Comprendere il magnetismo: interazioni, campi e proprietà della materia

Qual è l'interazione tra aghi magnetici?

Le forze con cui due aghi magnetici interagiscono fra loro sono più intense in prossimità dei poli.

Poli omologhi si respingono

Poli diversi si attraggono

Le forze con cui i poli interagiscono descrescono con la distanza fra essi

I poli non si possono separare.
Campo magnetico:

l'interazione fra magneti avviene mediante forze a distanza che si esercitano anche senza contatto. Si può interpretare questa interazione mediante un campo vettoriale noto come Campo magnetico B o vettore induzione magnetica:

ogni magnete crea un campo magnetico nello spazio circostante

un magnete interagisce col campo magnetico generato da un altro magnete e risente di una interazione magnetica

Utilizzando un ago magnetico in un punto P dello spazio in cui è presente un campo magnetico B:

la direzione del campo B nel punto P è la retta lungo cui si dispone l'ago magnetico

il verso del campo B è quello dal polo Sud al polo Nord dell'ago magnetico

Linee di forza magnetiche

L'andamento del campo magnetico viene visualizzato mediante le linee di forza magnetiche: la tangente alla linea di forza in ogni suo punto P ha la stessa direzione del campo magnetico.

Le linee di forza magnetiche hanno le seguenti proprietà:

per ogni punto dello spazio passa una sola linea di forza che è orientata come il campo magnetico in quel punto

non hanno nè inizio nè fine, sono curve chiuse, entrano nel magnete dal polo sud, e ne escono dal polo nord.

Sono più dense dove il campo è più intenso

Per visualizzare l'andamento delle linee di un campo magnetico perpendicolari al piano si usa:

campo uscente

campo entrante

Intensità del campo magnetico

Intensità campo magnetico:

quando una carica Q positiva passa con velocità v in un punto P di un campo magnetico, si osservano i seguenti fatti:

la forza F è sempre perpendicolare alla velocità v della carica e alla direzione della linea del campo magnetico passante per P. La forza è perpendicolare al piano su cui giacciono la linea del campo magnetico passante per P ed il vettore velocità

la forza è nulla se la velocità della carica ha la stessa direzione della linea del campo

l'intensità di F della forza è proporzionale sia a Q sia alla componente della velocità nella direzione perpendicolare alla linea di campo passante per P

F = B Q v

B è l'intensità del campo magnetico nel punto P.

Il campo magnetico B in un punto P è un vettore che ha:

direzione parallela alla retta lungo cui si dispone un ago magnetico con centro in P;

verso che va dal polo sud al polo nord dell'ago magnetico;

modulo ugale a B = F / Q v

dove F è la forza che si esercita su una carica Q che ha in P una componente v di velocità perpendicolare alla direazione di B.

unità di misura campo magnetico : N / A m

detta Tesla: 1 T = 1 N / 1A 1m

oppure il Gauss: 1 gauss = 10 T

il campo magnetico è parallelo alla direazione lungo la quale una carica in moto non risente di alcuna forza magnetica

Forza di Lorentz

La forza di Lorentz:

la definizione del vettore B si basa sul fatto che una carica in moto in un campo magnetico risente di una forza detta Forza di Lorentz.

In presenza di un campo magnetico B su una carica Q in moto con velocità v agisce una forza: F = Q v x B

la forza di Lorentz su una carica in quiete è nulla: il campo magnetico non esercita alcuna azione su una carica ferma

Su una carica Q non velocità v fissata, la forza di Lorentz: è nulla quando v e B sono paralleli; vale F = QvB senθ, dove θ è l'angolo fra v e B; è massima e vale F = QvB quando v e B sono perpendicolari (θ = 90°)

La direazione della forza di Lorentz è perpendicolare al piano su cui giacciono il campo magnetico e la velocità della carica.

Il verso si può determinare con la regola della mano destra: se si dispongono il pollice della mano destra nel verso della velocità v della particella e le altre dita nel verso del campo B, la direazione della forza F è perpendicolare al palmo mentre il suo vero è: uscente al palmo se la carica è positiva; entrante nel palmo se la carica è negativa.

Proprietà magnetiche della materia

Proprietà magnetiche della materia:

Tre comportamenti distinti ponendo piccoli campioni in un campo magnetico molto intenso e non uniforme.

Sostanze diamagnetiche: sul campione agisce una debolissima forza repulsiva, che tende a spostarlo verso la zona in cui il campo magnetico è meno intenso.

Si avrebbe lo stesso effetto nel caso di una spira con momento magnetico m in verso opposto a quello del campo B o di un dipolo magnetico con i poli invertiti rispetto a quelli del campo B.

Le sostanze con il comportamente diamagnetico più marcato sono il bismuto, l'acqua, l'argento ed il rame.

Sostanze paramagnetiche: sul campione agisce una debolissima forza attrattiva, che tende a spostarlo verso la zona in cui il campo magnetico è più intenso.

Si presenta lo stesso effetto nel caso di una spira con momento magnetico m avente lo stesso verso del campo B o di un dipolo magnetico con i poli disposti nello stesso modo del campo B.

Sono sostanza Paramagnetiche l'alluminio, il magnesio, l'ossigeno,

Sostanze ferromagnetiche: sul campione agisce una forza attrattiva molto grande, che tende a spostarlo verso la zona in cui il campo magnetico è più intenso (ferro, cobalto, nichel).

Si presenta lo stesso effetto nel caso di una spira con un grande momento magnetico m nello stesso verso del campo B o di un dipolo magnetico con i poli disposti nello stesso modo del campo B.