agente esploratore (2)

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1 Ti è mai capitato di giocare con un trenino che si sposta sui binari di una linea ferroviaria di tua creazione oppure con le automobili che corrono su piste più o meno complicate? asta spingere un pulsante per farli partire... L energia elettrica, che provoca lo spostamento dei piccoli mezzi, in quale altro tipo di energia viene trasformata? Secondo te il magnetismo ha un ruolo oppure no in questa trasformazione energetica? (Tenta di motivare la risposta.) Spinto dalla curiosità, hai avuto la possibilità di vedere gli elementi che compongono il motorino interno? Quali sono? l filo rettilineo Sappiamo che la corrente elettrica genera un campo magnetico, che indichiamo con il vettore. Ora studieremo come cambia al variare delle caratteristiche geometriche del conduttore, esaminando il filo rettilineo, la spira e il solenoide. O (1) La corrente che percorre il filo rettilineo (1) genera un campo magnetico, di cui esploriamo gli effetti utilizzando il filo (2). Per individuare la direzione del vettore campo magnetico, si deve tracciare la tangente nel punto P alla circonferenza di raggio d che ha il centro nel filo (1). d (2) agente esploratore P O Per trovare il verso di basta disporre il pollice della mano destra in modo concorde con la corrente e richiudere a pugno le altre dita: il senso di queste ultime dà il verso del campo. P S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

2 2 Solenoide e motore elettrico eterminiamo il modulo del vettore. ome si può intuire, risulterà direttamente proporzionale all intensità di corrente che attraversa il filo e inversamente proporzionale alla distanza d da esso, per cui si può scrivere: = K d LEGGE OT-SRT Ricorda!... La costante K ha un valore che conosciamo già: K = μ0 = N 2π / 2 μ0 Solitamente K, che è una costante, viene posta uguale a dove μ 0 è 2 π, un altra costante detta permeabilità magnetica del vuoto che vale 4π 10 7 T m/. Possiamo allora modificare l espressione di prima, che prende il nome di legge di iot-savart, come segue: = μ0 2π d lla distanza d da un filo rettilineo percorso dalla corrente, il vettore campo magnetico ha le seguenti caratteristiche: μ0 il modulo è = ; 2π d la direzione è tangente alla circonferenza di raggio d con centro nel filo; il verso è quello delle dita della mano destra chiuse sul palmo, quando il pollice è disposto concordemente con il verso della corrente. Queste affermazioni trovano conferma nel modo con cui si dispongono la limatura di ferro o l ago magnetico nella zona attorno al filo, attraversato dalla corrente elettrica. 2 La spira circolare O O S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 MPO MGNETO L ENTRO ELL SPR Se facciamo passare la corrente di intensità in un conduttore a forma di spira circolare, con l aiuto di limatura di ferro, possiamo evidenziare le linee di forza del campo magnetico. La linea di forza in coincidenza dell asse della spira è rettilinea e perpendicolare al piano della spira. La direzione di al centro della spira è perpendicolare al piano nel quale essa giace, mentre il verso è individuato dal pollice della mano destra, una volta che le altre dita vengono fatte richiudere sul palmo, concordemente al senso di rotazione della corrente nella spira. Nel centro O il modulo dell intensità di campo magnetico è: direttamente proporzionale all intensità della corrente ; inversamente proporzionale al raggio r della spira. Possiamo riassumere quanto detto nella legge: μ = 0 2 r

