IL CAMPO MAGNETICO · Il raggio dell’orbita è direttamente proporzionale alla massa della...
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IL CAMPO MAGNETICO ● FENOMENI MAGNETICI FONDAMENTALI ● CARATTERISTICHE DEL CAMPO MAGNETICO ● INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
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IL CAMPO MAGNETICO● FENOMENI MAGNETICI FONDAMENTALI
● CARATTERISTICHE DEL CAMPO MAGNETICO
● INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
MAGNETI E SOSTANZE FERROMAGNETICHEMAGNETI
● capaci di attirare oggetti di ferro
● naturali (magnetite)
● attrazione permanente
SOSTANZE FERROMAGNETICHE
● capaci di attirare oggetti di ferro dopo
essere stati avvicinati a un magnete
● artificiali
● attrazione temporanea (morbide) o
permanente (dure)
POLI MAGNETICIOgni magnete possiede un polo nord e un polo sud che si
trovano agli estremi opposti del magnete.
Poli uguali si respingono e poli opposti si attraggono .
CAMPO MAGNETICO E LINEE DI CAMPOOgni magnete genera un campo magnetico nello spazio che lo
circonda, descritto da un vettore B.
La direzione del vettore è data dalla retta che unisce i poli del
magnete; il verso va dal polo sud al polo nord
Anche il pianeta Terra genera un campo magnetico.
LINEE DI CAMPO
● tangenti in ogni punto alla direzione del campo magnetico
● uscenti dal polo nord entranti nel polo sud
● densità direttamente proporzionale all’intensità del campo
magnetico
DIPOLI MAGNETICIPOLI MAGNETICI
● polo nord e polo sud
● attrazione tra poli diversi, repulsione tra
poli uguali
● generano un campo che descrive una
forza
● “sempre magneticamente neutro”
● impossibile separare il polo nord dal polo
sud
CARICHE ELETTRICHE
● cariche positive e negative
● attrazione tra cariche diverse, repulsione
tra cariche uguali
● generano un campo che descrive una
forza
L’ESPERIMENTO DI OERSTEDNel 1820 il fisico danese Hans Christian
Oersted scoprì un legame tra fenomeni
elettrici e fenomeni magnetici, deducendo che
un filo percorso da corrente genera un campo
magnetico.
L’ESPERIMENTO DI FARADAYNel 1821 il fisico inglese Michael Faraday osservò che un filo percorso da
corrente, in un campo magnetico, subisce una forza.
AMPÈRE: FORZE TRA CORRENTIIspirato dall’esperienza di Oersted, il fisico francese André Marie
Ampère verificò che due fili percorsi da corrente esercitano una forza
l’uno sull’altro, dovuta ai campi magnetici da essi generati.
Osservò che i due fili, paralleli e rettilinei, si attraggono se le correnti
che li attraversano hanno lo stesso verso e si respingono se esse hanno
verso opposto.
INTENSITÀ DEL CAMPO MAGNETICOPer determinare l’intensità del vettore B effettuiamo diverse misurazioni della forza
magnetica che agisce su un filo percorso da corrente perpendicolare al campo
magnetico del quale si vuole determinare l’intensità.
Osserviamo che la forza F è direttamente proporzionale alla lunghezza del filo e
all’intensità di corrente che lo attraversa.
Nel Sistema Internazionale l’unità di misura del campo magnetico è il Tesla(N/Am), da
Nikola Tesla.
FORZA MAGNETICA SU UN FILO PERCORSO DA CORRENTE Dalla formula precedente possiamo ricavare l’inversa per trovare la forza che agisce su
un filo perpendicolare alla direzione al campo magnetico.
Se il filo non è perpendicolare bisogna, quindi, preso un sistema immaginario di assi
cartesiani, tenere conto solamente della componente perpendicolare al campo
magnetico.
CAMPO MAGNETICO DI UN FILO PERCORSO DA CORRENTE:LA LEGGE DI BIOT-SAVART
In un punto a distanza d da un filo rettilineo di lunghezza l, con l>d, in cui passa
corrente di intensità i, il modulo del campo magnetico è dato dalla formula
Questa legge fu formulata al fisico francese Jean Baptiste Biot e il suo allievo Félix
Savart, i quali la verificarono sperimentalmente nel 1820.
CAMPO MAGNETICO DI UNA SPIRASi definisce spira un filo conduttore piegato ad anello.
Il campo magnetico di una spira è simile a quello che si avrebbe con un magnete
posizionato nel suo centro e i poli sul suo stesso asse.
Su quest’ultimo la linea di campo magnetico coincide con esso, da ciò si deduce che
in ogni punto dell’asse di un spira circolare il campo magnetico B è perpendicolare al
piano che contiene la spira.
Il modulo del campo al centro della spira risulta:
CAMPO MAGNETICO DI UN SOLENOIDESi definisce solenoide una bobina di filo conduttore avvolto a elica (insieme di spire
circolari uguali).
Il campo magnetico esterno a un solenoide infinito percorso da corrente è nullo,
mentre quello interno è uniforme e parallelo all’asse del solenoide.
