CAMPO MAGNETICO Hans Christian Oersted 1777-1851 CAMPO MAGNETICO Nel 1820 Oersted scoprì casualmente che nelle vicinanze di un filo percorso da corrente l’ago di una bussola si orienta perpendicolarmente al filo stesso CAMPO MAGNETICO Faraday, dopo aver ripetuto questo esperimento, scoprì che un filo percorso da corrente, oltre a influenzare un ago magnetizzato, può a sua volta essere influenzato da una calamita CAMPO MAGNETICO Ampère ipotizzò che tutti i fenomeni magnetici fossero dovuti a correnti elettriche: il magnetismo naturale delle calamite poteva essere spiegato da correnti microscopiche circolanti in essi VETTORECAMPO MAGNETICO Il vettore campo magnetico è indicato con la lettera B. Esso può essere rappresentato con le linee di forza, grossolanamente indicate dalla limatura di ferro. La sua definizione matematica è piuttosto complessa CAMPO MAGNETICO: DIREZIONE La direzione del vettore campo magnetico è quella indicata da un ago magnetico libero di orientarsi sotto l’azione del campo magnetico stesso CAMPO MAGNETICO: VERSO NORD B Il verso del campo magnetico è quello indicato dal polo nord dell’ago magnetico CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ Il vettore campo magnetico è definito tramite la forza che esso esercita su un “filo rettilineo indefinito”, ovvero un filo molto lungo e sottile in cui circola una data corrente di intensità nota CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ F B i La forza magnetica agente su un filo posto perpendicolarmente al vettore campo magnetico e’ direttamente proporzionale: • alla lunghezza L del filo • all’intensità di corrente in esso circolante CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ F B i L’intensità del campo magnetico è, per definizione, il rapporto tra la forza agente sul filo e il prodotto di lunghezza per intensità di corrente F B iL CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ F B i Se un filo è lungo un metro, vi circola una corrente di un ampère, e risulta soggetto ad una forza di un newton, allora il campo magnetico in cui è immerso ha intensità un tesla 1N 1tesla (T ) 1A 1m CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ Nikola Tesla (1856-1943) CAMPO MAGNETICO: INTENSITA’ Il campo magnetico terrestre va da 0,02 a 0,07 mT FORZA MAGNETICA F B i Dalla definizione di campo magnetico deriva la formula della forza magnetica, almeno nel caso di campo e corrente perpendicolari F i B L FORZA MAGNETICA F B i Il vettore forza è sempre perpendicolare al piano formato dal campo magnetico e dalla corrente, e il verso è dato dalla regola della mano destra: • pollice come i • indice come B • medio come F FORZA MAGNETICA F B α i Se campo e corrente non sono perpendicolari la formula della forza diventa F i B L sen FILO RETTILINEO Jean-Baptiste Biot (17741882) Felix Savart (1791-1841) FILO RETTILINEO Le linee di forza del campo magnetico generato da un filo rettilineo indefinito sono anelli concentrici al filo che giacciono su piani perpendicolari al filo stesso. LEGGE DI BIOT-SAVART L’intensità del campo magnetico è direttamente proporzionale all’intensità della corrente circolante nel filo e inversamente proporzionale alla distanza (legge di Biot-Savart). In formule: o i B 2 r LEGGE DI BIOT-SAVART La costante μo si chiama permeabilità magnetica del vuoto e il suo valore è: o 4 10 7 N/A 2 LEGGE DI BIOT-SAVART La costante μo si chiama permeabilità magnetica del vuoto e il suo valore è: o 4 10 7 N/A 2 LEGGE DI BIOT-SAVART Questo valore non è naturale ma dipende dalla definizione di Ampère: infatti, combinando la legge di Biot-Savart con la formula della forza magnetica si ottiene: o i1 i2 F L 2 r E, se i1=i2=1A, L=1m, R=1m, si ottiene F=10-7N, secondo la definizione di ampère LEGGE DI BIOT-SAVART La legge di Biot-Savart è, nel magnetismo, l’analogo della legge di Coulomb, ovvero permette di calcolare il valore del campo in una situazione elementare Filo rettilineo indefinito o i B 2 r carica puntiforme E 1 Q 2o r 2 ELETTRICITA’ E MAGNETISMO In entrambe notiamo la stessa struttura “sorgente” del campo o i B 2 r distanza costante universale E 1 Q 2o r 2 ELETTRICITA’ E MAGNETISMO Allo stesso modo possiamo paragonare le due definizioni di campo elettrico e magnetico, entrambe ricavate dall’espressione della forza prodotta dai due campi Campo elettrico F qE campo magnetico F i B L sen ELETTRICITA’ E MAGNETISMO Queste leggi rivelano una profonda analogia tra fenomeni elettrici e magnetici. Infatti, ricordando che la corrente elettrica non è altro che un moto di cariche, notiamo che entrambi i campi si accoppiano con la materia tramite la stessa proprietà, cioè la carica elettrica, anche se nel caso del campo magnetico le cariche devono essere in movimento ELETTRICITA’ E MAGNETISMO E ha origine da cariche elettriche E 1 Q 2o r 2 o i B ha origine da correnti elettriche B 2 r E agisce su cariche elettriche F qE B agisce su correnti elettriche F i B L sen ELETTRICITA’ E MAGNETISMO Esiste però un altro legame tra elettricità, magnetismo e luce: 1 o o 8 2,998 10 m / s c Questo legame verrà spiegato dalla teoria di Maxwell