Elementi di Fisica Il Campo Magnetico

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1 Prerequisiti e strumenti matematici e fisici per l elettronica delle telecomunicazioni Elementi di Fisica Il Campo Magnetico Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 1

2 Il campo magnetico di un magnete la forza magnetica, come la forza elettrica e gravitazionale, è un interazione a distanza un magnete genera nello spazio un campo magnetico, che indicheremo con il simbolo B Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 2

3 Linee di Forza del Campo Magnetico Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 3

4 Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 4 Elementi di Fisica: Il Campo Magnetico Prodotto vettoriale Il Prodotto ettoriale tra due vettori restituisce un vettore Il modulo e la fasedel vettoresiricavacalcolandoildeterminantedellamatricecostruitaa partire dalle coordinate dei due vettori z y x z y x z y x z y x b b b a a a k j i b a c b b b b a a a a ˆ ˆ ˆ ; ; = = = = r r r r r

5 Campo magnetico generato da una corrente elettrica Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 5

6 Per determinarlastudiamoil modo in cui il filo percorso da corrente interagisce con altri circuiti. Forza magnetica Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 6

7 Definiamo il modulo del campo magnetico B come la forza magnetica diviso i 1 L: legge di Biot-Savart Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 7

8 Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 8

9 Problema 21.1 Elementi di Fisica: Il Campo Magnetico Un filo conduttore rettilineo infinito è percorso da una corrente di 6.0 A. Determinare il modulo del campo magneticobad una distanza di3mm dal filo. i r B Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 9

10 Problema 21.2 Elementi di Fisica: Il Campo Magnetico Due fili conduttori rettilinei infiniti e paralleli distano 2d = 60 cm. Essi sono percorsi dalle correnti i 1 =3.0Aei 2 =1.5Adirette nello stesso verso come indicato in figura. Scegliendo l asse x ortogonale ai fili e ponendo l origine nel punto intermedio tra essi, in modo che il filo1si trovi in x 1 = d= 30cm ed il filo2in x 2 = d=30cm, determinare: a) il punto lungo l asse x in cui il campo magneticobsi annulla; b) il modulo del campobnell origine e dire se è entrante o uscente dal foglio. Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 10

11 Campo magnetico generato da un circuito di forma qualsiasi Prima formula di Laplace Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 11

12 Come applicazione della prima formula di Laplace ritroviamo la legge di Biot-Savart Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 12

13 Campo magnetico al centro di una spira Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 13

14 Forze su Conduttori percorsi da corrente: La legge di Faraday Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 14

15 Forze su Conduttori percorsi da corrente: caso generale La legge di Faraday Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 15

16 Regoladellamanodestraper la determinazionedel verso della forza Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 16

17 Spire Rettangolare in un Campo Magnetico Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 17

18 Fili paralelli percorsi da corrente r F = r i l r B Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 18

19 Esercizio1 Elementi di Fisica: Il Campo Magnetico Due fili conduttori paralleli di lunghezza infinita sono attraversati da due correnti dirette nello stesso verso di modulo rispettivamente i 1 = 10Aei 2 = 40A. La distanza tra i due fili è d = 12 cm. Determinare: a) il campo magnetico nel punto a distanza intermedia tra i due fili; b) il punto dello spazio in cui il campo B è nullo (indicare la distanza rispetto al filo percorso dalla corrente i 1 ). Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 19

20 Esercizio1 Elementi di Fisica: Il Campo Magnetico Due fili conduttori rettilinei infiniti paralleli distano 2d = 60 cm. Essi sono percorsi dalle correnti i 1 = 3.0 A e i 2 = 1.5 A dirette in verso opposto come indicato nella figura. Scegliendo l asse x ortogonale ai due fili e ponendo l origine nel punto intermedio tra i fili, in modo che il filo 1 si troviinx 1 = d= 30cmedilfilo2inx 2 =d=30cm;determinare: a) ilpuntolungol assexincuiilcampomagneticobsiannulla; b) ilmodulodelcampobnell origineedireseèentranteouscentedalfoglio Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 20

21 FINE LEZIONE Ing. Nicola Cappuccio 2014 U.F.5 ELEMENTI SCIENTIFICI ED ELETTRONICI APPLICATI AI SISTEMI DI TELECOMUNICAZIONI 21