Fig. 13.1.1 - Negentropy.us

MAGNETISMO
Indice degli argomenti
 Magnetismo
 1- Sorgenti del campo magnetico
 2- Vettore di induzione magnetica
 3- Permeabilità magnetica
 4- Proprietà magnetiche della materia
 4.1- Sostanze diamagnetiche
 4.2- Sostanze paramagnetiche
 4.3- Sostanze ferromagnetiche
 8- Campi magnetici e correnti elettriche

9- Flusso magnetico
Sorgenti del campo magnetico
In natura alcuni materiali ferrosi hanno la proprietà di attirare verso di loro, o comunque di orientare secondo un senso ben preciso altre
parti ferrose che si trovano nelle vicinanze. Questa proprietà può essere permanente o anche solo temporanea a seconda del tipo di
materiale e di intensità. Questo fenomeno è denominato magnetismo, di fatto i materiali che possiedono proprietà magnetiche, producono
attorno al loro corpo un campo magnetico (termine generico) o un campo di induzione magnetica (termine specifico).
Il campo magnetico non si manifesta su tutto il corpo del elemento in questione, ma si evidenzia in due punti specifici detti poli magnetici,
a ciascun polo magnetico è stato associato un nome, e più precisamente il nome di polo sud al polo attratto dal nord terrestre, e polo nord a
quello attratto dal sud terrestre, (la terra risulta essere un grande magnete avente anche essa due poli che sono in prossimità dei relativi
nord e sud). Un esperienza molto curiosa, è che i poli magnetici di un materiale non sono mai separabili, difatti tagliando a metà un
magnete permanente, (cioè un oggetto che presenta un certo campo magnetico permanente nel tempo), si ottengono due oggetti di
dimensioni ridotte, ma aventi tutti e due delle proprietà magnetiche e due poli magnetici. Se poi si continua il sezionamento si avranno dei
magneti
sempre
più
piccoli
ma
aventi
sempre
delle
caratteristiche
magnetiche.
I metalli che sono facilmente magnetizzabili sono il ferro o le ferro leghe, ma i metalli che mantengono un certo magnetismo col passare
del tempo sono l'acciaio temprato e altre leghe ferrose.
Vettore di induzione magnetica B
Il campo magnetico prodotto attorno ad un magnete non è visibile ad occhio nudo, ma se avviciniamo ad esso un corpo magnetico libero
di ruotare, osserviamo che questo a seconda della posizione in cui si trova, si dispone su di un asse ben preciso. Si prenda ad esempio un
sottile ago legato ad uno spago molto fine, avvicinandolo ad un magnete permanente, tenendo lo spago teso si vede come l'ago si orienta
sempre in una posizione precisa anche se viene fatto muovere. l'ago si orienta in quella direzione perché il magnete produce una forza
detta induzione magnetica che si manifesta sotto forma di linee di forza. Il senso di queste linee è rivolto da nord verso sud.
Per osservare ad occhio nudo la forma classica delle linee di forza si può procedere nel seguente modo:
si appoggia un magnete permanente su di un lato di un foglio di carta o di vetro, mentre sul lato opposto si deposita una piccola quantità di
trucioli
di
ferro.
I trucioli che sono molto fini incominciano a disporsi sul foglio, e producono un disegno che rispecchia esattamente l'andamento delle
linee di forza del magnete. Se si cambia la forma del magnete si osserva come si modifica la disposizione dei trucioli, questo ci permette
di osservare che ogni magnete avrà delle linee di forza diverse in funzione anche della sua forma. In fig. 12.2.1 è rappresentata una forma
tipica di magnete, le linee rosse rappresentano l'andamento tipico delle linee di forza.
Fig. 12.2.1
Il campo magnetico circonda completamente il magnete, supponendo una forma regolare (cilindrica), il campo sarà equamente distribuito
attorno a tutto il corpo. Per magneti di forma irregolare, le linee di forza tendono sempre a percorrere la via più breve per transitare da N a
S.
Il vettore di induzione magnetica non è da confondere con l'intensità di campo H, se in apparenza possono sembrare simili, tra di loro
esiste una sostanziale differenza. Le due grandezze risultano essere comunque direttamente proporzionali mediante la relazione:
B = H [T]
dove:
B = induzione magnetica in Tesla.
 = permeabilità del mezzo in henry su metro.
H = intensità di campo in amperspire su metro.
Permeabilità magnetica
Tutti i corpi che vengono posti sotto l'influenza di un campo magnetico esterno si magnetizzano. L'effetto dello stesso campo magnetico è
però diverso in funzione del materiale che si desidera magnetizzare. Un campo magnetico è tanto intenso quanto più è elevato il vettore di
induzione B, questo valore è legato ed è parallelo all'intensità di campo H mediante la permeabilità .
Questo significa che nei vari materiali, anche se sottoposti tutti allo stesso campo magnetico H, si genera un induzione di valore diverso.
Per poter paragonare i vari materiali tra di loro, è necessario poter disporre di un coefficiente  di confronto, ed è stato preso quello del
vuoto,
denominato
0
che
vale
1,257E-6
H/m.
Il valore di permeabilità dei restanti materiali viene riferito sempre a 0, è pertanto un valore relativo e si indica con r.
Il valore  del materiale è dato dalla relazione:
 = 0 * r [H/m]
In natura sono molti pochi i materiali che presentano una  molto maggiore della 0, questi materiali sono quelli a base di ferro. I restanti
materiali presentano una  molto prossima alla 0, ciò significa che non producono un loro campo magnetico.
