Il campo magnetico può essere generato da 3 tipi di sostanze:

magnete permanente = la magnetite ha la proprietà di attrarre la limatura di ferro

materiali magnetizzati = la sostanza diventa una calamita

filo percorso da corrente elettrica

Avvicinando due magneti possono esserci due casi:

si attraggono

N S N S

2) si respingono

S N N S

ANALOGIE CON IL CAMPO ELETTRICO

CAMPO ELETTRICO

+ + - - + +

+ + - +

+ + - +

+ + - +

+ + - - + +

B è elettrizzato per induzione. Se taglio il corpo B, una parte è carica positivamente, l'altra negativamente. Se elimino A le due parti di B rimangono cariche, una positivamente, l'altra negativamente

le cariche di segno opposto si possono dividere

CAMPO MAGNETICO

N S N S

Nel campo magnetico non si possono separare le cariche nord da quelle sud

CAMPO ELETTRICO

L'elemento per vedere se c'è un campo elettrico è la carica di prova q_prova

E

q_prova

CAMPO MAGNETICO

L'elemento per vedere se c'è un campo magnetico è l'aghetto magnetico

L'aghetto:

è costituito da 2 punte (N e S).

subisce un momento (due forze che lo fanno ruotare) fino a che si ferma per inerzia. Nel punto A c'è un campo magnetico diretto secondo l'asse NS. Per convenzione il verso va da S a N

Anche nel campo magnetico, come nel campo elettrico, si usa la rappresentazione tramite le linee di forza

a) FILO PERCORSO DA CORRENTE ELETTRICA

Un filo è percorso da corrente i.

Spargo della limatura di ferro.

Chiudo il circuito e noto che gli aghetti formano tante circonferenze concentriche che hanno per centro il filo

intorno al filo c'è un campo magnetico

gli aghetti rappresentano le linee di forza del campo magnetico

I poli nord (neri) degli aghetti magnetici indicano il verso delle linee di campo circolari generate dal filo percorso da corrente.

REGOLA DELLA MANO DESTRA

Per determinare il verso delle linee di campo si dispone la mano destra aperta con il pollice diretto nel senso della corrente

Le dita si chiudono attorno al filo nel verso del campo magnetico

b) ESEMPIO DEL MAGNETE

N S

Se metto l'aghetto magnetico tra i due poli del magnete a forma di ferro di cavallo, noto che in qualunque posizione esso sia, si dispone sempre nello stesso modo

CONCLUDO che:

dalla parte dove l'aghetto ha il polo N, nel magnete c'è il polo S; dall'altra parte c'è il polo N del magnete

il campo magnetico si disegna con linee di forza parallele; il campo è UNIFORME

c) ESEMPIO DELLA SPIRA PERCORSA DA CORRENTE

generatore

x = retro delle linee di forza

. = punta delle linee di forza

Per trovare il verso delle linee di forza, ingrandisco di molto un pezzettino della circonferenza, che risulta come una linea retta.

N S

L'aghetto di prova si sistema con il polo nord rivolto verso il polo sud della calamita. Sappiamo che per convenzione le linee di forza vanno dal polo sud al polo nord dell'aghetto. Quindi le linee di forza di un campo magnetico generato da una calamita rettilinea vanno dal polo nord al polo sud.

La stessa cosa vale anche per il campo magnetico terrestre. Se posizioniamo un aghetto di prova vicino alla Terra, notiamo che esso si dispone con il suo polo nord verso il polo nord geografico della Terra. Di conseguenza al polo nord geografico corrisponde il polo sud magnetico; mentre al polo sud geografico corrisponde il polo nord magnetico.

Ng

Sm

Nm

Sg

Concludiamo dicendo che le linee di forza del campo magnetico terrestre vanno dal polo nord magnetico al polo sud magnetico; ma vanno dal polo sud geografico verso il polo nord geografico

Anche tra due correnti esiste una forza. Questa idea fu suggerita ad Ampere dalla considerazione che due magneti interagiscono tra di loro. Dato che corrente elettrica e magneti sono in relazione, anche due fili percorsi da corrente dovrebbero interagire.

ESPERINZA

Due fili conduttori rettilinei e paralleli sono inseriti in circuiti diversi. Quando la corrente li percorre nello stesso senso (a), essi si attraggono. Quando invece la corrente circola in sensi opposti (b), i due fili si respingono.

