CORSO DI BIOFISICA IL MATERIALE CONTENUTO IN QUESTE DIAPOSITIVE E AD ESCLUSIVO USO DIDATTICO PER L UNIVERSITA DI TERAMO

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1 CORSO DI IOFISICA IL MATERIALE CONTENUTO IN QUESTE DIAPOSITIVE E AD ESCLUSIVO USO DIDATTICO PER L UNIVERSITA DI TERAMO LE IMMAGINE CONTENUTE SONO STATE TRATTE DAL LIRO FONDAMENTI DI FISICA DI D. HALLIDAY, R. RESNICK, J. WALKER, ED. CEA.

2 MAGNETISMO Il magnetismo è il fenomeno fisico, noto fin dall antichità, per cui alcuni materiali quali la magnetite o CALAMITA (Fe 3 O 4 ) sono in grado di attrarre il ferro ed altre leghe metalliche nonché trasmettere tale capacità ad altri materiali. La FORZA di tale interazione è la forza magnetica ed il campo di tale forza è il campo MAGNETICO.

3 POLI MAGNETICI I magneti hanno due poli (nord e sud), dove la forza magnetica è più intensa. Formano un Dipolo magnetico Proprietà Poli di uno stesso tipo o nome (omonimi) si respingono, quelli di nome diverso (eteronimi) si attraggono. Comunque si spezzi un magnete bipolare, si otterrà sempre un altro magnete bipolare, ossia non è possibile ottenere un monopolo magnetico.

4 IL CAMPO MAGNETICO Campo gravitazionale G Campo elettrico E Campo magnetico Massa di prova Carica di prova q Dipolo Ago magnetico di prova Linee del campo elettrico Linee del campo magnetico

5 L AGO MAGNETICO N N S S N S S N L ago magnetico è dotato di due poli (nord e sud). In prossimità di un magnete risente del campo magnetico e ruota in modo da allineare il suo polo nord col polo sud del magnete ed il suo polo sud con il polo nord del magnete. Ciò accade perché l ago è soggetto ad un momento delle forze agenti su esso, che gli fa assumere un nuovo orientamento.

6 LINEE DEL CAMPO MAGNETICO N S Per convenzione le linee del campo magnetico escono dal polo nord ed entrano nel polo sud. La concentrazione delle linee è direttamente proporzionale a : sono più numerose ai poli, dove è maggiore. Non si intersecano mai. Sono sempre linee chiuse, perché se fossero aperte, esisterebbe una singola carica magnetica.

7 IL MAGNETISMO DELLA TERRA La Terra è la madre di tutti i magneti.. Il campo magnetico della Terra varia nel tempo, sia in modulo che in direzione orientata (negli ultimi 70 milioni di anni si è invertito circa 150 volte). Non esiste una teoria verificata sull origine dl magnetismo terrestre. La più accreditata è quella della dinamo ad autoeccitazione.

8 IL MAGNETISMO DELLA TERRA N S Declinazione=angolo tra il polo geografico e magnetico. Dipende dal punto e dal momento di osservazione

9 ELETTRICITA E MAGNETISMO Elettricità e magnetismo sono connessi. Le cariche elettriche in moto generano campi magnetici. Campi elettrici e campi magnetici sono differenti manifestazioni di un unico fenomeno: l elettromagnetismo.

10 Esperienza di Oersted Fino agli inizi del XIX secolo i fenomeni legati all'elettricità ed al magnetismo furono considerati indipendenti. Nel 1820 un esperienza storica segnò la data di nascita dell'elettromagnetismo, una teoria unificata che dimostra come i fenomeni elettrici e magnetici siano indissolubilmente collegati. In questo anno Hans Cristian Oersted ( ), fisico e filosofo danese, scoprì che una corrente elettrica provocava una diversa orientazione di un ago magnetico posto vicino al filo. L'anello di congiunzione era stato trovato: la corrente elettrica interagiva con l'ago magnetico ed era quindi in grado di creare un campo magnetico nello spazio circostante, proprio come un magnete naturale. Non passa corrente: l ago magnetico è parallelo al filo, orientato secondo il campo magnetico terrestre passa corrente: l ago magnetico ruota di 90 Invertendo la corrente: l ago magnetico ruota in senso opposto

11 CORRENTE E CAMPO MAGNETICO F il La forza di interazione corrente-magnete è direttamente proporzionale alla corrente i e alla lunghezza L del conduttore immerso nel campo magnetico F i l ilsen Quando è perpendicolare al filo si ha la massima forza Se è inclinato di un angolo a rispetto al filo, la forza è minore Se è parallelo al filo, la forza è nulla sen sen0 0

12 Campo magnetico L unità di misura dell intensità del vettore induzione magnetica è il Tesla (T) =F/(iL) tesla newton ampére metro (T)=(N)/((A)(m)) gauss 10 4 tesla Campo magnetico terrestre: 0, T = 0,6G al polo 0, T = 0,3G all equatore

13 LEGGE DI IOT-SAVART Un filo rettilineo percorso da corrente genera nello spazio un campo magnetico circolare o, più esattamente, cilindrico. Il modulo : è costante ad ogni data distanza dal filo; decresce al crescere della distanza. 2 I r μ = permeabilità magnetica assoluta, T m/a (μ 0 =4π 10-7 T m/a, vuoto) I = intensità della corrente, A r = distanza dal filo, m I I

14 LEGGE DI IOT-SAVART Prima regola della mano destra: se il pollice indica il verso della corrente, allora le dita si chiudono nel verso del campo magnetico generato

15 CORRENTE E CAMPO MAGNETICO FORZA DI LORENTZ + Fm v q 90 Fm - v q 90 hp1: carica + o che si muove in hp2: v velocità della carica ( 0) F m = q v x La corrente elettrica è creata da una carica in movimento: i=dq/dt. => il=(dq/dt)l=q(dl/dt)=qv F m = qv sin θ Per determinare la direzione orientata di F m, vale la regola della mano destra, con le dita orientate nella direzione di v, che si chiudono (attraverso l angolo minore) verso (carica positiva).