MAGNETISMO E FENOMENI MAGNETICI
Fenomeni magnetici fondamentali
Magneti naturali: come la magnetite, sono sostanze che naturalmente sono in grado di attrarre oggetti ferrosi
Magneti artificiali: corpi errori (ferro, acciaio, nichel...) possono essere magnetizzati diventando calamite
Ogni magnete è formato da due poli (polo nord e polo sud). Poli opposti di magneti diversi si attraggono, poli uguali si respingono.
Un magnete modifica lo spazio ad esso circostante costituendo un campo magnetico che presenta delle linee di forza lungo le quali gli oggetti vengono attratti o respinti
Ogni linea di forza ha direzione lungo la retta che unisce i due poli del magnete e verso dal polo sud al polo nord
CAMPO MAGNETICO VS CAMPO ELETTRICO
- entrambi sono campi di forza e hanno linee di campo
- esistono due poli magnetici e due polarità elettriche
- un conduttore può essere elettrizzato, una barretta metallica può essere magnetizzata
- nell'elettrizzazione per contatto c'è trasferimento di carica, mentre nella magnetizzazione per contatto non sono trasferiti poli magnetici
- possono esistere corpi carichi solo positivamente o solo negativamente, ma non si possono separare i due poli magnetici
L'induzione elettromagnetica
Il campo magnetico, o meglio, la sua variazione di intensità, genera una corrente indotta: induzione elettromagnetica
Come può essere fatto variare un campo magnetico:
- avvicinando o allontanando un magnete si varia l'intensità del campo
- in un circuito in cui passa corrente facendo variare la resistenza e quindi l'intensità di corrente, si fa variare anche il campo magnetico che si genera al passaggio di corrente
L'intensità del campo magnetico
Per misurare l'intensità di un campo magnetico si utilizza un filo di lunghezza L percorso dalla corrente I
Il valore della forza è massimo quando il filo è perpendicolare al campo magnetico.
La forza magnetica F dipende anche dalla lunghezza del filo e dall'intensità di corrente.
B = F / IL
L'unità di misura è il Tesla (T), che corrisponde a Newton / (Ampere x metro)
La forza che agisce sul filo equivale a F = BIL se il filo è perpendicolare altrimenti, se il filo è orientato in un altro modo, si considera la componente perpendicolare di B nel calcolo (Bsena)
LEGGE DI BIOT-SAVART
il valore del campo magnetico generato da un filo percorso da corrente in un certo punto dipende dalla lunghezza del filo e dalla distanza del punto.
Campo magnetico di una spira e di un solenoide
Una spira è un filo circolare. Il campo magnetico non è uniforme: sull'asse della spira ha direzione perpendicolare al piano della spira.
L'intensità del campo varia quindi da punto a punto ed è massima nel centro della spira, come mostrato dalla formula:
Un solenoide è costituito da una bobina di filo avvolto a elica.
Considerando un solenoide ideale infinitamente esteso all'interno il campo magnetico è uniforme, all'esterno nullo.
Un solenoide reale si comporta approssimativamente come uno ideale se la lunghezza è molto maggiore al raggio delle spire.
Il campo magnetico in un solenoide ideale, infinito dipende, oltre che dalla lunghezza del solenoide e dall'intensità di corrente, anche dal numero delle spire di cui il solenoide è costituito:
Interazioni correnti e magneti
La corrente elettrica dipende da 3 grandezze
l'area del circuito indotto
l'orientazione del circuito
la rapidità di variazione del campo magnetico esterno
La legge di Fenz
Significato della legge di Lenz
Una corrente indotta , causata da un aumento B di un campo magnetico esterno B, genera un campo magnetico indotto che ha verso OPPOSTO a quello di B
Una corrente indotta, causata da una diminuzione B di un campo magnetico esterno B, genera un campo magnetico indotto che ha lo STESSO verso di B
Correnti parassite
La forza di Lorenz
3 esperimenti
Esperimento di Oersted
Esperimento di Faraday
Esperimento di Ampère
Nel 1820 Oersted scoprì un collegamento tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici disponendo un filo elettrico collegato ad una batteria, nella direzione nord-sud, sopra un ago magnetico.
nel 1821 Farady scoprì che un filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza
La verifica sperimentale del fenomeno fu fatta da Ampère subito dopo l'esperimento di Oersted
Gli elettroni risentono di una forza magnetica anche se non sono in un filo metallico
L'importante è che non siano in moto: una carica ferma non subisce forze magnetiche
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 fosse dovuto al moto delle cariche nel loro interno
agisce su una carica q in moto con velocità v in un campo magnetico B
Il modulo della forza è dato da: Fq=qvB
la direzione è perpendicolare al piano di V e di B
Il verso è dato dalla regola della mano destra
La forza di Lorenz ha sempre direzione perpendicolare alla velocità della carica, quindi al suo spostamento istantaneo
Quindi essa compie un lavoro nullo
W= Fq S= 0
La forza di Lorenz non cambia l'energia cinetica K, né quindi il valore della velocità della particella.