Magnetismo: Principi Fondamentali e Fenomeni Elettromagnetici

I metalli che possono essere magnetizzati sono definiti sostanze ferromagnetiche.

Caratteristiche dei Magneti

Ogni magnete possiede un polo nord e un polo sud. I poli dello stesso tipo si respingono, mentre i poli di tipo diverso si attraggono.

Il Polo Sud del magnete terrestre si trova in prossimità del Polo Nord geografico, sebbene non coincida perfettamente con esso. Analogamente, il polo nord del magnete terrestre è situato nella zona del polo sud geografico.

Campo Magnetico

Un magnete genera un campo magnetico nello spazio circostante. Questo campo è descritto da un vettore B.

• La direzione di B è definita dalla retta che congiunge i poli di un magnete di prova.
• Il verso di B va dal polo sud al polo nord di tale magnete.

Proprietà delle Linee del Campo Magnetico

• In ogni punto, le linee del campo magnetico sono tangenti alla direzione del campo magnetico stesso.
• Le linee escono dal Polo Nord ed entrano nel Polo Sud dei magneti.
• La loro densità è direttamente proporzionale all'intensità del campo magnetico.

È impossibile suddividere un magnete in modo da ottenere un polo nord isolato o un polo sud isolato.

Correnti Elettriche e Magnetismo

Un filo percorso da corrente genera un campo magnetico. La regola della mano destra descrive questa relazione: se il pollice della mano indica il verso della corrente in un filo, le altre dita che si chiudono indicano il verso delle linee del campo magnetico.

Un filo percorso da corrente, immerso in un campo magnetico, subisce una forza.

Regola della Mano Destra per la Forza Magnetica

• Posizionare il pollice della mano destra nel verso della corrente.
• Orientare le altre dita nel verso del campo magnetico.
• La direzione della forza è quella che esce dal palmo della mano.

Interazione tra Correnti e Legge di Ampere

Una corrente elettrica genera un campo magnetico ed è soggetta a una forza magnetica. La Legge di Ampere descrive la forza tra due fili paralleli percorsi da corrente:

La forza che agisce su un tratto di lunghezza l di ciascuno dei due fili è direttamente proporzionale a l e alle intensità delle correnti i1 e i2, ed è inversamente proporzionale alla distanza d tra i fili.

La formula generale per la forza è: Forza = (permeabilità magnetica del vuoto / 2π) • (corrente1 • corrente2) / distanza • lunghezza.

Una corrente di 1A, che attraversa due fili rettilinei, paralleli e molto lunghi, distanti un metro, produce una forza di 2 • 10^-7 N su ogni metro di lunghezza di ciascun filo.

Formule del Campo Magnetico

• Campo Magnetico (Tesla = N/A•m) = Forza Magnetica / (Intensità di Corrente • Lunghezza)
• Campo Magnetico B = (permeabilità magnetica nel vuoto / 2π) • (intensità di corrente / distanza)

Campo Magnetico di una Spira Circolare

In ogni punto dell'asse di una spira circolare percorsa da corrente, il campo magnetico B è perpendicolare al piano che contiene la spira.

Campo Magnetico B = (permeabilità magnetica nel vuoto / 2π) • (intensità di corrente / raggio)

Campo Magnetico di un Solenoide

Il campo magnetico esterno a un solenoide infinito percorso da corrente è nullo, mentre quello interno è uniforme e parallelo all'asse del solenoide.

B = permeabilità magnetica nel vuoto • (numero di spire / lunghezza) • lunghezza

Forza su una Carica in Movimento

Il campo magnetico è generato da cariche elettriche in movimento. A loro volta, le cariche elettriche in movimento sono soggette a forze quando si trovano in un campo magnetico.

La formula è: F = q • velocità • B

Origine Magnetica della Materia

Ampère ipotizzò che i campi dei magneti avessero origine da correnti elettriche, specificamente dall'effetto complessivo di correnti elettriche microscopiche.

• Un campo magnetico esterno B₀ orienta i vettori associati alle spire microscopiche di corrente presenti nella materia, allineandoli nella propria direzione.
• L'effetto combinato di questo allineamento equivale a una corrente microscopica sulla superficie del blocco di materia.

Classificazione delle Sostanze Magnetiche

• Le sostanze debolmente attratte da un campo magnetico sono definite paramagnetiche.
• Quelle debolmente respinte sono definite diamagnetiche.

Induzione Elettromagnetica

La corrente elettrica che scorre in un circuito a causa di un campo magnetico variabile è chiamata corrente indotta. Il fenomeno che genera tale corrente è noto come induzione elettromagnetica.

In un circuito si genera una corrente indotta ogni volta che il campo magnetico in cui è immerso varia.

Affinché si generi una corrente indotta, deve variare nel tempo il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito. L'intensità della corrente indotta dipende dalla rapidità di questa variazione del flusso.