Elettromagnetismo 2 – Magnetismo

Che cos’è il magnetismo? Fisica Generale Che cos’è il magnetismo?

Magnetismo: fatti sperimentali Due “cariche” magnetiche: polo N/S. Poli uguali si respingono, poli opposti si attraggono. Fino ad oggi in natura non sono state osservate cariche magnetiche isolate (monopoli magnetici ). Campo magnetico generato da: Magneti permanenti: proprietà magnetiche intrinseche delle particelle elementari, in certe sostanze si evidenziano macroscopicamente. Elettromagneti: cariche elettriche in moto (correnti) generano campo magnetico (Oersted 1820).

Magnetismo: fatti sperimentali Le linee di forza del campo magnetico, B, vanno da N ad S formando un percorso chiuso; Si possono evidenziare con ago magnetico (bussola) o limatura di ferro…

Interazione fra cariche in movimento e campo magnetico Fisica Generale Interazione fra cariche in movimento e campo magnetico

La forza di Lorentz Una particella carica elettricamente che si muove in un campo magnetico subisce una forza proporzionale al valore della velocità dell'oggetto e perpendicolare alla direzione del moto. Pertanto, il campo magnetico non compie lavoro, ha effetto solamente sulla direzione del moto ed il suo contributo non si manifesta se l'oggetto è fermo.

La forza di Lorentz Una particella carica elettricamente che si muove in un campo magnetico subisce una forza proporzionale al valore della velocità dell'oggetto e perpendicolare alla direzione del moto. Pertanto, il campo magnetico non compie lavoro, ha effetto solamente sulla direzione del moto ed il suo contributo non si manifesta se l'oggetto è fermo.

La forza di Lorentz Carica in moto circolare uniforme Campo magnetico uniforme diretto in direzione perpendicolare al piano del moto La forza è sempre perpendicolare alla velocità Moto circolare uniforme Carica in moto circolare uniforme Il periodo e la frequenza non dipendono dalla velocità (per velocità non relativistiche); Particelle con lo stesso rapporto q/m (carica/massa) compiono un giro nello stesso tempo.

Campo magnetico generato da una corrente Filo rettilineo Esperimento di Oersted (1820): un conduttore percorso da corrente genera un campo magnetico nello spazio circostante. L’intensità del campo è data dalla legge di Biot-Savart

Campo magnetico generato da una corrente Campo magnetico di una spira Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico) Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo

Campo magnetico generato da una corrente Campo magnetico di una spira Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico) Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo La grandezza  viene detta Momento di Dipolo Magnetico

Campo magnetico generato da una corrente Campo magnetico di una spira Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico) Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo

Momento torcente su una bobina Motore elettrico Le forze magnetiche esercitano sulla spira un momento torcente che la induce a ruotare (in modo che la normale alla sua superficie tenda ad essere parallela alle linee di campo). Un commutatore inverte il verso della corrente ad ogni mezzo giro in modo che il momento torcente agisca sempre nello stesso verso.

Momento torcente su una bobina Galvanometro Il momento torcente della forza magnetica è bilanciato dal momento di richiamo elastico di una molla. Dalla misura della deflessione angolare della bobina si ricava la misura della corrente.

Campo magnetico di un solenoide Il campo di un solenoide ideale (lunghezza infinita) è uniforme e parallelo all’asse, di intensità pari a

Forza magnetica agente su una corrente Esperimento di Faraday (1821): un campo magnetico esercita una forza su un conduttore percorso da corrente La forza agente su di una corrente si ottiene sommando i contributi della forza di Lorentz su ciascun portatore di carica. La forza (sul tratto di filo l) è perpendicolare sia a B che al vettore lunghezza l (orientato come la corrente)

Forza magnetica fra due fili paralleli Il campo B generato da i1 esercita una forza F2 su i2; viceversa il campo originato da i2 esercita una forza F1 su i1. F1 e F2 sono uguali in modulo. Fili percorsi da correnti parallele e concordi si attraggono; si respingono se le correnti sono parallele e discordi.