3 + UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 3 antiorario orario SU NOR NOR SU Pertanto, se la corrente circola in senso antiorario, si ha che le linee del campo magnetico vanno verso destra. n pratica, paragonando la spira a un magnete, a sinistra vi è il suo polo sud e a destra il suo polo nord. + + Se la corrente circola in senso orario, a destra vi è il polo sud della spira. Ricorda!... Ponendoti di fronte a una spira, se la corrente elettrica circola dal tuo punto di vista in senso orario, allora ti trovi dalla parte del polo sud; se circola in senso antiorario, allora sei dalla parte del polo nord. O l centro (e, ribadiamo, soltanto al centro, cioè in O) di una spira percorsa da corrente, il vettore intensità di campo magnetico ha le seguenti caratteristiche: μ il modulo è = 0 ; 2 r la direzione è perpendicolare al piano della spira; il verso è quello individuato dal pollice della mano destra, quando le dita del palmo si richiudono secondo il senso di percorrenza della corrente elettrica che attraversa la spira. Se vogliamo costruire le linee di forza in altri punti nelle immediate vicinanze della spira, possiamo immaginare di suddividerle in tanti piccoli tratti quasi rettilinei e, quindi, applicare localmente le conoscenze sul campo magnetico attorno ai fili rettilinei. S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

4 4 Solenoide e motore elettrico 3 l solenoide Se consideriamo un filo conduttore avvolto a elica, abbiamo ciò che si chiama bobina o solenoide. P l solenoide è pensabile come un insieme di spire uguali, allineate secondo i loro assi, molto vicine l una all altra e disposte su piani paralleli. Nel caso in cui la lunghezza complessiva sia molto maggiore del diametro, facendo passare la corrente le linee di forza del campo magnetico hanno l andamento rappresentato nella figura. ome si vede, all interno della bobina le linee di forza sono parallele ed equidistanti, cosa che equivale a dire che il campo magnetico è uniforme. Per determinare il verso del vettore in un punto qualsiasi nella zona dentro il solenoide, basta applicare la regola della mano destra analogamente a quanto visto per una singola spira. n un punto P interno al solenoide è possibile verificare che il modulo di è: direttamente proporzionale all intensità della corrente che circola nelle spire; direttamente proporzionale al numero N di spire che caratterizzano il solenoide; inversamente proporzionale alla lunghezza l del solenoide (intesa come distanza tra la prima e l ultima spira). Possiamo perciò scrivere: S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 MPO MGNETO EL SOLENOE N = μ 0 l l vettore campo magnetico in un punto P interno al solenoide è dunque così definito: N il modulo è = μ 0 ; l la direzione è parallela all asse del solenoide; il verso è indicato dal pollice della mano destra quando le altre dita si richiudono nel senso della corrente. Ripensando a quanto detto sulla spira, se paragoniamo la bobina della figura a un magnete a forma di sbarra, dove collocheresti il polo nord e dove il polo sud? Poiché la corrente circola in senso antiorario, il nord del magnete-bobina si trova a destra, il sud a sinistra.

5 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 5 esempio Un solenoide lungo 45 cm è costituito da 1500 spire. ogliamo determinare l intensità di campo magnetico al suo interno, quando la corrente elettrica che circola vale 1,2. Prima di procedere nei calcoli, ti ricordiamo che l va espressa in metri (cioè l = 0,45 m) e ti suggeriamo di trattare numericamente la permeabilità magnetica del vuoto lasciando indicata la potenza 10 7, in modo tale che alla fine ti basterà moltiplicare il risultato per La formula che devi utilizzare è: N = μ 0 l sostituendo i valori = , 2 π 0, 45 da cui = , 2, 10 7 = 0, = , T = 50 G Ricorda!... La relazione dell intensità di campo magnetico relativa a un solenoide è tanto più corretta quanto più la sua lunghezza è grande rispetto al raggio delle spire che lo costituiscono. 4 l magnetismo e la materia erchiamo di capire quali sono le ragioni della manifestazione nella materia dei fenomeni magnetici con l ausilio del modello atomico, cioè osservando le cose dal punto di vista microscopico. bbiamo detto varie volte che gli atomi sono formati da elettroni in movimento; dunque, possiamo assimilare questo moto di cariche elettriche a una corrente che circola in una spira e che, come sappiamo, produce degli effetti magnetici. ato che tutta la materia, costituita da atomi, può essere pensata come un insieme di numerosissime e microscopiche correnti elettriche, ne consegue che qualsiasi sostanza dovrebbe evidenziare proprietà di tipo magnetico. i n realtà, ciò non accade perché il campo magnetico interno totale è determinato dal contributo dei campi magnetici i generati da ogni piccola corrente interna del mezzo materiale, i quali però, a causa della disposizione spaziale degli atomi, hanno direzioni e versi casuali che oltretutto cambiano continuamente a causa dei moti di agitazione termica. l risultato complessivo è che il campo magnetico interno totale, dato dalla somma di tutti i i, risulta praticamente nullo: erno = int 0. int erno S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

