il campo magnetico Flashcards
la bussola
i fenomeni magnetici sono stati utilizzati dal 1100 d.C. dai marinai per orientarsi in mare, attraverso le bussole. l’inizio della fisica dei magneti avviene con il fisico William Gilbert con il trattato “De Magnete”. Gilbert attua degli esperimenti con una sfera magnetica, sulla quale sposta un ago magnetico. replica così i fenomeni magnetici della terra.
sostanze ferromagnetiche
la magnetite è un magnete naturale, con la proprietà di attirare il ferro.
un chiodo in condizioni normali non attira altri oggetti di ferro o acciaio. se però viene messo a contatto con un pezzo di magnetite, si magnetizza, e acquisisce questa proprietà. il chiodo diventa quindi un magnete artificiale, o calamita.
le sostanze ferromagnetiche sono i materiali in grado di essere magnetizzati, quali ferro, nichel, cobalto e le loro leghe.
i poli magnetici
l’estremità di un ago magnetico che punta verso nord è detta polo nord, mentre quella opposta polo sud. allo stesso modo tutti i magneti possiedono un polo nord e un polo sud.
i poli si individuano cercando le zone del magnete che esercitano maggiore resistenza sui poli noti di un altro magnete. infatti due poli dello stesso tipo si respingono mentre due poli opposti si attraggono
il campo magnetico
ogni magnete esercita forze sui poli di un secondo magnete. un magnete genera un campo magnetico nello spazio che lo circonda. il campo magnetico è descritto da un vettore.
per analizzare le proprietà di un campo magnetico si una un magnete di prova. questo ruota attorno al proprio asse, per poi rimanere in equilibrio.
- la direzione è data dalla retta che unisce i poli
- il verso del vettore va dal polo sud al polo nord.
le linee di campo
disponendo attorno a dei magneti della laminatura di ferro, si vede come questa disegna delle linee di campo. la laminatura si addensa attorno ai poli della calamita, perché ogni frammento si magnetizza e si dispone lungo il campo magnetico.
per disegnare le linee di campo magnetico, si pone una carica di prova all’interno del campo magnetico.
- si osservano la direzione e il verso del campo magnetico
- in quella direzione e in quel verso si sposta l’ago in un tratto di deltas molto piccolo- si determina di nuovo l’orientamento del campo magnetico.
interazione magnetica e interazione elettrica
somiglianze tra poli magnetici e cariche elettriche
- esistono due tipi di poli, nord e sud, e due tipi di cariche, positiva e negativa
- due poli dello stesso tipo si respingono e poli opposti si attraggono, come le cariche elettriche
somiglianze tra campo magnetico e campo elettrico
- sono entrambi campi vettoriali che descrivono gli effetti di una forza
- nel campo magnetico le linee di campo escono dai poli nord ed entrano nei poli sud, così nel campo elettrico le linee di campo hanno origine dalle cariche positive e convergono nelle cariche negative.
al contrario delle cariche magnetiche però, non è possibile suddividere un magnete in modo da ottenere un polo nord isolato o un polo sud isolato
forze magneti e correnti
il fisico Oersted ha per la prima volta scoperto un legame tra corrente elettrica e campo magnetico.
in un suo esperimento ha disposto nella direzione sud-nord, sopra un ago magnetico, un filo elettrico collegato a una batteria. quando nel filo passava corrente, l’ago ruotava e tendeva a disporsi perpendicolarmente al filo.
dunque un filo percorso da una corrente elettrica genera un campo magnetico.
le linee di campo magnetico di un filo percorso da corrente
mettendo della laminatura di ferro su un cartoncino bucato da un filo conduttore rettilineo perpendicolare, si vede la struttura delle linee di campo magnetiche che si formano quando il filo è percorso da corrente.
per determinare il verso delle linee di un campo magnetico perpendicolare ad un filo elettrico si usa la mano destra, puntando il pollice nel verso della corrente.
faraday / verso della forza
il fisico faraday attraverso un esperimento, ha notato che un filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza.
dunque un filo percorso da corrente elettrica posto in un campo magnetico i modo perpendicolare rispetto alle linee di campo, subisce una forza, che è perpendicolare sia al filo stesso, sia alle linee del campo magnetico. (è la forza che esce dal palmo della mano destra)
forze tra correnti
gli esperimenti mostrano una relazione tra la corrente elettrica e il campo magnetico, perché la corrente elettrica genera un campo magnetico ed è soggetta a una forza magnetica.
legge di ampere
ampere verificò sperimentalmente questo fenomeno.
- constatò che due fili rettilinei e paralleli si attraggono se sono percorsi da corrente nello stesso verso, mentre si respingono se conducono correnti elettriche che hanno versi opposti.
LEGGE DI AMPERE
a forza che agisce su un tratto di lunghezza L di ciascuno dei due fili è direttamente proporzionale a L e alle intensità i1 e i2 delle due correnti che circolano. inoltre è inversamente proporzionale alla distanza d tra i fili. è invece inversamente proporzionale alla distanza d tra i fili.
formula legge di ampere
nel S.I. l’espressione della forza di ampere nel vuoto è
F = μ0 / 2π i1i2 / d x L
dove μ0 / 2π corrisponde alla costante di proporzionalità km nel vuoto
μ è la costante di permeabilità magnetica del vuoto e vale 4π x 10 -7 N / A2
definizione dell’ampere
fino al 2019, il valore di 1A era assegnato alla corrente che, in due lunghi fili rettilinei paralleli posti a 1m di distanza tra loro, produce una forza di 2 x 10-7 N su ogni metro di lunghezza del filo.
la nuova definizione si basa sulla carica elementare, a cui è attribuito il valore esatto e = 1,6 x 10-19 C. la carica di 1 ampere è pari al transito di un numero di cariche elementari uguale a 1/1,6x10-19 ogni secondo.
l’intensità del campo magnetico
per definire l’intensità o modulo di b->:
- prendere un filo conduttore attraversato da una corrente di intensità i, usandone un tratto di lunghezza l come filo di prova
- immergere il filo di prova nel campo da studiare
la forza magnetica sul filo di prova dipende dalla sua inclinazione rispetto alle linee del campo magnetico e il suo modulo è massimo quando il filo e il campo sono perpendicolari.
il modulo f della forza magnetica è direttamente proporzionale a i e l. dividendo F per il si ottiene la costante B , che non dipende da i e l, ma solo dalle caratteristiche del magnete o della corrente elettrica da cui ha origine il campo magnetico e dal punto in cui è posto il filo di prova rispetto a tale sorgente
B come intensità del campo magnetico si calcola con B = F / il ( N / A x m) questa unità di misura è detta tesla nel S. I.
il campo elettrico di un filo percorso da corrente
per il terzo principio della dinamica, la forza magnetica F->2->1 del filo 2 sul filo 1 è uguale e opposta a F->1->2.
quindi due fili con correnti equiverse si attraggono.
