viene posto in rotazione sotto un ago magnetico: l'ago comincia a ruotare, se libero, a causa delle correnti indotte dentro il disco conduttore.
Questo fenomeno fu scoperto da Arago e reso noto nel 1824
suscitando subito l'interesse di tutti gli scienziati del tempo.
Successivamente si realizzò il fenomeno simmetrico:
ponendo
in rotazione un magnete si può far ruotare un disco di materiale
non ferromagnetico. Per realizzare ciò bisognerebbe diporre di
un disco che ruoti con piccolissimo attrito.
Dopo i primi erronei tentativi di spiegazione basati
sull'improvviso manifestarsi di poli magnetici nella materia, Faraday
riuscì a dare la corretta interpretazione nell'ambito della
teoria della induzione elettromagnetica.
Per una ricostruzione storica approfondita si può consultare Il magnetismo di rotazione: una scoperta interessante di Carla Romagnino e Laura Loy
Per una spiegazione del disco di Arago basata sia sulla
forza di Lorentz sia sulla variazione del flusso del campo magnetico
rispetto al tempo si può consultare
Liceo Foscarini - Museo virtuale di Fisica: funzionamento
dell'Apparato per il magnetismo di rotazione
Nel seguito si cerca di illustrare la spiegazione basata sulla forza di
Lorentz
Quando il disco ruota ad esempio in verso antiorario, gli elettroni di conduzione dell'alluminio subiranno la forza di Lorentz che agisce su cariche elettriche in movimento immerse in un campo magnetico (quello prodotto dall'aghetto magnetico). La forza di Lorentz agisce su una direzione perpendicolare al piano dove si trovano sia la velocità della carica sia il campo magnetico.
A causa della forza di Lorentz si stabilisce nel disco una corrente indotta che a sua volta crea un campo magnetico che interagendo con l'aghetto magnetico lo fa ruotare.
Nella figura sia la velocità che la forza di Lorentz
giacciono nel piano del disco di rame. Invece la direzione del campo
magnetico si può considerare perpendicolare a questo piano.
Per rappresentare il verso del campo magnetico si utilizza
il simbolo cerchietto con crocetta (coda della freccia) per indicare un
campo diretto verso il piano della figura mentre il simbolo del
cerchietto con un puntino (punta della freccia) indica un campo diretto
verso chi guarda.
Utilizzando la regola delle tre dita della mano destra
orientate in tre direzioni perpendicolari, si ha:
Dopo aver
posto in rotazione il disco di rame, lo
si avvicini all'aghetto magnetico sospeso ad una altezza appena
superiore a quella del disco.
Per realizzare un magnete che possa essere messo in
rotazione dal disco di rame si possono utilizzare le piccole
calamite che si vendono per le chiusure di piccoli sportelli.
Queste piccole calamite hanno i poli magnetici su due facce
opposte. In seguito a ciò è necessario prendere una
piccola striscia di lamierino ed attaccarvi due calamite con i poli
opposti.
Si può provare ad utilizzare una unica calamita
oppure due calamite attaccate con lo stesso polo e cercare di ripetere
l'esperimento.
Provare anche ad avvicinare un oggetto di ferro al disco di
rame e vedere cosa succede.
Liceo Foscarini - Museo virtuale di Fisica: funzionamento dell'Apparato
per il magnetismo di rotazione