6 6 Solenoide e motore elettrico Tuttavia, quando una qualunque sostanza viene immersa in un campo magnetico esterno esterno, le microscopiche correnti elettriche interne interagiscono con esso, producendo effetti che cambiano a seconda del tipo di materiale. Su questa base, si ha una suddivisione in tre gruppi. Sostanze ferromagnetiche (ferro e leghe a base di ferro, nichel, cobalto) domini ferromagnetici esterno = 0 l loro campo magnetico interno è normalmente nullo, ma possiedono delle zone chiamate domini ferromagnetici, con un proprio campo magnetico. esterno 0 Tali domini, quando vengono sottoposti a un campo magnetico esterno, si dispongono in modo tale da allineare tutti i vettori i nella sua stessa direzione e nello stesso verso di esterno. l risultato è un intensa magnetizzazione dovuta al fatto che esterno e si sommano. interno S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 Se dentro una bobina si mette un nucleo cilindrico di materiale ferromagnetico come il ferro dolce (lega di ferro a bassissimo contenuto di carbonio), si ottiene una elettrocalamita. Quando nell avvolgimento passa corrente, il nucleo si magnetizza fortemente sotto l azione del campo magnetico della bobina e diventa, perciò, una calamita. Però, quando il passaggio di corrente viene interrotto, il nucleo si smagnetizza completamente e non funge più da calamita. Le elettrocalamite trovano impiego, tra l altro, negli altoparlanti, nelle porte di sicurezza antincendio, nei dispositivi per muovere la testina dell hard disk. Esistono dei materiali, come l acciaio e il cobalto, che una volta magnetizzati non tornano più allo stato iniziale anche se si toglie la corrente: si tratta di magneti permanenti.

7 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 7 Sostanze paramagnetiche (alluminio, aria, ossigeno, platino) i esterno = 0 esterno 0 i esterno campi magnetici dei singoli domini tendono ad allinearsi con, ma tale allineamento è ostacolato dai moti di agitazione termica degli atomi. Ne deriva una modesta magnetizzazione, che comunque rinforza, sia pure debolmente, il campo magnetico esterno. Sostanze diamagnetiche (acqua, argento, mercurio, rame, vetro) i esterno = 0 esterno 0 i esterno vettori interni si orientano in verso opposto rispetto a quello di, perciò a livello macroscopico si ha un indebolimento complessivo del campo magnetico. Link nel sito del testo 5 l motore elettrico Un interessante applicazione dell interazione tra corrente e campo magnetico è il motore elettrico. energia elettrica MOTORE ELETTRO energia meccanica l motore elettrico è un dispositivo in grado di trasformare l energia elettrica in energia meccanica (di solito cinetica), sfruttando l interazione tra campi magnetici e correnti elettriche. n definitiva, l energia che entra in questa macchina, vale a dire l energia della quale in qualche modo disponiamo, è quella elettrica; mentre l energia che esce, cioè quella forma energetica che vogliamo ottenere, è invece energia meccanica di movimento. MOTORE ELETTRO S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

