Concetti Chiave
- Gilbert scoprì che la terra agisce come un grande magnete, influenzando l'orientamento degli aghi magnetici delle bussole secondo il principio Nord-Sud.
- Le cariche elettriche possono essere separate, mentre i poli magnetici, come quelli di un ago o calamita, non possono esserlo.
- Oersted dimostrò che una corrente elettrica genera un campo magnetico, causando la deviazione di un ago magnetico nelle vicinanze.
- Faraday evidenziò la reciproca interazione tra magneti e correnti, mostrando che le cariche in movimento generano un campo magnetico e risentono dei suoi effetti.
- Il modulo del campo magnetico, definito dalla formula B = F/qv, dipende dalla forza su una carica, dalla distanza dal filo conduttore e dalla corrente che lo percorre.
La scoperta di Gilbert
La proprietà della magnemite di attrarre ferro e altri metalli fu individuata da Gilbert, che vide nella terra, concepita come un grande magnete, la causa dell'orientamento degli aghi magnetici, i piccoli magneti usati nelle bussole.
Un ago magnetico appeso ad un filo si orienta con un'estremità verso il polo nord terrestre e con l'altra verso il polo sud. Queste due estremità sono chiamate polo nord e polo sud. Un ago magnetico se lasciato libero si dispone sempre in direzione Nord-Sud, e questo è il principio secondo il quale funziona una bussola. Il polo nord dell'ago indica il polo nord magnetico della terra, anche se in realtà il polo nord della terra dovrebbe chiamarsi polo sud, poiché attira il poll nord dell'ago magnetico.
Quali sono le differenze e analogie tra cariche?
Fra il comportamento delle cariche elettriche e quello dei poli magnetici possiamo trovare differenze e analogie.
Differenze:
• È possibile separare le cariche elettriche ma non e possibile separare i poli magnetici di un ago o una calamita.
• Mentre un corpo elettrizzato attrae materiali diversi, la calamita attrae solo ferro.
Analogie:
• Come le cariche elettriche, poli magnetici diversi si attraggono e poli uguali si respingono.
Concetto di campo magnetico
Concetto di campo magnetico vettoriale: la direzione del campo magnetico in un punto, è la retta lungo la quale si dispone un ago magnetico posizionato in quel punto. Il verso del campo è quello che va dal polo sud al polo nord dell'ago magnetico.
Secondo molti scienziati dell'epoca, non vi erano legami tra i fenomeni elettrici e magnetici. Un punto di vista opposto era sostenuto da colore che seguivano la filosofia della natura, per cui tutte le forze e tutti i fenomeni sono espressione di un'unica forza vitale universale.
Esperimento di Oersted
Christian oersted dimostrò nel 1820 che un filo percorso da corrente provoca la deviazione di un ago magnetico posto nelle vicinanze, generando un campo magnetico.
C. Oersted dispose un filo conduttore collegato ad un generatore e sotto di esso sistemò un ago magnetico parallelo al filo. Quando il circuito veniva chiuso e la corrente attraversava il filo, l'ago oscillava e si disponeva perpendicolarmente al filo stesso.
Se si esegue questo esperimento è possibile notare che le linee del campo magnetico generato dal filo sono le circonferenze concentriche di cui il filo è l'asse. Il verso del vettore campo magnetico si può ottenere con la regola della mano destra: il pollice indica i verso della corrente nelmfilo, lemdita della mano seguono invece il verso delle linee del campo.
Con questo esperimento lo scienziato dimostra due aspetti importanti:
La corrente elettrica può generare un campo magnetico.
La forza non è diretta lungo la congiungente dei due corpi.
Esperimento di Faraday
Michael Faraday dimostra che un magnete esercita una forza su un filo percorso da corrente. L'esperienza di Faraday evidenzia la reciprocità delle azioni tra magneti e correnti: cariche elettriche in moto generano un campo magnetico e le cariche, se inserite in un campo magnetico, ne subiscono gli effetti. Attraverso l'esperimento Faraday capisce che la direzione è perpendicolare al piano contenente il conduttore e il corpo magnetico, mentre il verso si stabilisce con la regola della mano destra.
