Campo magnetico

CAMPO MAGNETICO

Si dice campo magnetico un campo di forze generato da un magnete che ha la proprietà di esercitare delle forze. Un ago magnetico, libero di ruotare,posto in un punto di tale campo si orienterà in una determinata direzione. La direzione del campo magnetico è fornita da tale direzione mentre il verso è indicato dal polo Nord dell'ago. Siccome una carica elettrica che si muove in un campo magnetico, è sottoposta a forze da parte di quest'ultimo, possiamo dare la definizione di campo magnetico: " Esso è una regione dello spazio dove un dipolo magnetico o una carica elettrica in moto in esso, sono sollecitati da forze". Il campo magnetico è, dunque, un campo di forze e per descrivere le sue proprietà si definisce un vettore, che si indicherà con B, detto vettore induzione magnetica o vettore campo magnetico. Il verso di B è il verso Sud-Nord lungo l'asse dell' ago in equilibrio. Un campo magnetico si rappresenta mediante le linee di induzione o più semplicemente linee magnetiche. Tali linee hanno, in ciascun punto, come tangente la direzione del vettore campo magnetico B associato a quel punto e sono orientate nel verso di B. Un campo magnetico si dice uniforme se il vettore B è costante in tutti i punti del campo, cioè se ha dovunque lo stesso modulo, la stessa direzione e lo stesso verso. In tal caso le linee magnetiche sono rette parallele tra loro, distribuite ovunque con densità costante. L' insieme di tali linee viene chiamato spettro magnetico. Nella seconda metà dell'800 con l'esperienza di Oersted che scoprì che un ago magnetico, posto in vicinanza di un conduttore si mette in oscillazione quando quest'ultimo è percorso da corrente e tende a disporsi in disposizione perpendicolare a quella della corrente, si ha la prova sperimentale che una corrente elettrica genera un campo magnetico. Esso all'interno di un solenoide è uniforme. Un solenoide o bobina è costituito da un filo conduttore avvolto ad elica. Inviando in esso una corrente e visualizzando lo spettro, si può constatare che le linee di forza di un campo magnetico al suo interno sono parallele e rettilinee. Lo studio del campo magnetico all'interno di un solenoide, percorso da corrente, ha dimostrato che il campo B ha un modulo che è direttamente proporzionale al numero delle spire N di cui il solenoide è composto e all'intensità i della corrente che lo attraversa e inversamente proporzionale alla lunghezza l del solenoide stesso, ossia: B=µ(N·i)/l. la costante di proporzionalità µ è detta costante di permeabilità magnetica della sostanza posta all'interno del solenoide. Per calcolare il modulo del vettore B si fa riferimento alla Legge di Biot-Savart che afferma: "un conduttore rettilineo, percorso da corrente genera un campo magnetico il cui vettore di induzione B in qualunque punto del campo ha un modulo che è direttamente proporzionale all'intensità della corrente e inversamente proporzionale alla distanza alla quale si trova il punto considerato", ossia: B=(µ₀ /2π)·(i/d) dove µ₀ rappresenta la permeabilità magnetica del vuoto. Consideriamo l'elemento l di un conduttore rettilineo, percorso da una certa corrente i e posto tra le espansioni polari di una calamita. Osserviamo che al passaggio della corrente nell'elemento l del conduttore, quest'ultimo risulta sollecitato da una forza F. Essa è perpendicolare alla corrente i che passa nel conduttore l. Il verso di tale forza può essere ricavato mediante la regola di Fleming, detta anche regola della mano sinistra. Secondo tale regola: se il senso della corrente è diretto verso l'estremità del medio e il senso del campo è diretto verso l'estremità dell'indice, la forza in esame è diretta verso l'estremità del pollice. Quindi l'intensità della forza F che sollecita l'elemento è direttamente proporzionale ad i e l; ossia F= B·i·l , dove i e l si mantengono costanti, la forza F può variare solo sostituendo la calamita e B rappresenta la costante di proporzionalità, cioè la misura del campo magnetico prodotto dalla calamita. Ogni particella carica che si muove in un campo magnetico con velocità v e con carica q, è sollecitata da una forza F, detta Forza di Lorentz. Il modulo di tale forza è espresso dalla relazione: F=q·v·B mentre la sua direzione, perpendicolare al piano determinato da B e da v, e il suo verso sono dati dalla regola di Fleming. Infatti da: F=B·i·l si ha: F=B·l·q/t cioè: F=B·l/t·q da cui, essendo l/t il rapporto tra lo spazio percorso dalla carica q e il tempo t da quest'ultima impiegato a percorrerlo, ossia la velocità v della carica, ricaviamo: F=q·v·B. In un campo magnetico uniforme, si definisce flusso Ø del campo magnetico B, attraverso una superficie piana di area S, il prodotto Ø=B·S·cosα, dove α indica l'angolo tra B e la perpendicolare orientata alla superficie S.