Proprietà magnetiche della materia
È necessario chiarire che tutti gli elementi a livello atomico presentano proprietà magnetiche, difatti gli elettroni che ruotano attorno agli
atomi producono un proprio campo magnetico. Se ora immaginiamo che un elettrone (carica elettrica elementare), ruotando attorno
all'atomo produce a sua volta un piccolo campo magnetico, poi immaginiamo un movimento disordinato dei vari elettroni dello stesso
atomo, deduciamo allora che il campo magnetico complessivo dell'atomo è nullo, o comunque di intensità molto bassa. Ora se noi
osserviamo tutto ciò in un determinato materiale dove le varie molecole si trovano anche loro disposte in modo disordinato, deduciamo
che i vari campi magnetici si eludono ed il materiale si presenta privo di un proprio campo magnetico fig. 13.1.1.
Fig. 13.1.1
Applicando un campo magnetico esterno al materiale in esame, quelli che sono i magnetini fondamentali, tendono ad orientarsi secondo il
campo magnetico esterno (precessione di Larmor), e il materiale ora presenterà un campo magnetico proprio.
Esistono sostanze che in ogni caso non presentano un campo magnetico proprio benché sotto influenza di uno esterno perché non
dispongono di magnetini fondamentali.
Sostanze diamagnetiche
Sono quelle sostanze che anche sotto l'influenza di campi magneti esterni, non si magnetizzano, il valore di r è inferiore a 1 ed è costante.
L'idrogeno, l'acqua, il rame, l'argento, l'oro, il bismuto appartengono a questo gruppo.
Sostanze paramagnetiche
Sono quelle sostanze che sotto l'influenza di campi magneti esterni, si magnetizzano molto poco, il valore di r è costante ed appena
superiore ad 1, pertanto presentano un campo magnetico molto debole. L'aria, l'ossigeno, l'alluminio, il platino, la manganese
appartengono a questo gruppo.
Sostanze ferromagnetiche
Queste sostanze sotto l'influenza di un campo magnetico esterno si magnetizzano fortemente, i loro magnetini base si orientano secondo le
linee di forza del campo esterno producendo un campo magnetico di notevole intensità. La permeabilità relativa r risulta molto elevata. Il
ferro, il nichel, il cobalto, e le loro leghe appartengono a questa categoria.
Campi magnetici e correnti elettriche
Quando un conduttore elettrico viene attraversato da corrente, attorno ad esso si genera un campo magnetico. Immaginiamo un conduttore
di lunghezza infinita, immerso in una sostanza omogenea (aria o vuoto), se attraversato da una I continua, attorno ad esso si formeranno
delle linee di campo magnetico radiali che avranno come centro il conduttore stesso (fig. 14.1.1).
Fig. 14.1.1
In via teorica queste linee di forza si dovrebbero propagare all'infinito, ma essendo l'intensità dell'induzione magnetica inversamente
proporzionale alla distanza dal conduttore, la loro apprezzabilità è limitata alle immediate vicinanze al conduttore stesso.
I
B = --- [T]
2d
Il loro senso è legato al verso della corrente, si immagini in proposito una vite destrogira che si avvita o si svita nel verso della corrente, le
linee
del
campo
magnetico
hanno
lo
stesso
senso
di
rotazione
della
vite.
Se il conduttore viene avvolto su più spire consecutive in modo da formare un solenoide, allora le linee di forza dei campi magnetici si
concatenano (fig. 14.1.2), e formano un campo magnetico simile a quello prodotto da un magnete permanente di uguale forma.
Fig. 14.1.2
Le linee di forza attorno al conduttore non sono simmetriche al centro, ma tendono a spostarsi verso l'esterno del solenoide. Quando si
incontrano
con
altre
linee
si
concatenano
formandone
una
che
circola
attorno
al
solenoide.
Se le spire che costituiscono il solenoide sono serrate, disposte in modo omogeneo, e il solenoide ha forma lunga (ha forma lunga se il
rapporto l/d è elevato), allora l'induzione all'interno del solenoide vale
NI
B = ----  [T]
l
dove:
B = induzione magnetica in tesla.
 = permeabilità del mezzo in henry su metro.
N = numero di spire.
I = corrente circolante nel solenoide in ampere.
l = lunghezza del solenoide in metri.
Come già accennato in precedenza l'induzione magnetica e l'intensità di campo magnetico sono strettamente legate dalla costante ,
l'intensità H in un solenoide vale pertanto
NI
H = ---- [A/m]
l
Flusso magnetico
Per flusso magnetico  si intende la grandezza proporzionale al prodotto dell'induzione B per l'area in cui queste linee di forza si
manifestano (fig. 14.2.1).
Fig. 14.2.1
In figura 14.2.1 è rappresentato un tubo di flusso, le aree A1 e A2, per semplicità sono ortogonali al vettore B, il flusso vale dunque
 = B1*A1 [Wb]
B1 è il valore di induzione nel punto dove si considera l'area, A1 è l'area interessata dalle linee di forza del campo magnetico. Il valore
ricavato
è
il
flusso
magnetico
che
si
misura
in
Weber.
È evidente, e lo si nota anche in figura 14.2.1, che una variazione della sezione in cui si trovano le stesse linee di forza non produce una
variazione di flusso, d'altro canto si nota come le linee di forza siano sempre le stesse. Dunque anche B2*A2 da come risultato il valore di
.
Da ciò si deduce che una variazione di sezione che vede sempre le stesse linee di forza, produce la variazione del vettore di induzione, per
aree molto piccole si avranno induzioni molto elevate, per aree elevate si avranno induzioni più ridotte.
Dal momento che le linee di forza si chiudono su se stesse per formare un campo magnetico, anche il flusso ha un percorso chiuso
delimitato dalle stesse linee di forza.