Forza su cariche in movimento
Egli studia due fili percorsi da corrente affermando che due fili conduttori, rettilinei e paralleli, si attraggono se la corrente li attraversa nello stesso verso, oppure si respingono se la corrente li percorre in versi opposti. Così il modulo della forza che si esercita su un tratto di lunghezza dei due fili, è direttamente proporzionale alla lunghezza del filo, alle due intensità di corrente, ed è inversamente proporzionale alla distanza dei fili.
Forza di Lorentz
È la forza che agisce su una carica di una certa velocità dentro un campo magnetico. Se si prende una carica elettrica e la si mette all'interno di un campo magnetico, se la carica è ferma, non succederà niente, altrimenti se la carica è in moto subirà gli effetti di una forza, cioè di Lorentz. Questa forza sarà nulla se l'angolo compreso tra velocità e campo magnetico è uguale a 0, oppure sarà massima se l'angolo sarà uguale a 90°, cioè 1.
La direzione della forza è perpendicolare al piano contenente la velocità è il campo, il verso si stabilisce con la regola della mano destra, mentre il modulo si trova con la seguente formula:
F=q×vXB (X=prodotto scalare)
q=carica ; v= velocità ; B=campo magnetico
Grazie alla forza di Lorentz possiamo definire l'intensità del campo magnetico generato da un filo percorso da corrente.
Modulo del campo magnetico
Possiamo definire il modulo del campo magnetico come il rapporto tra la forza che agisce su una carica, tra la distanza dal filo e il prodotto delle grandezze q e v.Questa legge dimostra come il modulo del campo magnetico dipenda esclusivamente dalla sorgente del campo (cioè la corrente che percorre il filo) e dalla distanza della carica dal filo.
La formula per determinare il campo magnetico è B = F/qv e l'unità di misura prende il nome di TeslaIl termine spira indica un filo conduttore chiuso di forma circolare. Se la spira è percorsa da corrente si crea un campo magnetico. L'intensità del campo magnetico al centro della spira è uguale a:
B = πkI/R
k(costante= 2×10^-7) ; I = intensità di corrente ; R = raggio della spira
L'intensità del campo magnetico è direttamente proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale al raggio della spira.Un solenoide è un filo conduttore avvolto ad elica, in definitiva è un insieme di spire che si susseguono. Se la lunghezza del solenoide è maggiore rispetto al suo raggio, il campo magnetico è uniforme, cioè costante in modulo, verso e direzione. La direzione delle linee di forza è parallela al suo asse, mentre il verso si stabilisce con la regola della mano destra. Inoltre il campo magnetico di un solenoide può essere considerato la somma dei campi magnetici di ogni singola spira.
L'intensità del campo magnetico all'interno di un solenoide è uguale a:
B=2×π×k×I×n
k=costante ; I = intensità di corrente ; n = numero delle spire nel solenoide
L'intensità del campo è direttamente proporzionale alla corrente e al numero di spire per unità di lunghezza.
Domande da interrogazione
- Chi ha scoperto la proprietà della magnemite e quale fu la sua intuizione principale?
- Quali sono le principali differenze tra cariche elettriche e poli magnetici?
- Cosa dimostrò l'esperimento di Oersted riguardo alla corrente elettrica?
- Qual è il principio alla base della forza di Lorentz?
- Come si determina il modulo del campo magnetico generato da un filo?
La proprietà della magnemite di attrarre ferro fu individuata da Gilbert, che concepì la Terra come un grande magnete, spiegando così l'orientamento degli aghi magnetici nelle bussole.
Le cariche elettriche possono essere separate, mentre i poli magnetici non possono. Inoltre, un corpo elettrizzato attrae materiali diversi, mentre una calamita attrae solo ferro.
Oersted dimostrò che un filo percorso da corrente genera un campo magnetico, deviando un ago magnetico nelle vicinanze, evidenziando così la relazione tra elettricità e magnetismo.
La forza di Lorentz agisce su una carica in movimento all'interno di un campo magnetico, risultando nulla se la carica è ferma e massima se l'angolo tra velocità e campo magnetico è di 90°.
Il modulo del campo magnetico è definito come il rapporto tra la forza che agisce su una carica, la distanza dal filo e il prodotto delle grandezze carica e velocità, secondo la formula B = F/qv.
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