MAGNETISMO
Per definire il campo elettrico (B) si utilizza un filo di prova di lunghezza l, percorso dalla corrente i.
Sono dette ferromagnetiche le sostanze che possono essere magnetizzate;
sono ferromagnetici il ferro, l'acciaio, il cobalto, il nickel e le loro leghe.
Un solenoide è una bobina di filo avvolto a elica: all'interno del solenoide il campo è molto intenso (le linee sono fitte); all'esterno il campo è debole (linee rade); nella zona centrale le linee sono parallele ed equidistanziate: il campo è uniforme.
ESPERIMENTI
Ogni magnete ha un polo nord e un polo sud, che si individuano avvicinandolo ad una calamita.
N.B:Non è possibile suddividere un magnete in modo da avere un polo nord o un polo sud isolati.
- poli magnetici dello stesso tipo si respingono;
- poli magnetici di tipo diverso si attraggono.
Le forze agenti tra magneti si descrivono introducendo il campo magnetico che ogni magnete genera nello spazio circostante.
Utilizzando un magnetino di prova (ago), che non perturbi il sistema, definiamo in ogni punto: la direzione del campo magnetico, come la retta che unisce i poli nord e sud dell'ago; il verso come quello che va dal polo sud al polo nord del magnete di prova.
Le linee di campo magnetico si tracciano mettendo l'ago in vari punti, distanti tra loro Δs, e poi facendo tendere Δs a zero:
- In ogni punto le linee sono tangenti a B;
- il verso è uscente dai poli nord ed entrante nei poli sud;l
- a loro densità è proporzionale all'intensità di B.
CONFRONTO CAMPO ELETTRICO E MAGNETICO
ANALOGIE:
- entrambi campi di forza; entrambi sono descritti da linee di campo;
- esistono due polarità magnetiche, così come due elettriche:
- polarità uguali si respingono, diverse si attraggono;
- un conduttore scarico può essere elettrizzato, come una barretta può essere magnetizzata.
DIFFERENZE:
- nell'elettrizzazione per contatto c'è trasferimento di carica, mentre nella magnetizzazione per contatto non c'è passaggio di poli magnetici;
- si possono avere oggetti carichi positivamente o negativamente, mentre una calamita ha sempre sia polo nord che sud:
- non esistono polarità magnetiche isolate.
Nel 1821 M.Faraday scoprì cheun filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza.
La verifica sperimentale del fenomeno fu fatta da A.M. Ampère subito dopo l'esperimento di Oersted:
Nel 1820 H.C. Oersted scoprì un collegamento tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici:
Il valore della forza che agisce sul filo è massimo quando il filo è disposto perpendicolarmente al campo magnetico; si vede che il valore della forza, F, raddoppia se raddoppia i o se si raddoppia l: F è direttamente proporzionale a i e l.
Quindi:
Unità di misura: N/(A · m) detto anche tesla (T).
- F = B i l, se il filo è perpendicolare alle linee di campo;
- F = B┴ i l, se il filo ha orientamento qualsiasi. B┴ è la componente di B perpendicolare al filo.
due fili percorsi da correnti aventi lo stesso verso si attraggono;
due fili percorsi da correnti aventi versi opposti si respingono.
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Legge di Biot-Savart:
valore campo magnetico generato da un filo
Il campo di una spira (filo circolare) non è uniforme, ma sull'asse della spira il campo B ha direzione perpendicolare al piano della spira (cioè parallela all'asse).
Il campo magnetico è generato da cariche in moto ed esercita forze sulle cariche solo se sono in moto
La Forza di Lorentz agisce su una carica q in moto con velocità v in un campo magnetico B,ed è data da:
se α è l'angolo tra v e B :
- il verso è dato dalla regola della mano destra:
- ha sempre direzione perpendicolare alla velocità della carica, e, quindi, al suo spostamento istantaneo Δs, per cui W=0
La forza di Lorentz non cambia l'energia cinetica K, né quindi il valore della velocità della particella.Cambia invece la direzione e il verso del vettore v.
Una carica puntiforme q che si muove con velocità v, perpendicolare alle linee di un campo magnetico uniforme B, si muove di moto circolare uniforme.
il modulo di v è costante e la forza Fq è:
- sempre perpendicolare a v;
- sempre perpendicolare a B;
- costante in modulo:
Quindi la forza di Lorentz ha le proprietà della forza centripeta: il moto della carica è circolare e uniforme.
Per calcolare il raggio della traiettoria, uguagliamo la formula della forza di Lorentz a quella della forza centripeta: , quindi:
Il flusso del campo magnetico B attraverso una superficie S si definisce in modo analogo a quello del campo elettrico:se B è costante su tutta la superficie
Unità di misura: Weber (Wb)
Teorema di Gauss:il flusso del campo magnetico attraverso qualunque superficie chiusa Ω è uguale a zero .
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PROPRIETA' MAGNETICHE MATERIALI
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INDUZIONE ELETTROMAGNETICA:
LEGGE DI FARADAY-NEUMANN:
la forza elettromotrice indotta in un circuito è uguale al rapporto, cambiato di segno, tra la variazione del campo magnetico in un intervallo di tempo e Δt stesso:
LEGGE DI LENZ: