Appunti di fisica: il campo magnetico

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

Le proprietà magnetiche della materia, come quelle elettriche, sono note fin dall'antichità. Questo grazie alla magnetite, che si tratta di un minerale il cui nome deriva dalla località nella quale veniva estratto, ossia Magnesia, in Asia Minore. La magnetite presenta la proprietà di attrarre il ferro. Inoltre può attirare oppure respingere altri pezzi di magnetite stessa. Ciascun punto di suddetta materia, fatta a pezzi, ha la caratteristica di disporsi in direzione nord-sud. A questo punto, possiamo affermare che entra in gioco il concetto dei poli magnetici. L'interazione dei due poli magnetici dà luogo ad un campo magnetico. In questa breve ma esauriente guida andremo a scoprire quali sono le leggi fondamentali del campo magnetico, nonché gli esperimenti per verificarlo attraverso alcuni appunti di fisica.

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Occorrente

  • Magnetite (Calamita)
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Quali sono le proprietà di una forza su una carica

A questo punto, andremo a descrivere quali sono le principali proprietà di una forza che agisce su un corpo che possiede una carica. Grazie ad alcuni esperimenti effettuati sul campo e sull'elettricità, è stato infatti scoperto che un corpo provvisto di una certa carica elettrica, in movimento in uno spazio in cui è presente un magnete oppure un flusso di corrente elettrica, è sottoposto ad una forza avente le proprietà che andremo ora ad elencare. Per prima cosa, la direzione della forza è perpendicolare a quella della velocità. In secondo luogo, il modulo della forza è proporzionale alla carica elettrica ed al modulo della velocità. Quindi, nel caso in cui la carica elettrica sia ferma, la forza risulta essere nulla. Un altro concetto importante è che l'intensità della forza è nulla quando il corpo si muove parallelamente alla sua direzione, mentre è massima nel caso in cui è perpendicolare ad essa. La forza agente su una carica elettrica positiva presenta la medesima direzione ma il verso opposto rispetto alla forza che agisce su una carica elettrica negativa, a parità delle altre condizioni. Questa forza è definita "Forza di Lorentz", in onore del fisico olandese che l'ha scoperta. Per eventuali calcoli sulla forza si ricorre alla formula F = B I l, nella quale "l" rappresenta un tratto di filo sul quale agisce una forza di intensità "I".

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Come si calcola un campo magnetico

Chiaramente è anche possibile calcolare il campo magnetico, avvalendosi di una semplice equazione. Precisamente, la formula è la seguente: F = q v B. Spiegando nel migliore dei modi i parametri coinvolti in questa equazione, "q" sta ad indicare la "carica elettrica", mentre "v" rappresenta la velocità. Il risultato, ovvero B, costituisce il campo magnetico. La forza definita dall'equazione è nota sotto il nome di "Forza di Lorentz", ed agisce sulla carica elettrica q. Invece l'unità di misura del campo magnetico è detta Tesla, avente simbolo T. Il suo nome è stato attribuito in onore dello scopritore Nikola Tesla.

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I principali esperimenti effettuati sulle cariche elettriche

Una carica elettrica può presentare differenti moti, a seconda della regione dello spazio in cui si trova un campo magnetico. I moti che può assumere sono circolare uniforme ed elicoidale. Per vedere i risultati attraverso esperimenti saranno necessari alcuni strumenti, che andremo ora ad elencare. Innanzitutto è fondamentale ricorrere ad uno spettometro di massa, ad un dispositivo per l'effetto Hall, ad un disco di Barlow, ad un galvanometro, ad un solenoide rettilineo ed un solenoide toroidale. Rinomati fisici, del calibro di Ampère, sono riusciti a comprendere che i fenomeni osservati potevano essere descritti in termini di campi magnetici generati dalle correnti. Circa nel 1830, Faraday è giunto ad altre importanti scoperte. Per prima cosa, si è chiesto se non fosse possibile anche il fenomeno opposto, ossia che un conduttore posizionato in una regione di spazio dove era presente un campo magnetico, non potesse dar luogo ad un flusso di corrente elettrica. Il suo punto di partenza è stata l'analogia tra la carica elettrica, ed il campo elettrico ad induzione elettrostatica. Come si è arrivati alla conclusione che una carica elettrica, mediate il campo elettrico che produce, poteva indurre una carica elettrica sopra un altro corpo, si è anche scoperto ben altro. Precisamente, una corrente elettrica circolante in un certo circuito, per mezzo di un campo magnetico che genera, poteva indurre una corrente elettrica in un altro circuito. Questi sono concetti attuali, che rappresentano le basi della fisica.

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Consigli

Non dimenticare mai:
  • Leggere e comprendere la legge di Ampère
  • Approfondire le formule di Gauss e Lorentz
  • Leggere gli approfondimenti di Faraday
  • Imparare la legge della mano destra

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