8 8 Solenoide e motore elettrico l principio sul quale si basa il funzionamento del motore elettrico è il seguente. N 1 2 S N S S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 mmaginiamo di avere un unica spira di forma rettangolare anziché circolare, percorsa da corrente e immersa in un campo magnetico uniforme in modo che il piano in cui essa si trova sia parallelo al campo. bbiamo praticamente due coppie di fili paralleli posti in un campo magnetico uniforme. Sui lati e, che sono dei fili percorsi da corrente immersi in un campo magnetico uniforme, non agisce istantaneamente nessuna forza. Perché? l motivo è il seguente: dato che la corrente ha la stessa direzione del campo, si ha che = 0 e quindi = 0. onsideriamo ora i lati e. Tramite la regola della mano destra possiamo determinare le forze 1 ed 2, le quali formano una coppia, cioè due forze parallele con stesso modulo e verso opposto, caratterizzata da un momento M c (di modulo, ricordiamo, M c = d, con d uguale alla distanza tra le rette d azione delle forze) che è all origine del movimento di rotazione della spira. n definitiva, la spira ruota in senso antiorario, sino a quando il piano della spira diventa perpendicolare al campo magnetico. Ora il piano della spira è perpendicolare a. n questa posizione le due forze della coppia sono sulla stessa retta e quindi non contribuiscono più alla rotazione (con d = 0 risulta M c = d = 0 = 0). Sui lati e agiscono delle forze? E se ci sono, quali effetti hanno ai fini della rotazione? Poiché la spira ha ruotato rispetto a prima, non è più vero che l intensità di campo magnetico e la direzione della corrente elettrica siano parallele. desso le due forze, quella sul tratto e quella sul tratto si fanno equilibrio, dato che sono uguali e opposte. unque, essendo la spira rigida, cioè non deformabile, non provocano nessun effetto.

9 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 9 N 1 2 S (1) (3) (2) (4) + n realtà nel ruotare, la spira non si ferma istantaneamente nella posizione di equilibrio, ma per inerzia la oltrepassa. quel punto si forma una coppia opposta a quella di prima, che tende a riportarla nella posizione d equilibrio, facendola questa volta ruotare in senso orario. l fenomeno si ripete varie volte fino a quando, dopo alcune oscillazioni attorno alla posizione di equilibrio, se la corrente non cambia il suo verso entro la spira, quest ultima a causa dell attrito si ferma. Per far sì che la rotazione prosegua nel senso iniziale, occorre invertire istantaneamente il verso della corrente non appena la spira supera la posizione perpendicolare al campo magnetico. n questo modo, la coppia di forze mantiene costante il suo verso, permettendo che la rotazione continui. L inversione della polarità nel circuito che alimenta la spira può essere realizzata, per esempio, facendo in modo che i contatti con il generatore si invertano ogni mezzo giro. Si vede qui sopra come gli estremi della spira siano costituiti da due semianelli cilindrici che, ruotando solidalmente con la spira (al momento in posizione orizzontale), vengono a contatto alternativamente con il polo positivo e con quello negativo del generatore. nfatti, il semianello (3) tocca la spazzola (1) positiva, mentre il semianello (4) tocca la spazzola (2) negativa. Quando la spira supera la posizione verticale, il semianello (4) va a contatto con la spazzola (1) positiva, mentre il (3) tocca la spazzola (2) negativa: la polarità si inverte, la corrente circola nella spira in senso opposto al precedente, per cui la rotazione di quest ultima continua in senso antiorario. Quello illustrato è il meccanismo di base grazie al quale funziona il motore elettrico alimentato da una corrente continua, al fine di trasformare energia elettrica in energia meccanica di rotazione. bobina N S rotore veri motori elettrici, tuttavia, sono costituiti non da una sola spira, bensì da diverse bobine, ciascuna delle quali è montata su un nucleo di ferro mobile (rotore) che serve a rendere più efficace l azione del campo magnetico esterno sui fili percorsi da corrente. Nella foto si possono distinguere chiaramente le bobine di un motore elettrico. S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

