Dai primi esperimenti alla teoria moderna VII secolo: magnetite (FeO.Fe2O3) attira limatura di ferro: proprietà non uniforme nel materiale; si manifesta in determinate parti. campioni cilindrici (magneti) nei quali tale proprietà si manifesta ai poli. XVI secolo: W. Gilbert indagine sistematica dei fenomeni magnetici; differenze elettrostatica e magnetismo. forza gravitazionale e’ attrattiva ed agisce su ogni massa forza elettrica e’ attrattiva o repulsiva ed agisce sulle cariche forza magnetica agisce su magneti correnti cariche in moto sia attrattiva che repulsiva attrattiva un metallo (magnetite) attira limatura di ferro, acciaio e di altri metalli gli estremi di due pezzi di magnetite si attraggono o si respingono esistenza di un campo magnetico naturale elemento di magnetite fa cambiare orientamento a sottile lamina di magnetite in non è possibile ottenere un equilibrio su una punta o polo magnetico isolato (monopolo) sospesa con un filo elementi costitutivi dei magneti sono i dipoli magnetici tagliando a metà una calamita compaiono sempre due poli 1800 Oersted e Ampere: legame fra fenomeni elettrici e magnetici filo percorso da corrente fa cambiare orientamento ad ago magnetico magnete fa cambiare orientamento ad un circuito percorso di corrente fili percorsi da corrente si attraggono o respingono a seconda della direzione della corrente un sistema di cariche in moto genera un campo magnetico B definisco direzione e verso del campo B utilizzando come sonda un ago magnetico (in elettrostatica: carica q) disegno le linee del campo magnetico ponendo la sonda in “tutti” i punti dello spazio attorno alla sorgente di campo (cfr. esperimento in classe) con l’ago magnetico trovo direzione e verso del campo vettoriale, ma non il modulo circuito percorso da corrente magnete permanente magnete permanente curvato ad U filo rettilineo percorso da corrente Principio di sovrapposizione: il campo B è dato dalla somma dei campi prodotti dalle singole sorgenti. oggetti estremamente diversi come la magnetite certi metalli fili percorsi da corrente sono tutti soggetti alla forza magnetica filo percorso da corrente Cariche elettriche in movimento materia sistema costituita da cariche in moto campo magnetico generato da cariche in moto cariche in moto soggette a forze magnetiche magnete permanente: la somma di tutte le correnti atomiche = 0 Il moto degli elettroni genera un campo magnetico strumento di misura: magnetometro filo percorso da corrente in presenza di campo magnetico B subisce una forza collego il filo percorso da corrente ad un dinamometro (molla tarata): allungamento/compressione della molla misura la forza magnetica F i B F i Bsen F i B F mt 2 B 1 1 qt qt Newton sec Tesla Coulomb m 1 Gauss = 10-4 Tesla particella di carica q, massa m F velocità v costante regione di spazio con B costante q B v Se la particella subisce una forza osserverò: variazione del modulo della velocità (cioè accelerazione o decelerazione) variazione della direzione di moto (una deflessione) Forza di Lorentz (deriva dall’espressione vista prima) F qv B F qvBsen Fs Fv La forza magnetica non compie lavoro B v2 FM qvB Fc m r FM Fc v r FLorentz v F B v F F v B mv qB la forza di Lorentz particelle veloci si induce una muovono in orbite traiettoria circolare larghe le particelle lente in B entrante orbite strette B uscente A parità di campo magnetico e di velocità il raggio dell’orbita dipende solo da massa della particella carica della particella Nota la carica posso effettuare una spettrometria di massa traiettoria di una particella carica in una camera a bolle in un campo magnetico traiettoria di un fascio di elettroni in un campo magnetico Se la velocità della particella carica non è ortogonale al campo magnetico la sua traiettoria è elicoidale con velocità di traslazione pari alla proiezione della velocità lungo il vettore B. Calcolare la forza (modulo direzione e verso) cui è sottoposto il filo in figura sapendo che la sua lunghezza è di 50 cm, che la corrente di 2 A lo attraversa nel senso Indicato e che il valore di B è pari a 4 T. 45 F i B F i Bsen 2 F 0.5m 2 A 4T 2.828 N 2 Per la regola della mano destra la forza è entrante Calcolare il raggio della traiettoria di un elettrone che viaggia alla velocità di 2000 m/s, immerso in un campo magnetico uniforme di 5 T come in figura. v2 FM qvB Fc m r FM Fc mv 9.1110 31 kg 2000m / s 9 r 2 . 28 10 m 19 qB 1.6 10 C 5T L’elettrone curva a sinistra, e non a destra come ci si Aspetterebbe dalla regola della mano destra, per via della carica negativa In un campo magnetico di 0,5 T che raggio avrà la traiettoria di un elettrone con velocità pari ad un decimo di quella della luce? (Sugg. La velocità della luce è un valore ben noto e facile da trovare…) Quale è la forza cui è sottoposto un filo lungo 30 cm, di resistenza 5 Ω e sotto posto ad una d.d.p. di 10 V, immerso in un campo magnetico ad esso perpendicolare? (scegliete in modo arbitrario il verso della corrente. La velocità degli elettroni all’uscita del tubo catodico della TV è circa 10000000 m/s. Nei televisori più grandi, questi elettroni devono poter compiere traiettorie con raggi fino a 50 cm. Quale deve essere il valore di B? E’ possibile mantenere in aria un filo di 50 cm pesante 10 g? Giustificare la risposta e spiegare, qualitativamente e quantitativamente, il procedimento, e gli strumenti necessari. Qual è la forza agente su una carica ferma posta in un campo magnetico di 7 T?