IL CAMPO MAGNETICO
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Le calamite
Le prime osservazioni dei fenomeni magnetici risalgono
all’antichità, agli antichi greci era nota la proprietà della
magnetite di attirare la limatura di ferro.
È noto che un ago magnetico libero di ruotare intorno ad
un asse verticale si orienta con una delle sue estremità
verso il Nord (tale estremità viene detta polo Nord) e l’altra
verso il Sud (tale estremità viene detta polo Sud)
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Le calamite interagiscono tra loro
con forze attrattive o repulsive: poli di
diversi si attraggono, poli dello stesso
tipo si respingono.
Non è possibile isolare un
polo nord o un polo sud:
spezzando una calamita si
ottengono due calamite, ciascuna
con la sua coppia di poli nord e
sud.
Questo ci fa supporre che non
esista il monopolo magnetico.
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Se avviciniamo un corpo elettrizzato, non metallico, ad una
calamita, osserviamo che questi non interagisce con la calamita.
Questo significa che le forze attrattive e repulsive agenti tra
magneti non sono forze di tipo elettrostatico, ma che
appartengono ad una nuova classe di forze, le forze magnetiche.
Possiamo supporre che tutti i corpi che interagiscono con le
calamite interagiscono magneticamente e che a loro volta si
comportino come magneti.
Sperimentalmente si osserva che un filo percorso da corrente
è in grado di far ruotare un aghetto magnetico o che a sua volta è
sottoposto ad una forza quando viene avvicinato ad un magnete,
questo vuol dire che i fili percorsi da corrente si comportano come
magneti.
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Sperimentalmente si osserva che alcuni metalli
(ferro, acciaio,..) si magnetizzano, cioè sono attratti dalle
calamite e a loro volta sono in grado di attrarre altri pezzi di
ferro.
Questi metalli possono essere magnetizzati per :
•Contatto (è posto sopra il magnete)
•Induzione (è posto nelle immediate vicinanze di un
magnete o meglio è inserito all’interno di una bobina
percorsa da corrente)
•Strofinio (per esempio le punti di una forbice).
I magneti possono essere permanenti o temporanei.
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Magneti, correnti , e , come vedremo in seguito, campi
elettrici variabili nel tempo, modificano lo spazio creando
interazioni di tipo magnetico o meglio un campo di forze
magnetiche.
Il campo magnetico è un campo vettoriale rappresentato
dal vettore induzione magnetica B . Esso risulta definito in un
un punto dello spazio quando se ne conoscono intensità,
direzione e verso.
Per esplorare le proprietà del campo magnetico
possiamo utilizzare un magnete di prova, cioè un piccolo ago
magnetico, che genera un campo magnetico abbastanza
debole da non disturbare quello dovuto Bal sistema che
intendiamo esaminare.
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Poniamo un magnete di prova in un certo punto dove
vogliamo studiare il campo elettrico. Osserviamo che
l’aghetto magnetico ruota finché non si dispone in una
posizione di equilibrio stabile.
Definiamo la direzione e il verso del campo magnetico
nel punto:
• La direzione è data dalla retta che unisce i poli nord e sud
del magnete di prova
• Il verso va dal polo sud al polo nord del magnete di prova
B
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Sappiamo che le linee di campo sono tangenti punto
per punto al vettore campo magnetico.
Per disegnare sperimentalmente le linee di campo
possiamo usare dei minuscoli aghetti liberi di ruotare
F = il ÙB
oppure usare la limatura di ferro. I granelli di ferro
immersi nel campo magnetico si magnetizzano e fungono da
aghetti magnetici.
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Distribuzione della limatura
di ferro di campo attorno ad
una barretta magnetica
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Le linee di campo sono delle linee chiuse, uscenti dal polo
nord, entranti al polo sud, dirette dal polo sud verso il polo
nord all’interno della barretta.
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Distribuzione della limatura
di ferro di campo attorno
ad una calamita ad U
Distribuzione delle linee
di campo
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Distribuzione della limatura
di ferro di campo attorno ad
un filo rettilineo percorso da
corrente. La limatura è
disposta
su
un
piano
perpendicolare al filo.
Le linee di campo giacciono su
un piano perpendicolare al filo,
sono
delle
circonferenze
concentriche aventi per centro
il punto in cui il filo buca il
piano, il verso dipende dal
verso della corrente
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Il verso delle linee di
campo può essere
rappresentato
attraverso la regola
della mano destra: si
punta il pollice nel
verso della corrente, le
altre dita si chiudono
nel verso del campo
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Distribuzione della limatura di
ferro di campo attorno ad un
filo chiuso ad anello percorso
(spira) da corrente. La
limatura è disposta su un
piano
perpendicolare
al
piano contenente il filo,
passante per il centro della
spira.
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Andamento delle linee di
campo.
Le linee di campo sono
sempre chiuse, nel centro
della spira giacciono su l suo
asse. Il verso può sempre
essere rappresentato con la
regola della mano destra:
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Un solenoide è un insieme
di n spire cioè una bobina
Distribuzione
della
limatura di ferro su un
piano
secante
il
solenoide percorso da
corrente, contenente il
suo asse
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Andamento delle linee di
campo.
Si
osserva
che
all’interno del solenoide il
campo le linee di campo
sono parallele all’asse del
solenoide e di densità
costante, questo fa supporre
che sia uniforme.
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Le linee di campo hanno una distribuzione che
ricorda quella di una barretta magnetica
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Abbiamo visto come definire sperimentalmente le linee di
campo, come disegnare il vettore campo magnetico,
dobbiamo ora stabilire come misurarne l’intensità.
Nel 1821 M.Faraday scoprì che un filo percorso da
corrente subisce una forza.
Sperimentalmente è possibile
dimostrare che:
•La forza è nulla se il filo percorso
da corrente è parallelo alle linee
di campo;
•A parità di corrente, lunghezza
del filo, campo magnetico la forza
aumenta
all’aumentare
dell’angolo formato tra il filo e il
vettore campo magnetico;
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• A parità di intensità di corrente,
lunghezza del filo e intensità del
campo magnetico la forza assume
valore massimo quando il filo è
perpendicolare alle linee di campo;
• In ogni caso la forza è perpendicolare
al piano individuato dal filo e dal
campo magnetico;
• Se si inverte il verso della corrente si ottiene una forza
opposta alla precedente;
• Fissato l’angolo formato tra il filo e il campo magnetico, la
lunghezza del filo e l’intensità del campo magnetico, si
verifica che la forza è direttamente proporzionale
all’intensità di corrente;
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• Fissato l’angolo formato tra il filo e il campo magnetico,
l’intensità di corrente e l’intensità del campo magnetico, si
verifica che la forza è direttamente proporzionale alla
lunghezza del filo
• Fissato l’angolo formato tra il filo e il campo magnetico, la
lunghezza del filo e l’intensità di coorente, si verifica che la
forza è direttamente proporzionale all’intensità del campo
magnetico.
Alla luce di questi risultati la la forza agente sul filo
rettilineo percorso da corrente immerso in un campo
magnetico deve essere espressa come il prodotto
vettoriale:
F = ilÙB
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F = ilÙB
F = ilBsena = ilB^
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Unità di misura
• Il campo magnetico è una grandezza derivata
• L’equazione dimensionale si ricava dall’espressione della
forza magnetica:
éFù
éBù = ë û
ë û éù éù
ëiû × ëlû
[B]=[MT-2I-1]
• Nel SI il campo magnetico si misura in Tesla (T)
N
T=
A×m
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