IL CAMPO MAGNETICO FENOMENI MAGNETICI FONDAMENTALI CARATTERISTICHE DEL CAMPO MAGNETICO INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

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1 IL CAMPO MAGNETICO FENOMENI MAGNETICI FONDAMENTALI CARATTERISTICHE DEL CAMPO MAGNETICO INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

2 MAGNETI E SOSTANZE FERROMAGNETICHE MAGNETI 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)

3 POLI MAGNETICI Ogni 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.

4 CAMPO MAGNETICO E LINEE DI CAMPO Ogni 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

5 DIPOLI MAGNETICI POLI 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

6 L ESPERIMENTO DI OERSTED Nel 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.

7 L ESPERIMENTO DI FARADAY Nel 1821 il fisico inglese Michael Faraday osservò che un filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza.

8 AMPÈRE: FORZE TRA CORRENTI Ispirato 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.

9 INTENSITÀ DEL CAMPO MAGNETICO Per 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.

10 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.

11 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.

12 CAMPO MAGNETICO DI UNA SPIRA Si 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:

13 CAMPO MAGNETICO DI UN SOLENOIDE Si 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.

14 SPIRA PERCORSA DA CORRENTE IN UN CAMPO MAGNETICO Una 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

15 LE CARICHE IN MOVIMENTO E IL CAMPO MAGNETICO Il 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.

16 LA FORZA DI LORENTZ Una carica puntiforme q che si muove con velocità v in un campo magnetico B risente di una forza Fq che è data dalla formula

17 IL SELETTORE DI VELOCITÀ

18 L EFFETTO HALL Se 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.

19 MOTO DI UNA CARICA IN UN CAMPO MAGNETICO UNIFORME La 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. ΔK=W=Fq Δs=0 La forza di Lorentz non può cambiare il modulo della velocità di una particella carica, ma la direzione del suo vettore velocità.

20 VELOCITÀ PERPENDICOLARE AL CAMPO MAGNETICO In un campo magnetico uniforme, una particella carica con velocità iniziale perpendicolare alle linee di campo compie un moto circolare uniforme.

21 RAGGIO DELLA TRAIETTORIA E PERIODO DEL MOTO Il 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.

22 MOTO ELICOIDALE Il 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.

23 TEOREMA DI GAUSS PER IL MAGNETISMO Il flusso del campo magnetico attraverso qualunque superficie chiusa è uguale a zero.

24 TEOREMA DI GAUSS PER IL MAGNETISMO

25 IL TEOREMA DI AMPÈRE La 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.

26 DEDUZIONE DEL TEOREMA DI AMPÈRE C=2 R

27 PROPRIETÀ MAGNETICHE DEI MATERIALI

28 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.

29 IL FLUSSO NELL INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Affinché 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.

30 INTERRUTTORE DIFFERENZIALE E SALVAVITA

31 LA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN

32 LA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN La 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.

33 SEGNO MENO NELLA LEGGE DI FARADAY-NEUMANN l vδt

34 LA LEGGE DI LENZ La 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 Bindotto con verso opposto a B causata da un aumento del campo magnetico esterno B, genera un campo magnetico indotto Bindotto con verso uguale a B

35 LE CORRENTI DI FOUCAULT Le 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.

36 CURIOSITÀ: FUSIONE NUCLEARE

37 Grazie per l attenzione! FRUCI MICHELE IV B