Diapositiva 1 - Liceo Cavalieri

CAMPO MAGNETICO
Hans Christian Oersted
1777-1851
CAMPO MAGNETICO
Nel 1820 Oersted
scoprì casualmente
che nelle vicinanze di
un filo percorso da
corrente l’ago di una
bussola si orienta
perpendicolarmente al
filo stesso
CAMPO MAGNETICO
Faraday, dopo aver
ripetuto questo
esperimento, scoprì
che un filo percorso da
corrente, oltre a
influenzare un ago
magnetizzato, può a
sua volta essere
influenzato da una
calamita
CAMPO MAGNETICO
Ampère ipotizzò che tutti
i fenomeni magnetici
fossero dovuti a correnti
elettriche: il magnetismo
naturale delle calamite
poteva essere spiegato
da correnti
microscopiche circolanti
in essi
VETTORECAMPO
MAGNETICO
Il vettore campo magnetico è
indicato con la lettera B.
Esso può essere
rappresentato con le linee di
forza, grossolanamente
indicate dalla limatura di ferro.
La sua definizione
matematica è piuttosto
complessa
CAMPO MAGNETICO:
DIREZIONE
La direzione del
vettore campo
magnetico è quella
indicata da un ago
magnetico libero di
orientarsi sotto
l’azione del campo
magnetico stesso
CAMPO MAGNETICO:
VERSO
NORD
B
Il verso del campo
magnetico è quello
indicato dal polo
nord dell’ago
magnetico
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
Il vettore campo magnetico è definito tramite la
forza che esso esercita su un “filo rettilineo
indefinito”, ovvero un filo molto lungo e sottile in
cui circola una data corrente di intensità nota
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
F
B
i
La forza magnetica agente su
un filo posto
perpendicolarmente al vettore
campo magnetico e’
direttamente proporzionale:
• alla lunghezza L del filo
• all’intensità di corrente in
esso circolante
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
F
B
i
L’intensità del campo
magnetico è, per definizione, il
rapporto tra la forza agente sul
filo e il prodotto di lunghezza
per intensità di corrente
F
B
iL
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
F
B
i
Se un filo è lungo un metro, vi
circola una corrente di un
ampère, e risulta soggetto ad
una forza di un newton, allora
il campo magnetico in cui è
immerso ha intensità un tesla
1N
1tesla (T ) 
1A 1m
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
Nikola Tesla
(1856-1943)
CAMPO MAGNETICO:
INTENSITA’
Il campo
magnetico
terrestre va da
0,02 a 0,07 mT
FORZA MAGNETICA
F
B
i
Dalla definizione di campo
magnetico deriva la formula
della forza magnetica, almeno
nel caso di campo e corrente
perpendicolari
F  i  B L
FORZA MAGNETICA
F
B
i
Il vettore forza è sempre
perpendicolare al piano
formato dal campo magnetico
e dalla corrente, e il verso è
dato dalla regola della mano
destra:
• pollice come i
• indice come B
• medio come F
FORZA MAGNETICA
F
B
α
i
Se campo e corrente non sono
perpendicolari la formula della
forza diventa
F  i  B  L  sen
FILO RETTILINEO
Jean-Baptiste Biot (17741882)
Felix Savart (1791-1841)
FILO RETTILINEO
Le linee di forza del campo
magnetico generato da un
filo rettilineo indefinito sono
anelli concentrici al filo che
giacciono su piani
perpendicolari al filo
stesso.
LEGGE DI BIOT-SAVART
L’intensità del campo magnetico è direttamente
proporzionale all’intensità della corrente
circolante nel filo e inversamente proporzionale
alla distanza (legge di Biot-Savart).
In formule:
o i
B
2 r
LEGGE DI BIOT-SAVART
La costante μo si chiama permeabilità magnetica
del vuoto e il suo valore è:
o  4 10
7
N/A
2
LEGGE DI BIOT-SAVART
La costante μo si chiama permeabilità magnetica
del vuoto e il suo valore è:
o  4 10
7
N/A
2
LEGGE DI BIOT-SAVART
Questo valore non è naturale ma dipende dalla
definizione di Ampère: infatti, combinando la
legge di Biot-Savart con la formula della forza
magnetica si ottiene:
 o i1  i2
F
L
2 r
E, se i1=i2=1A, L=1m, R=1m, si ottiene F=10-7N,
secondo la definizione di ampère
LEGGE DI BIOT-SAVART
La legge di Biot-Savart è, nel magnetismo,
l’analogo della legge di Coulomb, ovvero
permette di calcolare il valore del campo in una
situazione elementare
Filo rettilineo indefinito
o i
B
2 r
carica puntiforme
E
1
Q
2o r 2
ELETTRICITA’ E
MAGNETISMO
In entrambe notiamo la stessa struttura
“sorgente” del campo
o i
B
2 r
distanza
costante universale
E
1
Q
2o r 2
ELETTRICITA’ E
MAGNETISMO
Allo stesso modo possiamo paragonare le due
definizioni di campo elettrico e magnetico,
entrambe ricavate dall’espressione della forza
prodotta dai due campi
Campo elettrico
F  qE
campo magnetico
F  i  B  L  sen
ELETTRICITA’ E
MAGNETISMO
Queste leggi rivelano una profonda analogia tra
fenomeni elettrici e magnetici.
Infatti, ricordando che la corrente elettrica non è
altro che un moto di cariche, notiamo che entrambi
i campi si accoppiano con la materia tramite la
stessa proprietà, cioè la carica elettrica, anche se
nel caso del campo magnetico le cariche devono
essere in movimento
ELETTRICITA’ E
MAGNETISMO
E ha origine da cariche elettriche E 
1
Q
2o r 2
o i
B ha origine da correnti elettriche B 
2 r
E agisce su cariche elettriche
F  qE
B agisce su correnti elettriche
F  i  B  L  sen
ELETTRICITA’ E
MAGNETISMO
Esiste però un altro legame tra elettricità,
magnetismo e luce:
1
 o o
8
 2,998 10 m / s  c
Questo legame verrà spiegato dalla teoria di
Maxwell