Come effettuare la misurazione del campo magnetico terrestre

tramite: O2O
Difficoltà: media
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Introduzione

L'astrofisica è una materia davvero affascinante, con tante sfaccettature ed un universo interamente da scoprire. Ovviamente prima di cominciare a studiare le stelle, occorre partire dalle basi. Ad esempio è molto importante imparare a misurare il campo magnetico terrestre. Il campo magnetico è la regione di spazio nella quale si esercitano forze attrattive e forze repulsive, ed è causato da un filo conduttore circolare chiuso. Questa guida si propone appunto di spiegarvi come effettuare la misurazione del campo magnetico terrestre.

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Occorrente

  • Una bussola
  • Un generatore
  • Un amperometro
  • Un solenoide
  • Un goniometro
  • Un resistore
  • Dei cavi di collegamento
  • Un metro a nastro
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Prima di cominciare, è bene dare alcune definizioni. Una spira è definita come un filo conduttore circolare chiuso. Un solenoide, invece, è formato da più spire affiancate (provate ad immaginarlo come un filo conduttore avvolto ad elica) e quando esso è percorso da corrente si genera un campo magnetico uniforme al suo interno. È importante conoscere tali definizioni in quanto l'esperienza proposta si effettua mediante un solenoide.

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È bene essere molto cauti nell'eseguire tale esperimento perché si dovrà utilizzare un circuito elettrico. È necessario contare il numero della spire (N) del solenoide e misurare, in almeno due posizioni, la lunghezza del solenoide, utilizzando il metro a nastro. Misurate anche il diametro del solenoide, ricavando dunque anche il raggio. Per calcolare più facilmente il campo magnetico è consigliato posizionare l'ago magnetico (o la bussola) al centro del solenoide circolare. Quando la corrente è nulla, e quindi anche il campo magnetico è nullo, l'ago magnetico si orienta in base alla direzione del campo magnetico terrestre, la bussola va dunque posta in modo che l'ago risulti perpendicolare all'asse del solenoide: per fare questo potete controllare con un goniometro che la base sia orientata in maniera corretta, ovvero in modo che la direzione dell'ago sia perpendicolare all'asse del solenoide. Collegate ora il solenoide al generatore con molta attenzione. Quando si fa circolare la corrente, si genererà un campo magnetico che sarà perpendicolare a quello terrestre, per questo motivo dovrete aumentare la corrente elettrica e regolare l'alimentazione fino al momento in cui l'ago magnetico si orienta di 45° rispetto all'asse del solenoide.

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La posizione finale di equilibrio viene raggiunta quando i due campi magnetici presentano uguale intensità. Più precisamente, l'ago magnetico in questa configurazione risente del campo terrestre e del campo prodotto; quando l'angolo di orientazione dell'ago risulta di 45° vuol dire che il campo terrestre e quello prodotto hanno la stessa intensità. Dunque, il modulo dell'intensità del campo magnetico terrestre B (T) sarà uguale a B (S) [modulo dell'intensità del campo magnetico all'interno del solenoide]. Controlla il valore dell'intensità di corrente sull'amperometro e annotala.

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Conoscendo il raggio del solenoide, il numero delle spire ed il valore della corrente, è possibile determinare il valore della componente orizzontale del campo terrestre. La formula da utilizzare è la seguente:

B = µ0 / 2 * n * i / r

dove:

µ0 = permeabilità magnetica del vuoto: 4π * 10^-7 [H/m; ovvero H = henry = Ω*s];
n = numero delle spire del solenoide;
i = intensità di corrente;
r = raggio del solenoide.

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