Magnetismo

Prof. Mario Angelo Giordano

Fenomeni magneticiIl magnete ha sempre due estremità magnetizzate, il polo nord e il polo sud.

Avvicinando i poli, si possono respingere oppure attrarre.

Il magnete riesce ad attirare a se corpi metallici.

La forza che si esercita tra due poli magnetici è direttamente proporzionale al prodotto delle due masse magnetiche polari, è inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra le masse polari e dipende in modo direttamente proporzionale dalla caratteristica magnetica del mezzo tra esse interposto.

221

rmmkF

221

rmmkF

•K è una costante

•µ permeabilità magnetica, dipende dalle caratteristiche magnetiche del mezzo

•m1 m2 masse magnetiche dei poli

•r è la distanza tra i due poli

Un filo percorso da corrente determina la forza su un ago magnetico, questo implica che il filo in cui passa corrente è assimilabile a un magnete.

Se poniamo un grosso magnete su un tavolo di legno e avviciniamo un pezzo di ferro avvertiamo la forza che lo attrae.

La presenza della massa magnetica determina una deformazione nello spazio circostante che definiamo CAMPO MAGNETICO.

Un qualsiasi oggetto magnetico inserito in questo campo avverte una forza di valore:

2

'*r

mmkF Il rapporto tra la forza magnetica esercitata in un punto dello spazio e la massa magnetica che subisce tale forza è una misura dell’intensità del campo, indicata come INDUZIONE MAGNETICA:

2' rmk

mFB

Come il campo elettrico anche l’induzione magnetica è una grandezza vettoriale.

L’unità di misura dell’induzione magnetica è il tesla (simbolo T), è particolarmente usato un sottomultiplo del tesla, il gauss (simbolo G)

1 G= 10 -4 T

Flusso dell’induzione magnetica

In una superficie dello spazio in cui esiste un campo magnetico è presente un flusso dell’induzione magnetica

SB*L’unità di misura è il weber (simbolo Wb)

Intensità di campo magnetico

BH [A/m]

Proprietà magnetiche dei materiali

HB

r 07

0 10*4

Il rapporto:

rappresenta la permeabilità magnetica assoluta.

L’unità di misura è l’henry su metro [H/m]

Utilizzando il valore relativo, la permeabilità magnetica assoluta può essere scritta anche in questo modo:

La permeabilità nel vuoto è:

mH

In funzione del valore della permeabilità magnetica relativa, i materiali si dividono:

1.Materiali diamagnetici

2.Materiali paramagnetici

3.Materiali ferromagnetici

Materiali diamagnetici

I materiali che presentano tale comportamento sono il rame, il bismuto, l’oro, l’acqua e l’argento.

Presentano un valore della permeabilità relativa inferiore a 1 e che hanno proprietà magnetiche peggiori di quelle del vuoto.

Materiali paramagnetici

Presentano un valore di permeabilità relativa leggermente superiore a 1 e che hanno caratteristiche magnetiche migliori di quella a vuoto.

I materiali che hanno questo comportamento sono l’aria, l’alluminio, il platino, il caucciù e lo stagno.

Materiali ferromagnetici

Presentano un valore di permeabilità relativa molto maggiore di 1 avendo proprietà magnetiche molto migliori del vuoto.

Materiali che presentano queste caratteristiche sono il ferro, il cobalto, il nichel e tutte le loro leghe (es. acciaio e ferriti)

Ciclo d’isteresi di un materiale ferromagnetico

Circuiti magneticiLa struttura più interessante e più utilizzata per generare un campo magnetico è il solenoide.

Un filo avvolto elicoidalmente su un supporto cilindrico.

Le volte che il filo viene avvolto sul cilindro è indicato come numero di spire N.

Se avvolgiamo N spire accostandole accuratamente le une alle altre si ottiene la lunghezza l data dalla distanza tra la prima e ultima spira.

Se facciamo passare la corrente I in un punto qualsiasi del solenoide (es. punto A) è presente un campo magnetico, la cui intensità vale:

mAspire

lNIH

Avvolgendo il solenoide su un nucleo si realizza un CIRCUITO MAGNETICO

La causa che determina la presenza di flusso di induzione magnetica è la forza magneto motrice (f.m.m.)

f.m.m.=N*I [Aspire]

Riluttanza magneticaLa riluttanza magnetica rappresenta la proprietà di un corpo di opporsi alla presenza di un flusso di induzione magnetica quando è interessato da una differenza di potenziale magnetico.

1 HSl

•µ la permeabilità magnetica assoluta del materiale di cui è composto il componente

•S la sezione interessata dal flusso

•l la lunghezza del percorso medio del flusso nel componente

Strutture fondamentaliStruttura toroidale

2)(2 maxmin rrl

Struttura a gioghi e colonne

Circuito magnetico formato da più tronchi differenti

Legge di Hopkinson

Wbmmf

...

Differenza di potenziale magnetico

AspU M Il segno della f.m.m. generata da un solenoide dipende dal verso di percorrenza nel solenoide stesso.

Componenti in serie e parallelo

21 eq

Due componenti in serie possono essere sostituiti da un componente equivalente:

21

111

eq

Due componenti in parallelo possono essere sostituiti da un componente equivalente:

Regola del cavatappi