7. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide

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1 7. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide Il campo di una spira (filo circolare) non è uniforme, ma sull'asse della spira il campo B ha direzione perpendicolare al piano della spira (cioè parallela all'asse).

2 Il campo magnetico di una spira Il verso del campo è dato dalla regola della mano destra; l'intensità del campo sull'asse della spira è data dalla formula: che nel centro della spira diventa:

3 Il campo magnetico di un solenoide Un solenoide è una bobina di filo avvolto a elica: se il solenoide è infinitamente esteso, al suo interno il campo magnetico è uniforme, mentre all'esterno è nullo.

4 Il campo magnetico di un solenoide Il modulo del campo magnetico interno ad un solenoide infinito, ideale, vale: un solenoide reale approssima bene il caso ideale se la sua lunghezza è molto maggiore del raggio delle spire.

5 Il campo magnetico di un solenoide Si nota che: all'interno del solenoide il campo è molto intenso (le linee sono fitte); all'esterno il campo è debole (linee rade); nella zona centrale le linee sono parallele ed equidistanziate: il campo è uniforme.

6 8. Il motore elettrico Un motore elettrico è un dispositivo che trasforma energia elettrica in energia meccanica. Un modello semplice di motore elettrico è una spira percorsa da corrente, immersa in un campo magnetico uniforme. Se all'inizio la spira è sul piano parallelo alle linee di campo, su ciascuno dei lati orizzontali agisce una forza F = B i l.

7 Il motore elettrico Le due forze hanno direzione parallela e versi opposti: costituiscono una coppia di forze che costringe la spira a ruotare.

8 La corrente cambia verso Il movimento continua finché la spira non si trova sul piano perpendicolare alle linee di campo magnetico: F 1 e F 2 tenderebbero a deformare la spira senza farla ruotare, ma la rotazione prosegue per inerzia.

9 La corrente cambia verso Per far sì che la spira continui a ruotare, bisogna invertire il verso della corrente quando essa passa per il piano orizzontale, ogni mezzo giro:

10 9. L'amperometro e il voltmetro Lo stesso momento torcente che fa ruotare il motore elettrico permette di misurare correnti e differenze di potenziale. L'amperometro è lo strumento che misura l'intensità della corrente elettrica. È formato da una bobina di filo metallico, inserita in un campo magnetico e vincolata a ruotare attorno ad un asse perpendicolare al campo.

11 L'amperometro e il voltmetro Se nell'amperometro circola la corrente continua di cui si vuole misurare l'intensità, la bobina è soggetta ad una coppia di forze che la fa ruotare; la rotazione è compensata da una molla, in modo tale che l'angolo di rotazione sia proporzionale alla corrente che circola. Tarando lo strumento con correnti note, si ha la scala graduata per le misure.

12 Utilizzo dell'amperometro In un circuito l'amperometro deve essere inserito in serie, affinché sia attraversato dalla stessa corrente che si vuole misurare: si interrompe il circuito in un punto e si collegano i due estremi all'amperometro. Lo strumento non perturba il circuito se la sua resistenza interna è piccola rispetto alla resistenza totale del circuito.

13 Il voltmetro Lo stesso strumento può essere utilizzato per misurare le differenze di potenziale: in questo caso è detto voltmetro. Il voltmetro analogico è un amperometro a bobina, collegato ad una resistenza nota R 0. L'amperometro misura la corrente i 0 che passa nella resistenza, da cui si ottiene V con la prima legge di Ohm:

14 Il voltmetro In un circuito il voltmetro deve essere inserito in parallelo, affinché ai suoi estremi vi sia la stessa differenza di potenziale che si vuole misurare: i suoi morsetti vanno messi nei due punti tra cui si vuole misurare il V. Lo strumento non perturba il circuito se la sua resistenza interna R 0 è grande rispetto alla resistenza totale del circuito.