FENOMENI MAGNETICI
FONDAMENTA LI
Di Cantafio Elisabetta, IVB
A.S.2016/2017 LICEO SCIENTIFICO E.Majorana
Prof.ssa Cinzia Vittoria
la forza magnetica e le
linee del campo magnetico
i materiali che acquistano la capacità di attrarre a sé oggetti di ferro, cioè che si possono magnetizzare, sono detti sostanze ferromagnetiche ( ad esempio il nichel, il ferro, il cobalto e le loro leghe).
la magnetite, invece, è un magnete naturale.
i poli magnetici
in ogni magnete, come ad esempio una bussola possiamo notare un polo nord e un polo sud.
due poli dello stesso tipo si respingono, due poli di tipo diverso si attraggono.
il polo sud magnetico corrisponde al polo nord geografico ed in maniera analoga il polo nord terrestre è nella zona del polo sud geografico.
il campo magnetico
ogni magnete esercita forze sui poli di un altro magnete, per questo come accade nel campo elettrico un magnete crea un campo magnetico nello spazio che lo circonda.
il campo magnetico si indica con B perché descrive gli effetti di una forza.
la sua direzione è data dalla retta che unisce i due poli.
il suo verso va dal polo sud al polo nord del magnete.
le linee di campo
sono in ogni punto tangenti alla direzione del campo.
escono dal polo nord ed entrano nel polo sud.
hanno una densità direttamente proporzionale all’intensità del campo magnetico.
tra campo magnetico e campo elettrico
ci sono polo nord e polo suddue poli dello stesso tipo si respingono
due poli di tipo diverso si attraggono il campo magnetico è un vettore che esprime gli effetti della forza
magnetica
le linee del campo magnetico escono dal polo nord ed entrano nel polo sud
ci sono cariche positive e negative due cariche dello stesso tipo si respingono
due cariche di tipo diverso si attraggono
il campo elettrico è un vettore che esprime gli effetti della forza elettrica le linee del campo elettrico vano dalle cariche positive alle cariche negative
la differenza principale è che per
elettrizzazione possiamo modificare la presenza di cariche elettriche positive e negative all’interno di un corpo.
in un magnete invece avremo sempre da una parte il polo nord e dall’altra il polo sud, poiché esistono solo in coppia
la magnetizzazione è analoga alla
polarizzazione elettrica: dipolo elettrico e dipolo magnetico “polarizzano” il corpo ed
inoltre entrambi hanno la proprietà di allinearsi con i rispettivi campi
l’esperienza di oersted
mette in luce che un filo percorso da corrente genera un campo magnetico
l’esperienza di faraday
ci fa capire come un filo percorso da corrente, in un campo magnetico, subisce una forza
il verso di tale forza lo si individua con la regola della mano destra:
LA LEGGE DI AMPèRE
Ci fa capire invece come agiscano due fili percorsi da corrente uno a fianco all’altro considerando che ogni filo genera un campo magnetico ed è soggetto ad una forza magnetica
l’intensità del campo magnetico
la sua unità di misura è il Tesla
la formula stessa ci fa capire come il campo magnetico dipenda solo dalla forza e dalla sua posizione
se il filo non è perpendicolare al campo magnetico la forza è più piccola perciò utilizziamo semplicemente la formula inversa, altrimenti
la legge di biot-savart
il campo
magnetico
la forza di lorentz
ha sempre direzione perpendicolare a v e quindi allo spostamento istantaneo, perciò
perciò la forza di Lorentz non può cambiare il modulo di v di una particella carica ma ne modifica solo la direzione.
