Magnetismo: Principi Fondamentali e Interazioni

Il Campo Magnetico: Interazioni e Proprietà

Principi Fondamentali del Magnetismo

L'avvicinamento di due poli magnetici uguali (Nord con Nord, o Sud con Sud) genera una repulsione, mentre l'avvicinamento di poli opposti (Nord con Sud) produce un'attrazione. Da ciò si deduce che poli uguali si respingono, poli diversi si attraggono. Non è possibile ottenere un monopolo magnetico, ovvero una particella isolata con una singola carica magnetica. Tentare di dividere una calamita non separa le cariche, ma genera due nuovi pezzi, ciascuno con un polo Nord e un polo Sud.

Nel contesto del campo magnetico, si considera una calamita sorgente e un ago magnetico esploratore. Avvicinando l'ago al Polo Nord della calamita, l'ago tenderà a orientare il suo polo Sud verso la calamita, ruotando. Le linee di forza del campo magnetico escono dal Polo Nord ed entrano nel Polo Sud. All'interno della calamita, le linee si muovono da Sud a Nord, formando linee chiuse. (A differenza del campo elettrico, dove le linee di forza possono essere aperte).

Il Campo Magnetico Terrestre

La Terra può essere considerata un grande magnete. L'asse magnetico terrestre non coincide perfettamente con l'asse geografico, con una differenza di circa 11°. Dove si trova il polo Nord geografico, si posiziona il polo Sud magnetico. Durante un'inversione dell'asse magnetico, il modulo del campo magnetico terrestre subisce variazioni: diminuisce fino a zero, si inverte (invertendo Nord e Sud) e poi ricomincia a crescere.

L'Esperienza di Oersted

Posizionando un filo percorso da corrente parallelamente sopra un ago magnetico, inizialmente allineato con il campo magnetico terrestre, si osserva una rotazione dell'ago. Quando la corrente nel filo cessa, l'ago ritorna alla sua posizione di equilibrio iniziale. Questo dimostra che la corrente elettrica agisce sull'ago magnetico, stabilendo un legame con il magnetismo. In particolare, la corrente che circola in un filo genera un campo magnetico.

Per visualizzare le linee di forza del campo magnetico generato da un filo, si può cospargere della limatura di ferro su un cartoncino. Le linee risulteranno essere circonferenze concentriche all'asse del filo e giacenti su piani perpendicolari ad esso. Il verso del campo magnetico attorno al filo può essere determinato utilizzando la regola della mano destra: posizionando il pollice parallelamente al filo nel senso della corrente, le altre dita che si chiudono verso il palmo indicano il verso del campo magnetico.

L'Esperienza di Ampere

Quando due fili rettilinei e paralleli sono percorsi da corrente, si manifesta una forza tra di essi. Le ricerche di Ampere hanno stabilito che:

• Se la corrente nei due fili ha lo stesso verso, si genera una forza attrattiva.
• Se la corrente nei due fili ha verso opposto, si genera una forza repulsiva.

L'intensità di questa forza dipende da:

• Dal prodotto delle intensità di corrente (direttamente proporzionale).
• Dalla lunghezza dei fili (direttamente proporzionale).
• Dalla distanza tra i due fili (inversamente proporzionale).

Il Vettore Campo Magnetico

Considerando due magneti, avvicinando il polo Nord del primo al Polo Sud del secondo, si crea una zona con un campo magnetico uniforme, caratterizzato da stesso modulo, verso e direzione. Per determinare la direzione e il verso, si utilizza un ago magnetico: il suo asse indica la direzione del campo magnetico, mentre il suo Nord ne indica il verso. Il campo magnetico fluisce quindi dal Nord del primo magnete verso il Sud del secondo. Per misurare il modulo, si inserisce in questa regione un conduttore (perpendicolare alla direzione del campo) di una certa lunghezza, percorso da una corrente di intensità nota.

Faraday scoprì che un conduttore percorso da corrente, immerso in un campo magnetico, è soggetto a una forza di natura magnetica. Il modulo di questa forza è direttamente proporzionale all'intensità di corrente e alla lunghezza del filo.

L'unità di misura dell'intensità del campo magnetico è il Tesla (T). Poiché il Tesla è un'unità molto grande, si utilizza frequentemente il Gauss (G) come suo sottomultiplo.

La Forza di Lorentz

Anche una singola carica in movimento all'interno di un campo magnetico è soggetta a una forza, nota come forza di Lorentz. Il modulo di questa forza è direttamente proporzionale alla quantità di carica, alla velocità della carica e al modulo del vettore induzione magnetica. La direzione e il verso della forza sono determinati dalla regola della mano destra (il pollice indica la direzione e il verso della forza).

• Una carica positiva devia verso l'alto.
• Una carica negativa devia verso il basso.