Magnetismo e Elettromagnetismo: Principi, Campi e Applicazioni

Cos'è il Magnetismo

Il magnetismo è la proprietà per la quale alcuni materiali esercitano una forza a distanza su sostanze come il ferro, attirandole. I corpi che possiedono tale proprietà sono detti calamite o, più in generale, magneti. La proprietà nota per la quale un minerale a base di ossido di ferro, detto anche magnetite, può attirare dei piccoli pezzi metallici prende il nome di magnetismo.

Forza repulsiva e attrattiva degli aghi

Se si sospende un magnete a forma di ago su una punta in modo che possa ruotare liberamente con un attrito minimo, si nota che dopo un certo tempo l'ago si ferma indicando con un'estremità il polo nord geografico e con l'altra il polo sud. La parte dell'ago rivolta a nord viene chiamata polo nord, quella opposta polo sud.

• Forza repulsiva: si verifica avvicinando due poli uguali (nord-nord o sud-sud).
• Forza attrattiva: si verifica avvicinando due poli opposti (nord-sud).

Proprietà fondamentale: Poli uguali si respingono, mentre poli diversi si attraggono.

Differenze tra Magnetismo ed Elettricità

Sebbene esistano analogie tra cariche elettriche e poli magnetici, esiste una differenza sostanziale:

• Elettricità: È possibile isolare le cariche positive da quelle negative.
• Magnetismo: Non è possibile isolare un polo nord da un polo sud. Se dividiamo una calamita in due, otteniamo sempre due nuovi dipoli magnetici.

Il Campo Magnetico

Il campo magnetico è l'insieme dei vettori che descrivono l'influenza che una calamita (sorgente) esercita su un ago magnetico (esploratore). Si introduce il vettore B per definirne direzione e verso.

Visualizzazione e Linee di Forza

Le linee di forza si visualizzano cospargendo di limatura di ferro un cartoncino posto sopra un magnete. A differenza del campo elettrico, le linee di forza del campo magnetico sono chiuse:

• All'esterno: vanno dal polo nord al polo sud.
• All'interno: vanno dal polo sud al polo nord.

Il Campo Magnetico Terrestre

La Terra genera un proprio campo magnetico. L'estremità dell'ago che punta verso il polo nord geografico è, magneticamente parlando, un polo sud, poiché viene attratta dal polo nord magnetico terrestre.

Elettromagnetismo: La Relazione tra Correnti e Magneti

Fino al XIX secolo, elettricità e magnetismo erano considerati fenomeni distinti. Nel 1820, Hans Christian Oersted dimostrò che la corrente elettrica che circola in un filo genera un campo magnetico.

Esperienze Fondamentali

• Esperienza di Oersted: La corrente elettrica genera un campo magnetico. Il verso si determina con la regola della mano destra.
• Esperienza di Ampère: Due fili paralleli percorsi da corrente interagiscono tra loro. La forza è attrattiva se le correnti hanno lo stesso verso, repulsiva se opposto.
• Esperienza di Faraday: Un campo magnetico esercita una forza su un filo percorso da corrente. L'unità di misura del campo magnetico è il Tesla (T).

Campi Magnetici Particolari

• Filo rettilineo: Il modulo di B è direttamente proporzionale all'intensità di corrente I e inversamente proporzionale alla distanza d.
• Solenoide: Un filo conduttore avvolto a elica. Il verso del campo interno si determina con la regola della mano destra.

Il Motore Elettrico

Il motore elettrico è un dispositivo che trasforma l'energia elettrica in energia meccanica sfruttando l'interazione tra campi magnetici e correnti. Utilizza bobine montate su un nucleo mobile (rotore) che, attraversate da corrente, si mettono in rotazione all'interno di un campo magnetico.