Concetti Chiave
- Il magnetismo è una proprietà di alcuni materiali, come la magnetite, che permette loro di attirare oggetti di ferro, già nota agli antichi Greci.
- I magneti possiedono due poli inseparabili, nord e sud, e la loro forza magnetica è rappresentata da linee di forza chiuse.
- L'interazione tra elettricità e magnetismo è fondamentale: le correnti elettriche generano campi magnetici e viceversa, come dimostrato da Oersted e Ampere.
- La forza di Lorentz descrive come le cariche elettriche in movimento interagiscono con i campi magnetici, causando deviazioni nel loro percorso.
- L'induzione elettromagnetica permette di trasformare l'energia cinetica in energia elettrica, generando corrente alternata tramite il movimento dei magneti.
Il campo magnetico
Un minerale del ferro, la magnetite, è in grado di attirare verso di sé piccoli oggetti di ferro. Questa proprietà, già conosciuta dagli antichi Greci, è detta magnetismo e i materiali che possiedono questa proprietà sono detti magneti o calamite.Ci sono magneti naturali, che posseggono sempre questa proprietà e magneti artificiali che ottiene proprietà magnetiche solo dopo opportuni trattamenti.
Ogni magnete ha 2 poli, nord e sud, presenti al suo interno. 
I poli magnetici non si possono separare. Il magnetismo è dovuto al passaggio di corrente elettrica. Le cariche ferme producono campi elettrici, quelle in movimento sia campi che energia elettrica. Le linee di forza del campo magnetico sono simili a quelle di un dipolo elettrico con la differenza che le seconde sono aperte, cioè hanno un origine e una fine, le prime sono chiuse. Se le linee di forza sono aperte è presente un ente fisico che genera il campo, se sono chiuse non esiste una sorgente del campo magnetico ma il movimento delle cariche a creare il campo. Il vettore campo magnetico orienta l'aghetto magnetico secondo la direzione del campo.
Storia del magnetismo
Nel 1700 si pensava che i fenomeni elettrici e magnetici fossero distinti. Nel 1820 Oersted capi che un magnete vicino ad un filo elettrico ruotava secondo le linee di forza del campo magnetico prodotto dal filo. Ampere stabili teoricamente la connessione tra campo magnetico e elettricità in movimento. Anche una carica elettrica in moto subisce l'azione di un campo magnetico, venendo deviata dalla sua direzione. Tramite la forza di Lorenz la carica devia la propria direzione e si crea un moto circolare. Il campo magnetico è uniforme tra le espansioni polari di un magnete a forma di ferro di cavallo; se una carica elettrica entra in questa zona con un certo movimento in direzione perpendicolare essa non continua nella sua direzione orizzontale ma subisce una deviazione che la fa muovere in maniera circolare. Il movimento circolare è prodotto da una forza di tipo centripeta, forza di Lorents, ed è il prodotto della carica per il campo magnetico. Il raggio della traiettoria è più grande se maggiore è la velocità. Se la carica entra nel campo in direzione obliqua il vettore si divide in una parte perpendicolare al campo e una parallela ad esso. La prima si muove in modo circolare, la seconda non è sottoposta ad alcuna forza e si conserva secondo un moto traslatorio.
Le caratteristiche di un magnete
Un magnete possiede una forza d’attrazione, detta forza magnetica, verso oggetti di ferro, leghe di ferro, nichel e cobalto, ma non verso oggetti d’altra natura.I poli magnetici non si possono mai separare: se spezziamo una calamita non separiamo un polo nord e un polo sud ma formiamo due calamite più piccole.
Intorno a una calamita individuiamo un campo magnetico nel quale la calamita esercita la sua forza d’attrazione magnetica su piccoli oggetti di ferro secondo una direzione indicata con precise linee di forza del campo magnetico, dirette da un polo all’altro.
I fenomeni elettrici e magnetici sono strettamente collegati, tanto che la corrente elettrica è in grado di creare campi magnetici e i magneti possono produrre corrente elettrica.
Quando in un circuito elettrico passa la corrente, l’ago di una bussola vicina al circuito viene deviato: il passaggio di corrente crea un campo magnetico che devia l’ago dalla normale direzione nord-sud. Questo fenomeno è detto effetto elettromagnetico.
Avvolgendo a spirale un filo elettrico intorno ad un chiodo di ferro (un filo elettrico avvolto a spirale è detto solenoide) e collegando il filo ai due poli di una pila, il chiodo è in grado di attirare piccoli oggetti di ferro: si è magnetizzato, cioè è diventato un’elettrocalamita.
Un magnete che si muove vicino ad un solenoide, genera corrente elettrica: questo fenomeno è detto induzione elettromagnetica e la corrente prodotta è detta corrente indotta.
Nell’induzione elettromagnetica l’energia cinetica di una calamita in movimento si trasforma in energia elettrica.
Il movimento del magnete genera una corrente che varia nell’intensità e nel verso: la corrente indotta è, perciò, una corrente alternata.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza tra magneti naturali e artificiali?
- Come si comportano le linee di forza del campo magnetico rispetto a quelle di un dipolo elettrico?
- Qual è il contributo di Oersted e Ampere alla comprensione del magnetismo?
- Cosa succede quando una carica elettrica entra in un campo magnetico uniforme?
- Come si crea un’elettrocalamita e qual è il fenomeno dell’induzione elettromagnetica?
I magneti naturali possiedono sempre proprietà magnetiche, mentre i magneti artificiali ottengono proprietà magnetiche solo dopo opportuni trattamenti.
Le linee di forza del campo magnetico sono chiuse, mentre quelle di un dipolo elettrico sono aperte, indicando che il campo magnetico non ha una sorgente fisica ma è creato dal movimento delle cariche.
Oersted scoprì che un magnete vicino a un filo elettrico ruotava secondo le linee di forza del campo magnetico prodotto dal filo, mentre Ampere stabilì teoricamente la connessione tra campo magnetico ed elettricità in movimento.
La carica subisce una deviazione dalla sua direzione originale, muovendosi in maniera circolare a causa della forza di Lorentz, che è una forza centripeta.
Un’elettrocalamita si crea avvolgendo un filo elettrico a spirale intorno a un chiodo di ferro e collegandolo a una pila. L’induzione elettromagnetica avviene quando un magnete in movimento vicino a un solenoide genera corrente elettrica, trasformando energia cinetica in energia elettrica.
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