SPIRA PERCORSA DA CORRENTE IN UN CAMPO MAGNETICOUna spira rettangolare immersa in un campo magnetico uniforme, libera di ruotare
attorno a un asse perpendicolare alle linee di campo, costituisce un motore elettrico.
Un motore elettrico è un dispositivo che trasforma energia elettrica in energia
meccanica.
Il momento risultante delle forze magnetiche sulla spira ha modulo
M = i A B sen a
LE CARICHE IN MOVIMENTO E IL CAMPO MAGNETICOIl campo magnetico è generato da cariche elettriche in movimento e, a loro volta, le
cariche elettriche in movimento sono soggette a forze quando si trovano in un campo
magnetico.
LA FORZA DI LORENTZUna carica puntiforme q che si muove con velocità v in un campo magnetico B risente
di una forza F
q
che è data dalla formula
IL SELETTORE DI VELOCITÀ
L’EFFETTO HALLSe una lamina conduttrice è percorsa da corrente in direzione perpendicolare a un
campo magnetico, tra i suoi margini, in direzione trasversale sia al campo che alla
corrente, si crea una differenza di potenziale, il cui segno dipende dal segno dei
portatori di carica in movimento all’interno del materiale.
MOTO DI UNA CARICA IN UN CAMPO MAGNETICO UNIFORMELa forza di Lorentz che agisce su una carica puntiforme q in moto in un campo
magnetico B, ha sempre direzione perpendicolare alle velocità vettoriale v della carica
e quindi al suo spostamento istantaneo Δs.
La forza di Lorentz non può cambiare il modulo della velocità di una particella carica,
ma la direzione del suo vettore velocità.
ΔK=W=F
q
Δs=0
VELOCITÀ PERPENDICOLARE AL CAMPO MAGNETICOIn un campo magnetico uniforme, una particella carica con velocità iniziale
perpendicolare alle linee di campo compie un moto circolare uniforme.
RAGGIO DELLA TRAIETTORIA E PERIODO DEL MOTOIl raggio dell’orbita è direttamente proporzionale alla massa della
particella e alla sua velocità, inversamente proporzionale alla sua
carica e al campo magnetico.
Il periodo del moto circolare uniforme descritto da una particella
carica in un campo magnetico non dipende dal raggio della
traiettoria.
MOTO ELICOIDALEIl moto della carica è la composizione di:
● un moto rettilineo uniforme con velocità v
∥
nella direzione parallela a B;
● un moto circolare uniforme con velocità v
⊥ nel piano perpendicolare a B.
La composizione dei due nodi dà come traiettoria un’elica cilindrica a passo costante.
TEOREMA DI GAUSS PER IL MAGNETISMO
Il flusso del campo magnetico attraverso
qualunque superficie chiusa è uguale a zero.
TEOREMA DI GAUSS PER IL MAGNETISMO
IL TEOREMA DI AMPÈRELa circuitazione del campo magnetico lungo qualunque cammino chiuso ℒ è
direttamente proporzionale alla corrente totale concatenata con ℒ.
Una corrente si dice concatenata con il cammino chiuso ℒ se attraversa una superficia
che ha ℒ come contorno.
Il campo magnetico non è conservativo.
DEDUZIONE DEL TEOREMA DI AMPÈRE
C=2 R
PROPRIETÀ MAGNETICHE DEI MATERIALI
LA CORRENTE INDOTTA TRAMITE INDUZIONE ELETTROMAGNETICA
Nel 1831 Michael Faraday scoprì che un campo magnetico può generare una corrente
elettrica.
La corrente elettrica che percorre un circuito per effetto di un campo magnetico che
varia si chiama corrente indotta; il fenomeno mediante cui viene creata tale corrente è
detto induzione elettromagnetica.
IL FLUSSO NELL’INDUZIONE ELETTROMAGNETICAAffinché in un circuito si generi una corrente indotta, deve variare nel tempo il flusso
del campo magnetico attraverso la superficie che ha per contorno il circuito.
L’intensità di questa corrente indotta dipende dalla velocità di variazione del flusso del
campo.
INTERRUTTORE DIFFERENZIALE E SALVAVITA
LA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN
LA LEGGE DI FARADAY-NEUMANNLa legge di Faraday-Neumann mette in relazione con la rapidità con cui
varia il flusso (B) del campo magnetico attraverso la superficie delimitata
dal circuito.
SEGNO MENO NELLA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN
vΔt
l
LA LEGGE DI LENZLa legge di Lenz afferma che il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi
alla variazione di flusso che la genera.
Per un circuito fisso la legge dice che una corrente indotta:
● causata da un aumento del campo magnetico
esterno B, genera un campo magnetico indotto
B
indotto
con verso opposto a B
● causata da un aumento del campo magnetico
esterno B, genera un campo magnetico indotto
B
indotto
con verso uguale a B
LE CORRENTI DI FOUCAULTLe correnti indotte che circolano in lastre estese o blocchi spesi di materiale
conduttore sono chiamate correnti parassite o correnti di Foucault.
Le correnti di Foucault hanno effetto frenante.
CURIOSITÀ: FUSIONE NUCLEARE
Grazie per
l’attenzione!
FRUCI MICHELE
IV B 2016-2017
