MAGNETISMO

Magneti magneti naturali: magnetite (minerale del ferro Fe3O4) magneti artificiali: composti di Fe, Ni, Co poli magnetici: Nord e Sud I nomi dei poli magnetici derivano dall’attrazione magnetica terrestre Le forze magnetiche sono attrattive e repulsive Magnetite Impossibile separare i poli magnetici: esperimento della calamita spezzata Ago magnetico

Campo magnetico e linee di forza Campo magnetico reso visibile dalla limatura di ferro Le linee di forza del campo magnetico: sono sempre linee chiuse sono uscenti dal Nord ed entranti nel Sud la densità delle linee è proporzionale all’intensità del campo il vettore campo di induzione magnetica è tangente punto per punto alla linea Gli aghi magnetici visualizzano le linee di forza

Campo magnetico terrestre William Gilbert (1544 – 1603) declinazione magnetica (attualmente circa 11,3°) angolo che il meridiano magnetico fa con il meridiano terrestre per un dato punto della terra i inclinazione magnetica deviazione angolare dell’asse dell’ago calamitato rispetto il piano dell’orizzonte modello di Gilbert

Campo magnetico del magnete ad U e magneti stampati

Esperimento di Hans Christian Oersted (1777 - 1851) 21 luglio 1820 Ha dimostrato che anche la corrente elettrica fa deviare un ago magnetico, quindi produce un campo magnetico. Non passa corrente: l’ago magnetico è parallelo al filo, orientato secondo il campo magnetico terrestre passa corrente: l’ago magnetico ruota di 90° Invertendo la corrente: l’ago magnetico ruota in senso opposto

Legge di Biot e Savart (ottobre – dicembre 1820) Campo magnetico di un filo rettilineo percorso da corrente Prima regola della mano destra: se il pollice indica il verso della corrente allora le dita si chiudono nel verso del campo magnetico generato Legge di Biot e Savart (ottobre – dicembre 1820) Permeabilità magnetica del vuoto

Regola della mano destra: SOLENOIDE o BOBINA (avvolgimento di fili di rame) Il campo magnetico di un solenoide percorso da corrente elettrica è simile a quello del magnete rettilineo Regola della mano destra: se le dita si avvolgono come la corrente, il pollice indica il verso del vettore campo magnetico interno al solenoide

Spira e bobina linee di forza del campo magnetico di una spira percorsa da corrente le linee sono chiuse la linea centrale è ┴ al piano della spira il pollice della mano destra indica il verso del campo, se le dita si chiudono nel verso della corrente l’intensità al centro della spira è: linee di forza del campo magnetico di una bobina percorsa da corrente le linee sono chiuse all’interno della bobina le linee sono parallele e indicano un campo uniforme se il solenoide ha una lunghezza molto maggiore del suo diametro all’esterno il campo è nullo,

Misura dell’intensità del vettore di induzione magnetica B Quando chiudiamo il circuito la barretta percorsa da corrente viene spinta verso l’interno del magnete; invertendo il verso della corrente essa viene spinta verso l’esterno. Il dinamometro misura l’intensità della forza che il campo magnetico applica al conduttore. La forza di interazione corrente-magnete è direttamente proporzionale alla corrente i e alla lunghezza L del conduttore immerso nel campo magnetico B

seconda regola della mano destra: se il pollice si orienta come la corrente e le dita si stendono nel verso del campo magnetico allora la forza ha verso uscente dal palmo della mano Se B è inclinato di un angolo a rispetto al filo, la forza è minore Quando B è perpendicolare al filo si ha la massima forza Se B è parallelo al filo, la forza è nulla

TESLA Unità di misura dell’intensità del vettore di induzione magnetica B Campo magnetico terrestre: 0,610-4T = 0,6G al polo 0,310-4T = 0,3G all’equatore i più potenti elettromagneti usati nella ricerca e nell’industria raggiungono solo pochi tesla

Conduttori paralleli percorsi da correnti equiverse si attraggono Interazione corrente-corrente esperimento di Andre-Marie Ampére (1775 – 1836) 18 settembre 1820 Conduttori paralleli percorsi da correnti con versi opposti si respingono Conduttori paralleli percorsi da correnti equiverse si attraggono

