Dimostrazione della forza magnetica

Scopo dell’esperienza: Dimostrazione della legge della Forza magnetica
Strumenti
Magnete a forma di U con polarità indicate in colori bianco/rosso; generatore di corrente continua;
filo conduttore e sbarretta metallica; asta; cavetti
Teoria
Su un filo conduttore rettilineo, percorso da una corrente continua di intensità i e immerso per un
tratto l in un campo di induzione magnetica B, agisce una forza data da
r ur r
F = il ∧ B
dove il simbolo ^ indica il prodotto vettoriale, per cui la forza è perpendicolare sia alla direzione
della corrente sia a quella del campo, e il modulo della forza è
ur
r
F = ilB sin α , dove α è l'angolo fra il e B.
La forza è massima se il campo è perpendicolare al filo, mentre è nulla se il campo è parallelo al
filo.
La dimostrazione
Ad un’asta orizzontale viene collegato un filo conduttore che parte e arriva alle boccole presenti
sull’asta stessa; il circuito elettrico è chiuso da una sbarretta metallica orizzontale, per cui si forma
una spira rettangolare piana verticale chiusa in basso dalla sbarretta metallica, quest’ultima della
lunghezza di alcuni cm. Alle boccole sono collegati due cavetti che terminano poi alle polarità di un
generatore di corrente, che può essere quello del bancone da laboratorio.
La sbarretta metallica viene fatta pendere in modo da passare attraverso le polarità di un grosso
magnete, che danno un campo molto approsssimativamente uniforme al loro interno. Il campo di
induzione magnetica presente fra le polarità deve essere verticale, per cui una polarità del magnete
giace sul bancone, l’altra le è parallela e sovrastante. La
sbarretta è a sua volta parallela alle espansioni polari del
magnete.
Nella figura a fianco le polarità magnetiche sono
rappresentate frontalmente. E’ indicato anche il verso di
percorrenza della corrente elettrica. Il campo magnetico è
verticale, e attraversa la sbarretta dall’alto al basso.
In queste condizioni, sulla sbarretta si esercita una forza
magnetica perpendicolare al foglio, ed entrante in esso.
La forza è sufficiente per muovere visibilmente la sbarretta la
quale, vincolata dai fili a cui è appesa, compie un arco di
circonferenza piuttosto ampio con correnti dell’intensità di
qualche ampére.
Invertendo il senso della corrente, la forza diventa uscente e
la sbarretta si muove in senso opposto. Invertendo sia il senso della corrente, che le polarità
magnetiche, il moto torna ad essere quello del primo caso.
Data la geometria delle espansioni polari non c’è lo spazio sufficiente per cambiare sensibilmente
l’angolo fra corrente e campo, perché la sbarretta urterebbe contro il magnete, per cui l’esperienza
si limita a quanto detto, e rimane comunque dimostrativa. La forza sviluppata è troppo piccola, ad
esempio, per essere misurata con un dinamometro della portata minima di 0,05 N.