10 10 Solenoide e motore elettrico STRUMENT ONSOLMENTO E ER Studiando la teoria... ostruisci il tuo riepilogo ompleta a matita le parti con i puntini. oncluso il riepilogo, verifica la correttezza dei tuoi interventi, consultando le pagine di questa Unità. 1 La corrente di intensità che percorre un filo rettilineo genera, a una distanza d dal suo asse, un campo magnetico il cui modulo è dato dalla legge di iot-savart: =... 2 Nel caso del filo rettilineo la direzione del vettore è... alla circonferenza con centro nel..., mentre il verso è quello delle dita della mano destra chiuse attorno al filo quando il pollice è nello stesso verso della... 3 l modulo dell intensità di campo magnetico al centro della spira percorsa da corrente è =... 4 Nel caso della spira la direzione di è... al piano della spira, mentre il verso è quello indicato dal... della mano destra quando le altre dita si richiudono nel senso della... 5 Un solenoide è una successione di... 6 l campo magnetico all interno di un solenoide ha la caratteristica di essere... e il modulo di è: direttamente proporzionale a... direttamente proporzionale a... inversamente proporzionale a... per cui si può scrivere: =... 7 Nel caso del solenoide, la direzione e il verso dell intensità di campo magnetico vengono determinati in modo analogo a quello della singola..., cioè tramite la... S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE Le sostanze, a seconda di come reagiscono a un campo magnetico esterno, si suddividono in:...: fanno aumentare di molto il campo magnetico esterno;...: fanno aumentare debolmente il campo magnetico esterno;...: indeboliscono il campo magnetico esterno. 9 l motore elettrico trasforma energia... in energia Una spira percorsa da corrente elettrica e collocata all interno di un..., si mette in rotazione a causa...

11 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 11 Relazioni fondamentali ssocia a ogni elemento dell insieme uno o più elementi di che siano a esso logicamente collegati. μ = 0 2 r legge diiii iot-savart solenoide filo rettilineo elettrocalamita μ = 0 2π d ferromagnetismo = μ 0 N spira circolare Test a scelta multipla 1 La legge di iot-savart afferma che il modulo del campo magnetico è: direttamente proporzionale al prodotto tra intensità di corrente e distanza dal filo inversamente proporzionale all intensità di corrente e direttamente proporzionale alla distanza dal filo inversamente proporzionale al prodotto tra distanza dal filo e intensità di corrente direttamente proporzionale al rapporto tra intensità di corrente e distanza dal filo 2 Quale fra le seguenti rappresentazioni grafiche del campo magnetico del filo rettilineo è corretta? ero-falso n relazione al campo magnetico creato dalla corrente che percorre un filo rettilineo possiamo affermare che: 1 l verso del campo è lo stesso della corrente. 2 L intensità del campo è direttamente proporzionale all intensità della corrente. 3 L intensità del campo è direttamente proporzionale alla distanza dal filo. noltre: 4 Se in una spira circolare, posta verticalmente, passa corrente, il polo sud è sempre dalla stessa parte. 5 l campo magnetico al centro di un solenoide percorso da corrente è nullo. 6 Un solenoide percorso da corrente determina un campo magnetico analogo a quello generato da un magnete a forma di sbarra. 3 Osserva la figura sotto. Quale delle seguenti affermazioni è corretta? Per l osservatore 1 il lato è un polo nord, mentre per l osservatore 2 il lato è un polo sud Per entrambi gli osservatori il lato è un polo nord, mentre il lato è un polo sud Una spira percorsa da corrente non genera nello spazio circostante nessun campo magnetico Per entrambi gli osservatori il lato è un polo sud, mentre il lato è un polo nord (2) (1) 7 Una sostanza ferromagnetica è caratterizzata, indipendentemente dal campo magnetico esterno, da un campo magnetico interno molto intenso. 8 Le sostanze diamagnetiche se avvicinate a un magnete non si magnetizzano. 9 l motore elettrico trasforma l energia meccanica di rotazione in energia elettrica. 10 l motore elettrico ruota in seguito all azione di coppie di forze. 4 l centro di una spira percorsa da corrente il modulo dell intensità di campo magnetico è: direttamente proporzionale all intensità della corrente che circola nella spira e inversamente proporzionale al raggio della spira direttamente proporzionale sia al diametro della spira sia all intensità della corrente che circola in essa inversamente proporzionale sia al diametro della spira sia all intensità della corrente che circola in essa inversamente proporzionale all intensità della corrente, ma direttamente proporzionale al raggio della spira S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