Unita’ di misura di corrente nel S.I. 1) Forza di interazione tra due correnti 2) definizione dell’unità di misura della corrente nel S.I. Unita’ di misura di corrente nel S.I. L’unità di misura ampére è definita come quella corrente costante che mantenuta in due conduttori paralleli e rettilinei, di lunghezza molto grande e sezione trascurabile, alla distanza di un metro l’uno dall’altro, nel vuoto, produce tra i due conduttori una forza di 2.10-7N per ogni metro di lunghezza

Poli magnetici non separabili Flusso del vettore B, l’unità di misura è il weber (Wb) B Caso generale: Teorema di Gauss per il magnetismo Poli magnetici non separabili Il numero di linee entranti in S è sempre uguale al numero di linee uscenti

Teorema della circuitazione di Ampére Conseguenza: Il campo magnetico non è un campo conservativo!

Applicazione del teorema di Ampére alla bobina N numero di spire concatenate con la linea L lunghezza della bobina racchiusa dalla linea Densita’ di spire n = N/L

amperometro e voltmetro a bobina mobile Momento torcente di un campo magnetico su una spira percorsa da corrente Il momento di una forza é il prodotto della forza per il braccio si chiama momento magnetico della spira APPLICAZIONI: strumenti di misura di correnti e tensioni, motore elettrico amperometro e voltmetro a bobina mobile

Motore elettrico a corrente continua trasforma energia elettrica in energia meccanica

Il magnetismo della materia Proprio come l’elettricità fluisce meglio in alcuni materiali piuttosto che in altri, anche il campo magnetico riesce a “magnetizzare” più facilmente alcuni materiali piuttosto che altri. La capacità che ha un materiale di essere magnetizzato se immerso in un campo magnetico esterno è detta permeabilità magnetica relativa e si indica con mr . Assumendo che il vuoto abbia permeabilità unitaria, risulta che maggiore è il valore di mr , più facile è magnetizzare il materiale di cui si tratta. Classificazione mr DIAMAGNETICI Acqua 0,99999 Argento 0,99998 PARAMAGNETICI Aria 1,0000004 Ossigeno 1,00133 Platino 1,0002019 FERROMAGNETICI Ferro dolce 5 000 Leghe speciali 1 000 000

Il magnetismo nella materia

Momenti magnetici atomici e molecolari Momento magnetico orbitale e di spin dell’elettrone Sostanze diamagnetiche, numero pari di elettroni in ogni atomo, momento totale nullo, il materiale non ha magnetizzazione propria Sostanze paramagnetiche, numero dispari di elettroni nell’atomo, debole magnetismo proprio ad orientazione casuale Sostanze ferromagnetiche, i momenti magnetici dei singoli atomi sono allineati fra loro localmente dando luogo a ‘domini magnetici’ di forte intensità (Weiss)

B B Nelle sostanze diamagnetiche un campo magnetico esterno induce a livello microscopico, una polarizzazione magnetica orientata in senso opposto rispetto a quello del campo inducente: il campo all’interno del materiale e’ minore di quello esterno Levitazione magnetica della grafite Nelle sostanze paramagnetiche, si ha la polarizzazione magnetica per orientazione. Il campo all’interno del materiale è leggermente maggiore di quello esterno B Nelle sostanze ferromagnetiche, si ha la polarizzazione magnetica per orientazione dei domini. Il campo all’interno del materiale è molto maggiore di quello esterno

Magneti permanenti e magneti temporanei Ferro dolce magneti temporanei (elettromagneti) Acciaio magneti permanenti (ciclo di isteresi) Ferriti magneti permanenti (ossidi di ferro con aggiunta di zinco, nichel) memorie magnetiche

Magneti permanenti: ciclo di isteresi (campo coercitivo Hc o temperatura di Curie) memorie magnetiche (ossidi di ferro con aggiunta di zinco, nichel)

La lunga fila di elettromagneti in cui scorre corrente alternata, Shanghai Transrapid (maglev: treno a levitazione magnetica) motore a induzione lineare La lunga fila di elettromagneti in cui scorre corrente alternata, interagisce con i magneti posti sotto il treno, facendo avanzare il veicolo Come funziona il nastro scorrevole per il recupero dei bagagli in aeroporto?

Modello di Ampére del magnetismo dei materiali (ormai superato ma efficace) Sostanza ferromagnetica Sostanza diamagnetica Sostanza paramagnetica