in un campo magnetico uniforme una particella carica con velocità iniziale perpendicolare alle linee di campo compie un moto circolare uniforme. la forza di lorentz infatti si comporta come una forza
centripeta perché:
-è sempre perpendicolare alla velocità perciò non ne varia il modulo -è perpendicolare al campo e quindi non accelera mai la particella in direzione parallela al campo(f e v sono sempre sul piano
perpendicolare a b)
-il modulo di f è dato da ed è costante perché i vettori v e b formano sempre un angolo di 90 gradi ed hanno entrambi modulo costante
il raggio della traiettoria circolare
poiché la forza è centripeta vale la relazione
(la seconda legge di newton applicata al moto circolare) eguagliamo ed isoliamo r, abbiamo quindi:
il flusso magnetico
attraverso una superficie
prodotto scalare tra il campo magnetico e il vettore superficie
.si sommano tutti e
n
i contributi.data una superficie S si sceglie ad arbitrio la faccia positiva
.si suddivide S in tante piccole parti affinché siano piane e abbiano quindi lo stesso campo magnetico
.si rappresenta ognuno di questi con un vettore superficie con modulo uguale all’area di quella parte perpendicolare a essa e con verso uscente
si calcola quindi il flusso:
nel caso di una superficie piana immersa in un campo magnetico uniforme dove c’è quindi un unico vettore s e dove alfa è l’angolo compreso tra B ed S
il teorema di gauss per il magnetismo
il flusso del campo magnetico attraverso qualunque superficie chiusa è uguale a 0
perchè a differenza delle cariche elettriche le linee non sono solo uscenti o solo entranti ma ad ogni linea entrante in una superficie chiusa ne corrisponde una uscente perciò il flusso totale è nullo
dimostrazione
si prende in considerazione un caso particolare, quando il campo è generato dalla corrente che attraversa un filo rettilineo infinito
quando la superficie chiusa è quella di un cilindro con l’asse sovrapposto al filo
il teorema ha senso sapendo che le linee del campo magnetico sono circonferenze concentriche al filo e parallele alle basi del cilindro
e anche sapendo che in ogni piccola porzione della superficie laterale del cilindro il campo è tangente alla superficie stessa quindi
perpendicolare al vettore superficie. lo stesso è vero per tutte le piccole porzioni delle due basi del cilindro e quindi:
proprietà magnetiche dei materiali
AMPERE AVEVA IPOTIZZATO CHE I CAMPI DEI MAGNETI
AVESSERO ORIGINE DALL’EFFETTO COMPLESSIVO DI TANTE PICCOLE CORRENTI MICROSCOPICHE. CON L’AFFERMARSI DEL MODELLO ATOMICO DELLA MATERIA LA LORO ORIGINE è STATA ATTRIBUITA AI MOTI DEGLI ELETTRONI ATTORNO AL NUCLEO E AL LORO SPIN.
OGNI ATOMO PUò ESSERE QUINDI DESCRITTO COME UNA SPIRA MICROSCOPICA PERCORSA DA CORRENTE CHE:
-GENERA UN CAMPO MAGNETICO
-SE IMMERSA IN UN CAMPO MAGNETICO RUOTA FINO AD
ALLINEARE IL PROPRIO MOMENTO MAGNETICO CON LE LINEE DI CAMPO
SOSTANZE
FERROMAGNETICHE hanno movimenti
microscopici di modulo
relativamente grande, perciò il campo è sempre maggiore all’interno del materiale, dove appunto, le linee di campo di addensano
SOSTANZE DIAMAGNETICHE hanno momenti magnetici microscopici nulli perchè si compensano fra loro.il campo totale è minore di quello
esterno e, nonostante sia un fenomeno quasi impercettibile, tutte le linee tendono a
diradarsi nel materiale SOSTANZE
PARAMAGNETICHE
hanno momenti magnetici microscopici molto deboli, quindi il campo totale è poco maggiore di quello esterno, l’addensamento delle linee di campo è quindi trascurabile
le equazioni
di maxwell
In fisica, in particolare nell'elettromagnetismo, le equazioni di Maxwell, elaborate da James Clerk Maxwell, sono un sistema di equazioni che, insieme alla forza di Lorentz, costituiscono le leggi fondamentali che governano l'interazione elettromagnetica.
Esse esprimono l'evoluzione temporale e i vincoli a cui è soggetto il campo elettromagnetico in relazione alle distribuzioni di carica e corrente elettrica da cui è generato.
in generale
teorema di gauss per il campo
elettrico..
..e
magnetic o
il flusso del campo elettrico attraverso una superficie chiusa è direttamente proporzionale alla carica totale contenuta all’interno della superficie
il flusso del campo magnetico attraverso qualunque superficie chiusa è uguale a 0
prima della legge...la corrente indotta
un campo magnetico che varia genera corrente elettrica, questa corrente si chiama corrente indotta e si crea per un fenomeno detto induzione elettromagnetica.
nel caso del solenoide ad esempio più spire sono presenti più il
flusso in un determinato tempo t varia.
l’intensità della corrente indotta dipende quindi dalla rapidità di variazione del flusso
la legge di faraday- neumann
è la forza elettromotrice che produce la corrente indotta, il valore della forza elettromotrice indotta è uguale al rapporto tra la variazione del flusso del campo magnetico e il tempo necessario per avere tale
variazione.
il verso della corrente indotta è tale da creare un flusso di campo
magnetico che si oppone alla causa che l’ha generata, cioè alla variazione del flusso del campo magnetico induttore (legge di Lenz).
IL MENO DAVANTI ALLA
LEGGE...
dimostrazione
la legge di ampère-maxwell
maxwell generalizza il teorema di Ampère dopo aver intuito che anche una variazione del flusso del campo elettrico genera un campo
magnetico, quindi bisognava tener conto anche del flusso elettrico.
