Dai primi esperimenti alla teoria moderna

VII secolo: magnetite (FeO.Fe2O3) attira limatura di ferro:proprietà non uniforme nel materiale;si manifesta in determinate parti.

campioni cilindrici (magneti) nei quali tale proprietà si manifesta ai poli.

XVI secolo: W. Gilbert indagine sistematica dei fenomeni magnetici;differenze elettrostatica e magnetismo.

forza gravitazionale e’ attrattiva ed agisce su ogni massaforza elettrica e’ attrattiva o repulsiva ed agisce sulle cariche forza magnetica

agisce su magneticorrenticariche in moto

un metallo (magnetite) attira limatura di ferro, acciaio e di altri metalli

attrattiva gli estremi di due pezzi

di magnetite si attraggono o si respingono

sia attrattiva che repulsiva

elemento di magnetite fa cambiare orientamento a sottile lamina di magnetite in equilibrio su una punta o sospesa con un filo

esistenza di un campo magnetico naturale

tagliando a metà una calamita compaiono

sempre due poli

non è possibile ottenere un polo magnetico isolato (monopolo)

elementi costitutivi dei magneti sono i dipoli magnetici

filo percorso da corrente fa cambiare orientamento ad ago magnetico

magnete fa cambiare orientamento ad un circuito percorso di corrente

fili percorsi da corrente si attraggono o respingono a seconda della direzione della corrente

1800 Oersted e Ampere: legame fra fenomeni elettrici e magnetici

un sistema di cariche in moto genera

un campo magnetico B

definisco direzione e verso

del campo B utilizzando come sonda un ago magnetico

(in elettrostatica: carica q) disegno le

linee del campo magnetico ponendo la sonda in “tutti” i punti dello spazio attorno alla sorgente di campo (cfr. esperimento in classe)

con l’ago magnetico trovo direzione e verso del campo vettoriale, ma non il modulo

magnete permanente

circuito percorso da

corrente

magnete permanentecurvato ad U

filo rettilineo percorso da

corrente

Principio di sovrapposizione: il campo B è dato dalla somma dei campi prodotti dalle singole sorgenti.

oggetti estremamente diversi comela magnetitecerti metalli fili percorsi da corrente

sono tutti soggetti alla forza magnetica

magnete permanente: la somma di tutte le correnti atomiche = 0

Il moto degli elettroni genera un campo magnetico

filo percorso da corrente Cariche elettriche in movimentomateria sistema costituita da cariche in moto

campo magnetico generato da cariche in moto cariche in moto soggette a forze magnetiche

filo percorso da corrente in presenza di campo magnetico B subisce una forza

strumento di misura: magnetometro

collego il filo percorso da corrente ad un dinamometro (molla tarata):

allungamento/compressione della molla misura la

forza magneticaBseniF

BiF

BiF

TeslamCoulomb

Newton

qt

tm

qt

FB

sec

1

2

1

1 Gauss = 10-4 Tesla

Se la particella subisce una forza osserverò:

variazione del modulo della velocità (cioè accelerazione o decelerazione)variazione della direzione di moto (una deflessione)

particella di carica q, massa mvelocità v costante

regione di spazio con B costante

qvBsenF

BvqF

Forza di Lorentz (deriva dall’espressione vista prima)

vF

La forza magnetica non compie lavoro

sF

B

F

v

q

FLorentz

Bv

v

vvF

B BF

F

B uscente

B entrante

la forza di Lorentzinduce una traiettoria circolare

particelle veloci si muovono in orbite larghe le particelle lente in orbite strette

A parità di campo magnetico e di velocità il raggio dell’orbita

dipende solo da massa della particella carica della particella

qB

mvr

FFr

vmFqvBF

cM

cM

2

Nota la carica posso effettuare

una spettrometria di massa

Se la velocità della particella carica non è ortogonale

al campo magnetico la sua

traiettoria è elicoidale con

velocità di traslazione pari alla proiezione della velocità

lungo il vettore B.

traiettoria di una particella carica in una camera a bolle

in un campo magnetico

traiettoria di un fascio di elettroni in

un campo magnetico

Calcolare la forza (modulo direzione e verso) cui èsottoposto il filo in figura sapendo che la sua

lunghezza è di 50 cm, che la corrente di 2 A lo attraversa nel sensoIndicato e che il valore di B è pari a 4 T.

Per la regola della mano destra la forza è entrante

NTAmF

BseniF

BiF

828.22

2425.0

45

Calcolare il raggio della traiettoria di un elettrone che viaggia alla velocità di 2000 m/s, immerso in un campo magnetico uniforme di 5 T come in figura.

L’elettrone curva a sinistra, e non a destra come ci si

Aspetterebbe dalla regola della mano destra, per via della

carica negativa

mTC

smkg

qB

mvr

FFr

vmFqvBF

cM

cM

919

31

2

1028.25106.1

/20001011.9

In un campo magnetico di 0,5 T che raggio avrà la traiettoria di un elettrone con velocità pari ad un decimo di quella della luce? (Sugg. La velocità della luce è un valore ben noto e facile da trovare…)

Quale è la forza cui è sottoposto un filo lungo 30 cm, di resistenza 5 Ω e sotto posto ad una d.d.p. di 10 V, immerso in un campo magnetico ad esso perpendicolare? (scegliete in modo arbitrario il verso della corrente.

La velocità degli elettroni all’uscita del tubo catodico della TV è circa 10000000 m/s. Nei televisori più grandi, questi elettroni devono poter compiere traiettorie con raggi fino a 50 cm. Quale deve essere il valore di B?

E’ possibile mantenere in aria un filo di 50 cm pesante 10 g? Giustificare la risposta e spiegare, qualitativamente e quantitativamente, il procedimento, e gli strumenti necessari.

Qual è la forza agente su una carica ferma posta in un campo magnetico di 7 T?