12 12 Solenoide e motore elettrico 5 Quale fra le seguenti rappresentazioni grafiche del campo magnetico di un solenoide è corretta? 6 Quale fra le seguenti formule rappresenta il modulo di in un punto interno di un solenoide? =μ 0 =μ 0 2 r N = 0 N =μ 0 l N r =μ 0 7 Sapendo che il cilindro di un materiale sottoposto a un campo magnetico esterno lo incrementa debolmente, possiamo dedurre che si tratta di una sostanza: ferromagnetica paramagnetica non magnetizzabile diamagnetica 8 Un elettrocalamita si ottiene mettendo all interno di un solenoide attraversato da corrente elettrica un nucleo di materiale: qualunque ferromagnetico paramagnetico diamagnetico 9 Quale delle seguenti affermazioni relative a una spira percorsa dalla corrente elettrica senza inversione di polarità e posta entro un campo magnetico è errata? La spira ruota sempre nello stesso senso La spira è in equilibrio quando il piano della spira è perpendicolare al campo magnetico La spira, dopo aver superato la posizione di equilibrio, ruota in senso opposto al precedente La rotazione della spira dipende dai versi sia della corrente sia del campo 10 Un motore elettrico trasforma: energia cinetica in energia potenziale energia chimica in energia termica energia elettrica in energia cinetica energia termica in energia elettrica pplichiamo le conoscenze S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 Esercizi 1 l filo rettilineo 1 etermina l intensità del campo magnetico alla distanza di 45 cm da un filo rettilineo percorso da una corrente di intensità pari a 3,6. [1, T] Per lo svolgimento dell esercizio, completa il percorso guidato, inserendo gli elementi mancanti dove compaiono i puntini. 1 dati sono:... 2 La permeabilità magnetica del vuoto vale: μ 0 =... 3 La formula da usare, dato che ti viene chiesto il modulo di nel caso del campo generato dalla corrente che percorre un filo rettilineo, è: =... 4 Sostituisci nella formula i dati, trovando perciò: =... =... 2 alcola l intensità del campo magnetico alla distanza di 8 cm da un filo rettilineo percorso da una corrente la cui intensità è 0,85. [2, T] 3 n un filo rettilineo passa una corrente elettrica di 0,1 diretta dall alto verso il basso. Q a) isegna il verso delle linee di forza del campo magnetico. b) etermina il modulo del vettore nel punto P che si trova a 3 cm da O. c) ome varia in Q, che si trova a 6 cm da O, l intensità del campo magnetico? d) isegna in P il vettore campo magnetico. [b) 6, T] O P