SPIEGAZIONE

I due aghetti magnetici si attraggono, e di conseguenza si attraggono anche i fili

OSSERVAZIONI

Le forze sono uguali come modulo e direzione, ma hanno verso opposto. Non si elidono, perché sono applicate su due corpi differenti.

Più i due fili sono lontani e più la forza è piccola

esiste anche una legge sperimentale:

i i₂ l

F = k ----------

d

dove k è una costante, che nel vuoto è uguale a 2 * 10^-7 N/A², perché:

se prendo due correnti uguali di 1A

se prendo due fili che misurano entrambi 1m

se i due fili si trovano alla distanza di 1m

noto che la forza sviluppata è uguale a 2 * 10^-7 N. Perciò k nel vuoto misura 2 * 10^-7 N/A².

X X X X X

B

X X X X X

X X X X X

X X X X X

X X X X X

B è un campo magnetico entrante

i è nota

l è la lunghezza del filo mobile

F la misurò con l'Amperometro

Devo trovare il valore di B

Chiudendo il circuito mi accorgo che il filo si muove. Il filo è perciò soggetto ad una forza

REGOLA DELLA MANO DESTRA:

dita rivolte lungo il verso del campo magnetico

pollice rivolto verso il verso della corrente

la linea perpendicolare uscente dal palmo corrisponde alla forza

Nella situazione B il filo si ferma, perché è uscito dal campo magnetico. Da qui possiamo ricavare la formula per trovare la forza:

F = ilB

Questa formula vale se consideriamo un filo perpendicolare al campo magnetico e dà la forza massima.

Se il filo non è perpendicolare al campo magnetico la forza registrata è più piccola; essa è tanto più piccola quanto più il conduttore è allineato con la direzione del campo magnetico, cioè quanto minore è l'angolo tra conduttore e linee di campo

Se il filo è parallelo al campo magnetico la forza è 0.

Dalla formula si può ricavare quella per trovare l'intensità di B

F

B = --------

il

L'intensità del campo magnetico si misura in TESLA (T), che corrisponde a N/Am

Disegno una bobina o solenoide

X X X X

Un filo percorso da corrente genera un campo magnetico. Esternamente l'intensità è quasi nulla, mentre internamente è molto concentrata.

Questo è quello che avviene nella calamita. Ampere spiegò questo fatto, immaginando che all'interno della calamita ogni atomo fosse come un piccolo circuito

Figura A

In un pezzo di ferro le rotazioni degli elettroni all'interno degli atomi generano delle correnti microscopiche che producono dei campi magnetici. Però, siccome gli elettroni ruotano su tutti i piani possibili, la somma dei loro campi magnetici dà una risultante nulla. Il campo magnetico totale è quindi 0

Figura B

La presenza di un campo magnetico B esterno impone un'orientazione ai piani su cui ruotano gli elettroni dentro un pezzo di ferro. I loro campi magnetici tendono così a disporsi lungo la direzione del campo esterno e si sommano, dando una risultante diversa da 0. In queste condizioni il ferro è una calamita

In una calamita cilindrica le correnti elettroniche sono orientate in modo tale che in ogni punto interno si annullano, perché girano in sensi opposti. Sulla superficie, dove le correnti non si annullano, scorre una corrente simile a quella che attraversa i fili di una bobina

Dall'energia elettrica passo ad energia meccanica

Un motore elettrico è costituito da una spira conduttrice immersa in un campo magnetico.

1) Quando chiudo il circuito si formano due forze che fanno ruotare su se stessa la spira. Queste due forze:

sono uguali, ma hanno verso opposto.

formano una coppia di forze

provocano la rotazione della spira sull'asse centrale immaginario

La direzione delle forze è la stessa; è la retta di azione che non è la stessa

2) Per inerzia la spira continua a muoversi e oltrepassa la posizione critica, dove le forze si annullano.

3) Oltrepassato il punto critico si riforma la coppia di forze, che tende però a riportare indietro la spira, invertendo il senso della rotazione. Prima o poi la spira si ferma nel piano perpendicolare alle linee di campo, perché le forze di attrito fermano l'inerzia della spira

4) Per far fare alla spira lo stesso movimento devo invertire il verso della corrente non appena la spira oltrepassa la posizione di equilibrio

inserisco dei semicilindri tra i due fili. Quando la spira gira, i fili si trovano collegati a poli differenti e la corrente cambia di verso