Comprendere il campo magnetico: definizione, misurazione e interazioni

Qual è la definizione del campo magnetico?

A differenza del campo elettrico in cui si utilizza una carica di prova, per definire e determinare le proprietà del campo magnetico è necessario utilizzare un piccolo ago magnetico. Si dice che in una certa regione di spazio è presente un campo magnetico se un ago magnetico posto in quella regione è soggetto ad azioni meccaniche. Si definisce direzione del campo magnetico, in un punto, la direzione lungo la quale si orienta un ago magnetico posto nel punto dato. Il verso è definito come quello che va dal Polo Sud al Polo Nord dello stesso ago.

Visualizzazione delle linee di forza

Essendo dotato di una direzione e di un verso,in ogni punto, il campo magnetico è un campo vettoriale. Esso può essere visualizzato mediante le sue linee di forza (linee di campo), ossia linee tangenti in ogni punto al campo, orientate secondo il verso del campo e con una densità proporzionale all’ intensità del campo. Per costruirle basta disporre in un punto un ago magnetico, aspettare che raggiunga la posizione di equilibrio e poi, in quel punto, segnare direzione e verso dell’ago. Fatto ciò, si sposta l’ago di un tratto Δs e si ripete l’operazione. Così si costruisce una spazzola poligonale che tende ad una linea continua coincidente con la linea di campo nel lim Δs->0. Le linee di forza del campo magnetico possono essere viste anche utilizzando della limatura di ferro in quanto ogni scheggia si comporta come un piccolo ago magnetico.

Una differenza fondamentale fra le linee di campo del campo elettrico e di quello magnetico è che quelle del magnetico sono sempre linee chiuse (impossibilità di separare i poli magnetici).

Misurazione del campo magnetico

Per misurare il modulo del campo magnetico bisogna utilizzare un filo rettilineo attraversato da corrente elettrica in quanto sappiamo che i conduttori attraversati da corrente elettrica soddisfano forze dovute al campo magnetico. Tali forze dipendono dall’orientazione dei conduttori rispetto alle linee di campo. Quindi supponiamo di mantenere il filo di prova sempre perpendicolare alle linee di campo in modo che il modulo della forza risulti massimo. In queste condizioni la forza risulta direttamente proporzionale all’intensità della corrente che attraversa il filo di prova e alla sua lunghezza F=Bil . La costante di proporzionalità “B” dipende soltanto dalla sorgente del campo magnetico quindi può essere interpretata proprio come intensità del campo magnetico. Il modulo del campo magnetico in un punto dello spazio è dato dal rapporto tra la forza subita da un filo conduttore di lunghezza l, attraversato da un intensità di corrente i e predisposto perpendicolarmente alla linee di campo, nel punto dello spazio considerato (B=F/il). L’equazione bidimensionale di B è: =[mt-2i]. l’unita di misura è il “Tesla”: 1T=1N/1m = 1Vs/m2 . Un’altra unità di misura molto usata è il Gaus: 1G=10-4T.

Interazione tra magneti e circuiti

Due eventi diversi tra loro come i magneti e i circuiti elettrici generano nello spazio circostante un campo magnetico e subiscono analoghe azioni meccaniche, ossia forze, da campi magnetici esterni. Questo perché le cariche elettriche in movimento assumono un comportamento uguale a quello del circuito percorso da corrente elettrica. Ciò si può dimostrare sperimentalmente con i raggi catodici. Quindi le cariche elettriche in movimento generano campi magnetici e sono soggette a forze dovute a campi magnetici esterni. Dal punto di vista microscopico un elettrone che ruota intorno al nucleo di un atomo si comporta come una spira percorsa da corrente elettrica, generando intorno a se un debole campo magnetico. Normalmente gli atomi di un materiale non magnetizzato sono disposti e orientati casualmente in modo che la risultante di tutti i campi magnetici generati è nulla. Se il materiale viene magnetizzato, invece, i campi magnetici generati dai singoli atomi si orientano nella stessa direzione e la loro risultante è diversa da zero. Questo fenomeno consiste nella polarizzazione magnetica.