Il campo magnetico

AGHI MAGNETICI E BUSSOLE
La proprietà della magnetite di attrarre ferro e altri metalli è nota fin dai tempi di Talete (VI secolo a.C.). Il primo studio moderno sui fenomeni magnetici fu svolto da William Gilbert nella seconda metà del ‘500 quando individuò nella Terra la causa dell’orientamento degli aghi magnetici, piccoli magneti usati nelle bussole già alla fine del XII secolo.

I POLI MAGNETICI
Un ago magnetico è una calamita che, sulla Terra, ruota fino a disporsi nella direzione Nord-Sud; chiamiamo polo nord l'estremo dell'ago che punta verso il Nord, polo sud l'altro; ogni magnete ha un polo nord e un polo sud, che si individuano avvicinandolo ad una calamita. Le forze agenti tra magneti si descrivono introducendo il campo magnetico B, che ogni magnete genera nello spazio circostante.

MAGNETE NATURALE E ARTIFICIALE
Fin dall’antichità, era noto che la magnetite attraesse piccoli oggetti di ferro; essa era considerata un magnete naturale. La barretta di ferro a contatto con la magnetite si è magnetizzata: è divenuta un magnete artificiale.
Sono dette ferromagnetiche le sostanze che possono essere magnetizzate; sono ferromagnetici il ferro, l'acciaio, il cobalto, il nickel e le loro leghe.

CONFRONTO TRA CAMPO ELETTRICO E CAMPO MAGNETICO

ANALOGIE

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.

  • campo magnetico e campo elettrico sono 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.

IL VETTORE CAMPO ELETTRICO
Utilizzando barre metalliche e magneti è possibile misurare la forza di attrazione o di repulsione magnetica.
L'intensità della forza magnetica diminuisce con il quadrato della distanza dai poli.

Il verso del campo magnetico è quello che va dal polo Sud al polo Nord dell’ago magnetico.

le linee del campo magnetico si possono costruire utilizzando della limatura di ferro e mettendola vicino ad un'ago magnetico. la limatura si accumula ai poli della calamita.

  • in ogni punto le linee sono tangenti a B;
  • il verso è uscente dai poli nord ed entrante nei poli sud;
  • la loro densità è proporzionale all'intensità di B.

La direzione del campo magnetico B in un punto è la retta lungo la quale si dispone un ago magnetico posizionato in quel punto.

ESPERIMENTI MAGNETICI

ESPERIMENTO DI OERSTED
Nel 1820 H.C. Oersted scoprì un collegamento tra fenomeni elettrici e magnetici. Egli dispose un filo elettrico, collegato ad una batteria, nella direzione nord-sud, sopra un ago magnetico. uando faceva passare la corrente nel filo, l'ago ruotava, tendendo a disporsi perpendicolarmente al filo stesso. Pertanto il filo percorso da corrente genera un campo magnetico.

ESPERIMENTO DI FARADAY Nel 1821 M. Faraday scoprì che un filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza.

Entrambi i loro esperimenti mostrano una relazione tra correnti elettriche e campo magnetico: una corrente elettrica genera un campo magnetico; un filo percorso da corrente risente della forza di un campo magnetico. Dunque tra due fili percorsi da corrente c’è una forza, dovuta all’effetto dei due campi prodotti

dai fili.

ESPERIMENTO DI AMPERE
Egli verificò che due fili rettilinei e paralleli si attragono se sono attraversati da correnti nello stesso verso. Invece i due fili rettilinei e paralleli si respingono se conducono correnti elettriche che hanno versi opposti.

Per due fili molto più lunghi della distanza che li separa vale la LEGGE DI AMPERE: il valore della forza che agisce su un tratto di filo lungo l è direttamente proporzionale alle intensità delle correnti nei due fili (i1 e i2) ed inversamente proporzionale alla distanza d tra essi. immagine dove nel S.I.: immagine e dove immagine è la permeabilità magnetica del vuoto. FORMULA immagine

DEFINIZIONE DI AMPERE
Il valore di micron0 è stato scelto per definire in modo operativo l’unità di misura della corrente elettrica. Una corrente elettrica ha l’intensità di 1 A se, fatta circolare in 2 fili rettilinei e paralleli molto lunghi e distanti tra loro 1 m, provoca tra essi una forza di 2 x 10^-7 N per ogni tratto di filo lungo 1 m. Infatti si ha:
immagine immagine

LA FORZA DI LORENTZ
Gli elettroni risentono di una forza magnetica anche se non sono in un filo metallico, infatti l’importante è che siano in moto perché una carica ferma non subisce forze magnetiche. Pertanto: il campo magnetico è generato da cariche in moto ed esercita forze sulle cariche solo se sono in moto. Lo stesso Ampère ipotizzò che il campo magnetico delle calamite sia dovuto al moto delle cariche nel loro interno. La forza di Lorentz agisce su una carica q in moto con velocità v in un campo magnetico B ed è data dalla formula: immagine

  • Essa ha sempre direzione perpendicolare alla velocità della carica.
  • essa compie sempre un lavoro nullo.

LA FORZA MAGNETICA
I campi magnetici curvano la traeiettoria delle cariche in movimento.

TEOREMA DI GAUSS PER IL MAGNETISMO

PROPRIETA MAGNETICHE DEI MATERIALI Possono essere:

  • ferromagnetiche: le sostanze sono attratte in maniera intensa da un magnete e si possono magnetizzare.
  • diamagnetiche: (es.: acqua, argento) le sostanze che vengono respinte da un campo magnetico.
  • paramagnetiche: (es.: aria, alluminio) le sostanze che sono debolmente attratte da un campo magnetico.