CORSO DI BIOFISICA
IL MATERIALE CONTENUTO IN QUESTE DIAPOSITIVE E’ AD
ESCLUSIVO USO DIDATTICO PER L’UNIVERSITA’ DI TERAMO
LE IMMAGINE CONTENUTE SONO STATE TRATTE DAL LIBRO
“FONDAMENTI DI FISICA” DI D. HALLIDAY, R. RESNICK, J.
WALKER, ED. CEA.
MAGNETISMO
Il magnetismo è il fenomeno fisico, noto fin dall’antichità,
per cui alcuni materiali quali la magnetite o CALAMITA
(Fe3O4) sono in grado di attrarre il ferro ed altre leghe
metalliche nonché trasmettere tale capacità ad altri
materiali.
La FORZA di tale interazione è la forza magnetica ed il
campo di tale forza è il campo MAGNETICO.
POLI MAGNETICI
I magneti hanno due poli (nord e sud), dove la forza
magnetica è più intensa. Formano un Dipolo magnetico
Proprietà
• Poli di uno stesso tipo o nome
(omonimi) si respingono, quelli di
nome diverso (eteronimi) si
attraggono.
• Comunque si spezzi un magnete
bipolare, si otterrà sempre un
altro magnete bipolare, ossia non
è possibile ottenere un monopolo
magnetico.
IL CAMPO MAGNETICO
Campo gravitazionale G
Massa di prova
Campo elettrico E
Campo magnetico B
Carica di prova
q
Dipolo
Ago magnetico di prova
Linee del
campo
elettrico
Linee del campo
magnetico
L’AGO MAGNETICO
N
N
S
S
N
S
N
S
L’ago magnetico è dotato di due poli (nord e sud).
In prossimità di un magnete risente del campo magnetico e ruota in
modo da allineare il suo polo nord col polo sud del magnete ed il suo
polo sud con il polo nord del magnete.
Ciò accade perché l’ago è soggetto ad un momento delle forze agenti
su esso, che gli fa assumere un nuovo orientamento.
LINEE DEL CAMPO MAGNETICO
N
S
Per convenzione le linee del campo
magnetico escono dal polo nord ed
entrano nel polo sud.
La concentrazione delle linee è
direttamente proporzionale a B:
sono più numerose ai poli, dove B è
maggiore.
Non si intersecano mai.
Sono sempre linee chiuse, perché
se fossero aperte, esisterebbe una
singola carica magnetica.
IL MAGNETISMO DELLA TERRA
La Terra è la madre di tutti i magneti.
.
Il campo magnetico della Terra varia nel tempo, sia in
modulo che in direzione orientata (negli ultimi 70 milioni
di anni si è invertito circa 150 volte).
Non esiste una teoria verificata sull’origine dl
magnetismo terrestre.
La più accreditata è quella della dinamo ad
autoeccitazione.
IL MAGNETISMO DELLA TERRA
N
S
Declinazione=angolo tra il polo geografico e magnetico. Dipende dal punto e dal
momento di osservazione
ELETTRICITA’ E MAGNETISMO
Elettricità e magnetismo sono connessi.
Le cariche elettriche in moto generano campi magnetici.
Campi elettrici e campi magnetici sono differenti
manifestazioni
di
un
unico
fenomeno:
l’elettromagnetismo.
Esperienza di Oersted
Fino agli inizi del XIX secolo i fenomeni legati all'elettricità ed al magnetismo furono considerati
indipendenti. Nel 1820 un’esperienza storica segnò la data di nascita dell'elettromagnetismo, una
teoria unificata che dimostra come i fenomeni elettrici e magnetici siano indissolubilmente collegati.
In questo anno Hans Cristian Oersted (1777 - 1851), fisico e filosofo danese, scoprì che una
corrente elettrica provocava una diversa orientazione di un ago magnetico posto vicino al filo.
L'anello di congiunzione era stato trovato: la corrente elettrica interagiva con l'ago magnetico ed era
quindi in grado di creare un campo magnetico nello spazio circostante, proprio come un magnete
naturale.
Non passa corrente:
l’ago magnetico è
parallelo al filo, orientato
secondo il campo
magnetico terrestre
passa corrente:
l’ago magnetico ruota di 90°
Invertendo la corrente:
l’ago magnetico ruota in
senso opposto
CORRENTE E CAMPO MAGNETICO
F
B
iL
La forza di interazione corrente-magnete è direttamente
proporzionale alla corrente i e alla lunghezza L del conduttore
immerso nel campo magnetico B
F i l B ilBsen
Quando B è
perpendicolare
al filo si ha la massima
forza
B B
Se B è inclinato di un angolo
a rispetto al filo, la forza è
minore
B Bsen
Se B è parallelo al filo,
la forza è nulla
B Bsen0 0
Campo magnetico
L’ unità di misura dell’intensità del vettore induzione
magnetica B è il Tesla (T)
tesla
B=F/(iL)
(T)=(N)/((A)(m))
newton
ampére metro
gauss 104 tesla
Campo magnetico terrestre:
0,610-4T = 0,6G
al polo
0,310-4T = 0,3G
all’equatore
LEGGE DI BIOT-SAVART
Un filo rettilineo percorso da corrente genera nello spazio un
campo magnetico circolare o, più esattamente, cilindrico.
Il modulo B:
– è costante ad ogni data distanza dal filo;
– decresce al crescere della distanza.
B
I
2 r
μ = permeabilità magnetica assoluta, T•m/A (μ0=4π∙10-7 T•m/A, vuoto)
I = intensità della corrente, A
r = distanza dal filo, m
I
I
LEGGE DI BIOT-SAVART
Prima regola della mano destra:
se il pollice indica il verso della corrente, allora le dita si chiudono
nel verso del campo magnetico generato
CORRENTE E CAMPO MAGNETICO
FORZA DI LORENTZ
v
Fm
q90°
+
B
Fm
hp1: carica + o – che si muove in B
hp2: v velocità della carica (≠0)
v
q90°
-
B
B
La corrente elettrica è creata da una carica
in movimento:
i=dq/dt.
=> iL=(dq/dt)L=q(dL/dt)=qv
Fm = q v x B
Fm = qvB sin θ
Per determinare la direzione orientata di Fm, vale la regola della
mano destra, con le dita orientate nella direzione di v, che si
chiudono (attraverso l’angolo minore) verso B (carica positiva).