13 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico 13 4 Un filo rettilineo è percorso da una corrente elettrica di 0,5 diretta dal basso verso l alto. n un piano a esso perpendicolare si trova il punto alla distanza di 5 cm e il punto alla distanza di 10 cm. a) Rappresenta graficamente la situazione descritta, disegnando poi una linea di forza passante per e una per, precisandone il verso. b) alcola l intensità del campo magnetico in. c) etermina, possibilmente senza eseguire calcoli, l intensità del campo magnetico in. d) Rappresenta, rispettando le proporzioni, il vettore campo magnetico in e in. [b) T] 5 Un campo magnetico, alla distanza di 45 cm da un filo rettilineo percorso da una certa corrente, ha un intensità di 1, T. Trova l intensità di corrente. Suggerimenti alla formula di iot-savart ricavi l intensità di corrente... [3,375 ] 6 Un campo magnetico, alla distanza di 6,5 cm da un filo rettilineo percorso da una certa corrente, ha un intensità di 7, T. etermina l intensità di corrente elettrica. [0,247 ] 2 La spira circolare 10 etermina l intensità del campo magnetico al centro di una spira circolare di raggio 20 cm, percorsa da una corrente pari a 1,5. [4, T] Per lo svolgimento dell esercizio, completa il percorso guidato, inserendo gli elementi mancanti dove compaiono i puntini. 1 dati sono:... 2 La permeabilità magnetica del vuoto vale: μ 0 =... 3 La formula da usare, dato che ti viene chiesto il modulo di nel caso del campo generato dalla corrente che percorre una spira circolare, è: =... 4 Sostituisci nella formula i dati, trovando perciò: =... = Osserva la seguente spira di raggio 12 cm e percorsa da una corrente di 0,4. 7 Un campo magnetico generato da un filo rettilineo percorso da una corrente di 2,8 ha in un punto l intensità di 3, T. ndividua a quale distanza si trova dal filo. Suggerimenti alla formula di iot-savart ricavi la distanza... [1,6 m] 8 alcola la distanza di un punto P da un filo rettilineo percorso da una corrente di 1,2, sapendo che il campo magnetico generato dalla corrente ha in P intensità T. [2,7 cm] 9 Un filo rettilineo è percorso da una corrente elettrica di 1 diretta dall alto verso il basso. n un piano a esso perpendicolare si trova il punto alla distanza di 2 cm, il punto alla distanza di 4 cm e il punto alla distanza di 6 cm. a) Rappresenta graficamente la situazione descritta, disegnando poi una linea di forza passante per, una per e una per, precisandone il verso. b) alcola l intensità del campo magnetico in. c) etermina, possibilmente senza eseguire calcoli, l intensità del campo magnetico in e in. d) Rappresenta, rispettando le proporzioni, il vettore campo magnetico in, e in. e) quale distanza dal filo il campo magnetico ha un intensità di 2, T? Suggerimenti Osserva che l intensità è pari a... dell intensità in. [b) T; e) 8 cm] a) isegna una linea di forza al centro della spira, indicando il verso del campo magnetico. b) alcola l intensità del campo magnetico al centro della spira. c) Se l intensità della corrente raddoppia, come varia il campo magnetico al centro della spira? [b) 2, T] 12 isegna una spira di raggio 25 cm (1 quadretto = 10 cm) percorsa in senso orario da una corrente di 0,2 come se fosse posizionata su un piano parallelo a quello della tua scrivania. a) alcola l intensità del campo magnetico al centro della spira. b) Rappresenta il vettore al centro della spira. c) Se il raggio della spira triplica, come varia il campo magnetico al centro della spira? [a) T] 13 Una spira circolare di raggio 6 cm è percorsa da una corrente di intensità 0,8. on riferimento al campo magnetico presente al centro della spira, calcola: a) la sua intensità; b) l intensità nell ipotesi che la corrente valga il doppio; c) l intensità nell ipotesi che il raggio della spira sia il doppio. [a) 8, T] S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010

