Circuiti magnetici

CIRCUITI MAGNETICI
INDICE.
Fenomeni magnetici. Effetto magnetico della corrente. Grandezze magnetiche.
1 - FENOMENI MAGNETICI
Esistono dei materiali, detti magneti, che hanno la proprietà di attirare alcune sostanze, dette sostanze
ferromagnetiche (ferro, cobalto, nichel e le loro leghe). È facile osservare che la proprietà attrattiva è
concentrata alle due estremità del magnete; queste estremità si chiamano poli magnetici. Se un piccolo
magnete è libero di ruotare, esso rivolge sempre uno dei poli nella direzione del polo nord geografico; tale
polo viene detto polo nord (N) del magnete e quello opposto viene detto polo sud (S).
Avendo due magneti, si può osservare che avvicinando tra loro i due poli N essi si respingono, avvicinando i
due poli S essi si respingono mentre avvicinando un polo N con un polo S questi si attraggono.
Ogni magnete possiede sempre un polo N ed un polo S. Anche dividendo il magnete in due parti, ciascuna di
esse possiede ancora entrambi i poli, e questo succede pure continuando a dividere il magnete in parti
piccolissime.
Avvicinando al polo di un magnete un pezzo di sostanza ferromagnetica, anche essa acquista proprietà
magnetiche ed è in grado di attirare a sua volta altri pezzetti di sostanza ferromagnetica.
2 - EFFETTO MAGNETICO DELLA CORRENTE.
Ogni conduttore percorso da corrente crea intorno a sé un campo magnetico, cioè una perturbazione di tipo
magnetico in grado di far deviare dei piccoli aghi magnetici posti vicino al conduttore. Il campo magnetico si
può rappresentare graficamente utilizzando le linee di campo, che sono le linee lungo le quali si orientano gli
aghi magnetici. Il campo magnetico prodotto da un conduttore rettilineo si può rappresentare con delle linee
di campo aventi la forma di circonferenze perpendicolari al filo e aventi il centro sul filo stesso. Questo
campo magnetico è presente per tutta la lunghezza del conduttore, ed è più intenso vicino al conduttore e più
debole lontano dal conduttore. Il verso del campo magnetico dipende dal verso della corrente. Per stabilire il
verso del campo magnetico si può utilizzare la regola della vite destrorsa: immaginando che una vite deve
avanzare nel verso della corrente, il senso di rotazione della vite coincide con il verso del campo magnetico.
Il campo magnetico prodotto da un conduttore rettilineo è molto debole; per aumentare l’intensità si può
piegare il filo a forma di circonferenza, realizzando una spira. Al centro della spira tutti i campi magnetici
prodotti da ogni pezzo di filo si sommano tra loro e si ottiene un campo magnetico complessivo un po’ più
intenso. Per aumentare ancora l’intensità del campo magnetico, si può realizzare un solenoide, cioè un
insieme di spire affiancate. Se il solenoide è percorso da corrente, i campi magnetici prodotti dalle varie spire
si sommano tra loro, generando un campo magnetico complessivo più intenso.
Se all’interno del solenoide si trova aria, o qualsiasi altra sostanza non avente particolari proprietà
magnetiche, il campo magnetico prodotto non risulta particolarmente intenso. Se invece si pone all’interno un
cilindro di sostanza ferromagnetica, detto nucleo magnetico, il campo magnetico generato risulta molto più
intenso. Dispositivi di questo tipo si chiamano elettrocalamite e si trovano all’interno di varie
apparecchiature elettriche (relè ad impulsi, elettrovalvole, interruttori automatici…).
Il campo magnetico prodotto da una elettrocalamita è simile al campo magnetico prodotto da un magnete
naturale e presenta il polo N ad una estremità e il polo S all’altra estremità. In una elettrocalamita, il campo
magnetico è concentrato ai poli e si disperde nell’aria circostante. Realizzando un nucleo magnetico chiuso è
possibile confinare il campo magnetico all’interno del nucleo evitando di farlo disperdere. Un dispositivo di
questo tipo si chiama circuito magnetico.
3 – GRANDEZZE MAGNETICHE.
Il campo magnetico che si trova all’interno di un circuito magnetico dipende sia dal numero di spire del
solenoide sia dalla corrente che passa nel solenoide. Per questo motivo si chiama forza magnetomotrice e si
indica con F il prodotto tra il numero di spire N e la corrente I.
F = N·I
La forza magnetomotrice rappresenta la causa che produce il campo magnetico; si misura in Amperspire
(Asp), che equivale ad Ampere (A).
Il campo magnetico prodotto dipende anche dalla lunghezza l del circuito magnetico, poiché se il circuito è
corto il campo magnetico è più concentrato mentre se il circuito è lungo il campo magnetico è più debole.
Si chiama intensità del campo magnetico e si indica con H il rapporto:
H=
F
l
cioè
H=
N⋅I
l
A
m
Il campo magnetico prodotto da un solenoide dipende anche dal materiale che costituisce il nucleo. Si chiama
induzione magnetica e si indica con B la quantità:
B = µ·H
L’intensità del campo magnetico si misura in
L’induzione magnetica si misura in Tesla (T). Il coefficiente µ si chiama permeabilità magnetica assoluta
del materiale che costituisce il nucleo, e risulta:
µ = µo·µr
dove µo è la permeabilità magnetica dell’aria (o del vuoto), che assume un valore costante
H
µo=1,26·10-6
mentre µr è la permeabilità magnetica relativa della sostanza che costituisce il nucleo.
m
Per tutte le sostanze non aventi particolari proprietà magnetiche risulta µr ˜ 1; queste sostanze lasciano più o
meno inalterato il campo magnetico prodotto dal solenoide. Per le sostanze ferromagnetiche risulta invece
µr >>1; queste sostanze intensificano notevolmente il campo magnetico prodotto dal solenoide.
Se un campo magnetico di induzione B passa attraverso una superficie S perpendicolare alle linee di campo,
si chiama flusso magnetico e si indica con F, il prodotto tra l’induzione B e la superficie S.
F = B·S
Il flusso ma gnetico si misura in Weber (Wb)
1Wb=1T·1m2
Partendo dalla definizione di flusso magnetico e utilizzando le espressioni delle varie grandezze magnetiche,
è possibile ricavare una relazione fondamentale per lo studio dei circuiti magnetici.
F = B·S = µ·H·S = µ·
N⋅I
N⋅ I
F
·S=
=
l
l
R
µ ⋅S
l
F
= R l’espressione del flusso diventa F =
µ⋅S
R
La grandezza R si chiama riluttanza del circuito magnetico, e rappresenta l’ostacolo che il nucleo
magnetico oppone alla presenza del flusso magnetico. La riluttanza si misura in H-1.
Sapendo che N•I = F e ponendo
L’espressione F =
di Ohm I =
F
valida per i circuiti magnetici, si chiama legge di Hopkinson; essa è simile alla legge
R
V
valida per i circuiti elettrici.
R