7. Il campo magnetico di una spira e di un solenoide
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Il campo di una spira (filo circolare) non è
uniforme, ma sull'asse della spira il campo B ha
direzione perpendicolare al piano della spira
(cioè parallela all'asse).
Il campo magnetico di una spira
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Il verso del campo è dato dalla regola della
mano destra;
l'intensità del campo sull'asse della spira è data
dalla formula:
che nel centro della spira diventa:
Il campo magnetico di un solenoide
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Un solenoide è una bobina di filo avvolto a
elica:
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se il solenoide è infinitamente esteso, al suo
interno il campo magnetico è uniforme, mentre
all'esterno è nullo.
Il campo magnetico di un solenoide
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Il modulo del campo magnetico interno ad un
solenoide infinito, ideale, vale:
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un solenoide reale
approssima bene il caso
ideale se la sua lunghezza
è molto maggiore del raggio
delle spire.
Il campo magnetico di un solenoide
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Si nota che:
all'interno del solenoide il campo è molto intenso
(le linee sono fitte);
all'esterno il campo è debole (linee rade);
nella zona centrale le linee
sono parallele ed
equidistanziate:
il campo è uniforme.
8. Il motore elettrico
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Un motore elettrico è un dispositivo che
trasforma energia elettrica in energia meccanica.
Un modello semplice di
motore elettrico è una spira
percorsa da corrente,
immersa in un campo
magnetico uniforme.
Se all'inizio la spira è sul
piano parallelo alle linee di
campo, su ciascuno dei lati
orizzontali agisce una forza
F = B i l.
Il motore elettrico
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Le due forze hanno direzione parallela e versi
opposti: costituiscono una coppia di forze che
costringe la spira a ruotare.
La corrente cambia verso
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Il movimento continua finché la spira non si trova
sul piano perpendicolare alle linee di campo
magnetico:
F1 e F2 tenderebbero a deformare la spira senza
farla ruotare, ma la rotazione prosegue per
inerzia.
La corrente cambia verso
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Per far sì che la spira continui a ruotare, bisogna
invertire il verso della corrente quando essa
passa per il piano orizzontale, ogni mezzo giro:
9. L'amperometro e il voltmetro
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Lo stesso momento torcente che fa ruotare il
motore elettrico permette di misurare correnti e
differenze di potenziale.
L'amperometro è lo strumento che misura
l'intensità della corrente elettrica.
È formato da una bobina di
filo metallico, inserita in un
campo magnetico e vincolata
a ruotare attorno ad un asse
perpendicolare al campo.
L'amperometro e il voltmetro
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Se nell'amperometro circola la corrente continua
di cui si vuole misurare l'intensità, la bobina è
soggetta ad una coppia di forze che la fa
ruotare;
la rotazione è compensata da una molla, in
modo tale che l'angolo di rotazione sia
proporzionale alla corrente che circola.
Tarando lo strumento con
correnti note, si ha la scala
graduata per le misure.
Utilizzo dell'amperometro
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In un circuito l'amperometro deve essere inserito
in serie, affinché sia attraversato dalla stessa
corrente che si vuole misurare:
si interrompe il circuito in un punto e si collegano
i due estremi all'amperometro.
Lo strumento non perturba il
circuito se la sua resistenza
interna è piccola rispetto alla
resistenza totale del circuito.
Il voltmetro
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Lo stesso strumento può essere utilizzato per
misurare le differenze di potenziale: in questo
caso è detto voltmetro.
Il voltmetro analogico è un amperometro a
bobina, collegato ad una resistenza nota R0.
L'amperometro misura la corrente i0 che passa
nella resistenza, da cui si ottiene ∆V con la
prima legge di Ohm:
Il voltmetro
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In un circuito il voltmetro deve essere inserito in
parallelo, affinché ai suoi estremi vi sia la stessa
differenza di potenziale che si vuole misurare:
i suoi morsetti vanno messi nei due punti tra cui
si vuole misurare il ∆V.
Lo strumento non perturba il
circuito se la sua resistenza
interna R0 è grande rispetto
alla resistenza totale del
circuito.
