IL CAMPO MAGNETICO

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)

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.

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.

Sperimentalmente si osserva che alcuni metalli (ferro, acciaio, 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.

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 . 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 al sistema che intendiamo esaminare.

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

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 oppure usare la limatura di ferro. I granelli di ferro immersi nel campo magnetico si magnetizzano e fungono da aghetti magnetici.

Distribuzione della limatura di ferro di campo attorno ad una barretta magnetica

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.

Distribuzione della limatura di ferro di campo attorno ad una calamita ad U Distribuzione delle linee di campo

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

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

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.

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:

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

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.

Le linee di campo hanno una distribuzione che ricorda quella di una barretta magnetica

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;

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;

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:

Unità di misura Il campo magnetico è una grandezza derivata L’equazione dimensionale si ricava dall’espressione della forza magnetica: [B]=[MT-2I-1] Nel SI il campo magnetico si misura in Tesla (T)