Forza magnetica fra due fili paralleli Definizione di Ampere 1A è l’intensità di corrente (costante) che scorre in due fili rettilinei e paralleli di lunghezza infinita, se questi posti a distanza di 1 metro nel vuoto si attraggono con una forza pari a 2·10-7 N/m

Induzione elettromagnetica Fisica Generale Induzione elettromagnetica

Induzione elettromagnetica Si genera una corrente nella bobina, solo se barra magnetica e bobina sono in moto relativo. Il verso della corrente cambia a seconda che la bobina si avvicini o allontani. Se si chiude l’interruttore nel circuito primario, si ha una corrente indotta nel secondario per pochi istanti. Se si apre il circuito, la corrente indotta circola nel verso opposto per brevi istanti. La corrente indotta è quindi associata a una variazione di corrente nel primario. Se la corrente è stazionaria non si ha corrente indotta.

Induzione elettromagnetica L’orientazione del circuito L’intensità della corrente indotta aumenta se cambiamo più rapidamente l’orientazione del circuito rispetto alle linee di campo.

Induzione elettromagnetica Il flusso del campo magnetico

Induzione elettromagnetica Il flusso è massimo quando … … il campo magnetico B è perpendicolare alla superficie individuata dal circuito.

Induzione elettromagnetica Il flusso è nullo quando … … il campo magnetico B è parallelo alla superficie individuata dal circuito.

Induzione elettromagnetica Il weber Nel Sistema Internazionale il flusso si misura in weber (Wb).

Induzione elettromagnetica Il segno del flusso Per definizione, è positivo il flusso U di un campo magnetico le cui linee escono dalla faccia positiva della superficie.

Induzione elettromagnetica La variazione del flusso magnetico Se c’è una corrente indotta, ci deve essere una forza elettromotrice (indotta) che la produce: da cosa dipenderà dunque il valore di questa forza elettromotrice?

Induzione elettromagnetica La legge di Faraday-Neumann Muovere un magnete, variare una corrente, deformare un circuito oppure ruotarlo sono operazioni diverse che generano in un circuito una variazione del flusso di B e, quindi, una corrente indotta. La legge dell’induzione elettromagnetica semplifica il quadro: essa afferma che, indipendentemente dai dettagli, la sola cosa che conta è la rapidità con cui varia il flusso del campo magnetico attraverso il circuito.

Induzione elettromagnetica Qual è il verso della corrente indotta?

Induzione elettromagnetica Circola in senso orario? Se la corrente indotta circola in senso orario, Bindotto è diretto verso il basso e rinforza l’aumento di B (ΔB). Il campo indotto accentuerebbe l’aumento del flusso totale, il quale, a sua volta, creerebbe una corrente indotta più intensa e quindi un nuovo campo magnetico indotto, innescando un processo senza fine. Quale principio della fisica verrebbe violato?

Induzione elettromagnetica La corrente indotta circola in senso antiorario La corrente indotta deve circolare in senso antiorario, in modo da contrastare l’aumento del campo della calamita.

Induzione elettromagnetica Il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi alla variazione di flusso che la genera. La legge di Lenz Una corrente indotta causata da un aumento del flusso di un campo magnetico esterno B genera un proprio campo magnetico indotto, Bindotto, che ha verso opposto a quello di Biniziale; Una corrente indotta causata da una diminuzione del flusso di un campo magnetico esterno B genera un proprio campo magnetico indotto, Bindotto, che ha lo stesso verso di Biniziale.

Induzione elettromagnetica: Riassumendo Legge di Faraday Si ha una f.e.m. indotta in un circuito immerso in un campo magnetico quando varia il numero di linee di forza del campo che attraversano il circuito (o anche, quando varia il flusso di B “concatenato” con il circuito). Legge di Lenz La corrente indotta ha verso tale che il campo magnetico da essa generata si oppone alla variazione del campo magnetico che l’ha indotta.