14 14 Solenoide e motore elettrico 14 Una corrente elettrica circola in una spira di raggio 18 cm. Sapendo che l intensità di campo magnetico nel centro della spira vale T, trova l intensità di corrente. Suggerimenti evi utilizzare la formula dell esercizio precedente, ricavando però da essa la... [0,86 ] 15 Una spira circolare di raggio 27 cm, percorsa da corrente, genera un campo magnetico nel suo centro di T. etermina: a) l intensità di corrente; b) l intensità di corrente nell ipotesi che il raggio della spira raddoppi; c) l intensità di corrente nell ipotesi che il campo magnetico sia un terzo del valore iniziale. [a) 0,17 ] 3 l solenoide 19 Trova l intensità di campo magnetico all interno di un solenoide lungo 15 cm, formato da 1600 spire e percorso da una corrente di 3. [0,04 T] Per lo svolgimento dell esercizio, completa il percorso guidato, inserendo gli elementi mancanti dove compaiono i puntini. 1 dati sono:... 2 La formula da usare, dovendo calcolare l intensità di campo magnetico di un solenoide, è: =... 3 Sostituisci nella formula i dati, trovando perciò: = La corrente di intensità 2 percorre una spira circolare, generando un campo magnetico che nel centro vale T. ndividua il raggio della spira. 20 Osserva il seguente solenoide percorso in senso antiorario da una corrente di 0,7. Suggerimenti all espressione dell intensità di campo magnetico al centro di una spira circolare, ricavi la formula inversa per r... [25,1 cm] 17 Una spira di raggio 15 cm è percorsa da una corrente di 0,3. a) isegna le linee di forza del campo magnetico creato dal solenoide, indicando al centro dello stesso il verso del campo. b) umentando il numero delle spire, come varia l intensità del campo magnetico all interno del solenoide? c) ome si può intervenire sulla lunghezza del solenoide per aumentare il campo magnetico all interno dello stesso? d) Se il solenoide fosse costituito da 100 spire e fosse lungo 20 cm, quale sarebbe l intensità del campo magnetico in un punto P a esso interno? [d) 4, T] S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010 a) Utilizzando il vettore campo magnetico rappresentato nella figura, individua il verso della corrente che percorre la spira. b) alcola l intensità del campo magnetico al centro della spira. c) Se il raggio della spira fosse il doppio, come dovrebbe modificarsi l intensità della corrente affinché il campo magnetico al centro della spira rimanga invariato? [b) 1, T] 18 l centro di una spira circolare, percorsa da una corrente di intensità 4, è presente un campo magnetico di T. alcola: a) il raggio della spira; b) il raggio della spira nell ipotesi che l intensità di corrente sia un quarto del valore precedente; c) il raggio della spira nell ipotesi che il campo magnetico diventi il doppio. [a) 4,2 cm] 21 Un solenoide formato da 10 spire è percorso da corrente di 0,8 che circola in senso orario. a) isegna il solenoide e poi rappresenta le linee di forza del campo magnetico. b) ato che per gli effetti magnetici il solenoide percorso da corrente equivale a un magnete a forma di barra, dove si trova il polo nord della bobina? c) Quali informazioni ti mancano per poter determinare l intensità del campo magnetico all interno del solenoide? d) Se la corrente aumenta, il campo magnetico all interno del solenoide aumenta o diminuisce? e) Nell eventualità che il solenoide sia lungo 5 cm, determina l intensità del campo magnetico al suo interno. [e) T]

15 UNTÀ 25 Solenoide e motore elettrico Un solenoide lungo 8 cm, costituito da 450 spire, viene attraversato da una corrente di 1,2. etermina il valore costante dell intensità di campo magnetico al suo interno. [8, T] 23 L intensità di campo magnetico entro un solenoide vale T. Sapendo che quest ultimo ha una lunghezza di 20 cm e che è formato da 1200 spire, calcola l intensità di corrente che lo percorre. Suggerimenti alla formula relativa al campo magnetico di un solenoide, ricavi... [0,08 ] 24 Un solenoide di 300 spire lungo 7 cm genera al suo interno un campo magnetico di intensità T. etermina il valore dell intensità di corrente che lo percorre. [1,5 ] 26 Un solenoide lungo 45 cm risulta percorso da una corrente di intensità 0,75, che genera all interno un campo magnetico di 2, T. alcola il numero di spire del solenoide. [1385 spire] 27 Una corrente di 2,55 percorre un solenoide di 2500 spire, producendo al suo interno un campo magnetico di intensità T. Qual è la lunghezza del solenoide? Suggerimenti Nella formula del campo magnetico di un solenoide ti basta scambiare di posto con... [10 cm] 28 etermina la lunghezza di un solenoide formato da 350 spire, percorso da una corrente di 1, tale che al suo interno sia presente un campo magnetico uniforme di intensità pari a 9, T. [47,8 cm] 25 etermina il numero di spire che formano un solenoide lungo 30 cm il quale, essendo percorso da una corrente di 0,475, genera al proprio interno un campo magnetico di intensità T. Suggerimenti alla formula relativa al campo magnetico di un solenoide, trovi N... [201 spire] S. abbri M. Masini, Phoenomena, SE 2010