Dai primi esperimenti alla teoria moderna

Presentazione sul tema: "Dai primi esperimenti alla teoria moderna"— Transcript della presentazione:

1 Dai primi esperimenti alla teoria moderna
Il magnetismo Dai primi esperimenti alla teoria moderna

2 Fenomeni magnetici 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.

3 Natura della forza magnetica
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 gli estremi di due pezzi di magnetite si attraggono o si respingono un metallo (magnetite) attira limatura di ferro, acciaio e di altri metalli

4 tagliando a metà una calamita compaiono sempre due poli
Dalla forza al campo esistenza di un campo magnetico naturale elemento di magnetite fa cambiare orientamento a sottile lamina di magnetite in equilibrio su una punta o sospesa con un filo tagliando a metà una calamita compaiono sempre due poli non è possibile ottenere un polo magnetico isolato (monopolo) elementi costitutivi dei magneti sono i dipoli magnetici

5 Sorgenti del campo legame fra fenomeni elettrici e magnetici
1800 Oersted e Ampere: legame fra fenomeni elettrici e magnetici filo percorso da corrente fa cambiare orientamento ad ago magnetico fili percorsi da corrente si attraggono o respingono a seconda della direzione della corrente magnete fa cambiare orientamento ad un circuito percorso di corrente le azioni magnetiche sono la manifestazione di interazioni tra cariche elettriche in movimento

6 Il campo magnetico direzione e verso
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

7 Il campo magnetico: esempi
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.

8 Origine del campo magnetico
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

9 Intensità del 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

10 Unità di misura 1 Gauss = 10-4 Tesla

11 Cariche in moto: forza magnetica
particella di carica q, massa m velocità v costante regione di spazio con B costante 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) La forza magnetica non compie lavoro

12 Moto di una carica in un campo magnetico uniforme
FLorentz B v v F B la forza di Lorentz induce una traiettoria circolare particelle veloci si muovono in orbite larghe le particelle lente in orbite strette B entrante 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

13 fascio di elettroni in un campo magnetico
Esempi di traiettorie 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. traiettoria di una particella carica in una camera a bolle in un campo magnetico traiettoria di un fascio di elettroni in un campo magnetico

14 Esercizi 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. Per la regola della mano destra la forza è entrante

15 Esercizi 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. L’elettrone curva a sinistra, e non a destra come ci si Aspetterebbe dalla regola della mano destra, per via della carica negativa

16 Per casa… 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 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?