QUESITI 1
CAMPO MAGNETICO E FORZA DI LORENTZ 1. (Da Medicina e Odontoiatria 2013) Un cavo percorso da corrente in un campo magnetico può subire una forza dovuta al campo. Perché tale forza non sia nulla quale condizione ulteriore deve essere soddisfatta? a) Il cavo deve essere dritto b) La corrente deve alternarsi c) Il campo magnetico non deve cambiare d) L angolo tra il cavo e il campo magnetico non deve essere zero e) L angolo tra il cavo e il campo magnetico deve essere di 90 gradi 2. (Da Odontoiatria 2008) Una particella elettricamente carica che si muove di velocità costante attraversa una zona in cui è presente un campo magnetico. Cosa possiamo dire della velocità della particella? a) Viene bruscamente annullata b) Subisce variazioni in modulo ma non in direzione c) Subisce variazioni in direzione ma non in modulo d) Subisce variazioni in modulo e direzione e) Non subisce variazioni di sorta 3. (Da Veterinaria 2005) Intorno ad un filo metallico percorso da corrente elettrica si stabilisce: a) un campo elettrico b) un campo magnetico c) un campo gravitazionale d) una differenza di potenziale elettrico e) un campo di etere 2
INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 1. (Da Medicina e Odontoiatria 2012) Una spira di rame è posata sul pavimento. Uno sperimentatore tiene in mano una calamita a forma di barra e ne avvicina il polo nord alla spira con movimento verticale. Si può prevedere che durante il movimento della calamita: a) la spira verrà attirata dalla calamita b) nella spira circolerà corrente c) si creerà una corrente indotta se e solo se lo sperimentatore avrà cura di seguire le linee del campo magnetico terrestre d) il campo magnetico indotto nella spira sarà tale da attrarre la calamita e) gli effetti elettromagnetici saranno trascurabili perché il rame non è un materiale ferromagnetico 2. (Da Veterinaria 2006) Se avviciniamo rapidamente una potente calamita ad una spira formata da un filo di rame chiuso a cerchio, si può notare che: a) nella spira viene indotta una circolazione di corrente elettrica b) la spira si illumina c) la spira si deforma trasformandosi in un ellisse molto stretta e lunga d) il rame dapprima neutro acquista una forte carica elettrica indotta e) la spira inizia a ruotare con velocità costante intorno ad un suo diametro 3
SOLUZIONI CAMPO MAGNETICO E FORZA DI LORENTZ 1. d) Una corrente elettrica è costituita da cariche in moto all interno di un materiale conduttore. In generale, una carica q in moto con velocità v all interno di un campo magnetico B è soggetta a una forza pari a: detta Forza di Lorentz. Poiché la forza F è data da un prodotto vettoriale tra velocità e campo magnetico, essa sarà nulla: se la velocità v è nulla, cioè la carica è ferma oppure se B è nullo, cioè in assenza di campo magnetico oppure se v e B hanno la stessa direzione (paralleli o antiparalleli) Poiché nel caso in esame v e B sono entrambi diversi da zero, l unico modo in cui la forza di Lorentz può essere nulla è che velocità delle cariche e campo magnetico siano diretti nella stessa direzione, cioè l angolo formato dai due vettori sia nullo. Di conseguenza, se vogliamo che la forza non sia nulla, il cavo in cui scorre la corrente deve formare un angolo diverso da zero con la direzione del campo magnetico. 2. c) Una particella dotata di carica q che si muove con velocità v all interno di un campo magnetico B è soggetta alla forza di Lorentz, pari a: Tale forza risulta perpendicolare alla velocità perciò, in generale, ha l effetto di deviare il moto della particella rispetto alla traiettoria iniziale. 4
N B v q F S Nella situazione rappresentata in figura, la forza di Lorentz F è diretta perpendicolarmente a v e a B e il suo verso è uscente dal foglio (stabilito con la regola della mano destra ). Poiché la forza di Lorentz produce solamente una deviazione della traiettoria, la velocità della particella subirà una variazione di direzione ma rimarrà inalterata in modulo. 3. b) In generale, cariche elettriche in movimento all interno di un conduttore generano attorno al conduttore un campo magnetico. Allora, attorno a un filo percorso da corrente sarà presente un campo magnetico. Le caratteristiche del campo dipenderanno dall intensità di corrente che circola nel filo e dalla forma del filo. Ricordiamo che se il filo è rettilineo, il campo magnetico è dato dalla legge di Biot- Savart: è perpendicolare al filo e le sue linee di campo sono circonferenze concentriche con il filo. 5
Se, invece, il filo presenta degli avvolgimenti formando un solenoide, il campo magnetico esterno è praticamente nullo mentre il campo magnetico interno al solenoide è: parallelo all asse del solenoide (con n: numero di avvolgimenti e l: lunghezza del solenoide). 6 B i r
INDUZIONE ELETTROMAGNETICA 1. b) Se un magnete viene messo in movimento rispetto a una spira chiusa, ci sarà una variazione del flusso di campo magnetico concatenato con la spira. Per effetto di questa variazione, nel circuito chiuso costituito dalla spira inizierà a circolare corrente elettrica. Questo fenomeno prende il nome di induzione elettromagnetica e la corrente che si osserva è detta corrente indotta. 2. a) Vedi esercizio 1. 7