Fenomeni magnetici e campo magnetico

​​I magneti

Per magneti si intendono la magnetite, minerale capace di attrarre piccoli pezzi di ferro, o elementi (come il ferro) che possono acquisire questa proprietà se messi a contatto con la magnetite stessa.

Nel magnete si distinguono due poli, polo nord e polo sud, in cui risiedono maggiori effetti magnetici.

Due poli dello stesso tipo si respingono, mentre di tipo diverso si attraggono.

Ricorda: i due poli non si possono separare; infatti rompendo un magnete si andrebbero a rigenerare ulteriormente un polo nord e un polo sud.

Il campo magnetico

Il campo magnetico $$\vec{B}$$ è un campo vettoriale di energia elettromagnetica dato dalle forze trasmesse dal magnete ed è definibile conoscendo l'intensità, la direzione e il verso.

Per stabilire direzione e verso si può collocare, nel campo, un ago magnetico il quale si fermerà con l'asse in una certa direzione che è la medesima di $$\vec{B}$$.

Le linee del campo magnetico

Le linee del campo magnetico sono linee immaginarie utilizzate per rappresentare il campo magnetico nello spazio, oppure è possibile visualizzarle mediante lo spargimento di pezzettini di ferro nel campo magnetico i quali si disporranno lungo le linee di forza.

Le linee del campo magnetico hanno diverse proprietà:

• sono linee chiuse che partono dal polo nord per terminare nel polo sud dello stesso magnete;
  
• la retta tangente ad una linea di campo in un certo punto determina la direzione di $$\vec{B}$$;
• maggiore è il numero di linee di campo, maggiore è l'intensità del campo;
• siccome identificano univocamente direzione e verso del campo magnetico, non possono intersecarsi. Se si intersecassero vi sarebbero due direzioni e due versi.

Campo magnetico uniforme

Un campo magnetico si dice uniforme quando, in una certa regione di spazio, $$\vec{B}$$ ha uguale intensità, direzione e verso in ogni suo punto.

Inoltre, le linee di campo sono parallele ed equidistanti tra loro.

Un esempio pratico è quello di un magnete a ferro di cavallo in cui in due poli sono adiacenti l'uno all'altro.

Campo magnetico creato da una corrente

 Il fisico danese Oersted scoprì che il campo magnetico può essere creato anche da una corrente elettrica mettendo un ago magnetico sotto un filo di conduttore in cui fece passare corrente elettrica. Da quest'azione notò che l'ago ruotava disponendosi perpendicolarmente al filo.

L'intensità del campo magnetico

Il valore di intensità del campo magnetico si misura facendo percorrere un filo conduttore dalla corrente e valutando se su questo agisce una forza magnetica.

L'intensità del campo magnetico $$B$$ è data dal rapporto tra la forza $$F$$ che agisce sul conduttore e il prodotto tra la lunghezza $$l$$ del conduttore e l'intensità $$i$$ della corrente:

$$B=\dfrac{F}{i\cdot l}$$​​

​$$B$$ si misura in $$\dfrac{N}{(A\cdot m)}$$, la quale prende il nome di tesla ($$T$$).

Calcolo del campo magnetico in casi particolari

​​Filo rettilineo

La legge di Biot-Savart afferma che in corrispondenza di un filo rettilineo percorso da corrente, il campo magnetico è dato dal rapporto tra il prodotto della costante $$k$$ ($$2\times10^{-7}N/A^2$$) e l'intensità di corrente $$i$$ diviso per la distanza dal filo $$d$$:

​$$B=\dfrac{k\cdot i}{d}$$

Spira circolare

Un filo a forma circolare (detta spira circolare) attraversato da corrente crea un campo magnetico ed al centro della spira il campo magnetico è dato dalla seguente formula:

​$$B=\dfrac{k\cdot \pi \cdot i}{r}$$

Solenoide o bobina

Un filo di lunghezza $$l$$​ costituito da più spire circolari affiancate viene detto solenoide o bobina. Quando è attraversato da corrente elettrica, si forma una campo magnetico dato da:

​$$B=\dfrac{2\pi \cdot k \cdot i \cdot N}{l}$$

in cui $$N$$ indica il numero di spire.

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Campo magnetico terrestre

Si può parlare di campo magnetico terrestre in quanto anche la Terra si comporta come un magnete, ma il polo nord del campo magnetico terrestre coincide con il polo sud geografico.

Questo principio permette il funzionamento delle bussole in quanto il polo nord di un ago magnetizzato è attratto dal polo sud del magnete terrestre , quindi, verso il polo nord geografico.

Il campo magnetico nella materia

​​La permeabilità magnetica relativa

Studiando il comportamento del campo magnetico in un solenoide vuoto e in uno con all'interno cilindri di diversi materiali si notò come alcuni di questi facessero aumentare notevolmente il campo, alcuni solo di poco e altri diminuirlo.

La permeabilità magnetica relativa $$\mu_r$$ è il valore che indica il contributo di ciascun materiale ad un campo magnetico ed è dato dal rapporto tra l'intensità del campo nel mezzo $$B$$ e l'intensità del campo nel vuoto $$B_0$$:

$$\mu=\dfrac{B}{B_0}$$​​

Considerando che nell'aria $$\mu=1$$, si possono classificare tre tipi di sostanze in base al valore di permeabilità magnetica relativa:

• sostanze paramagnetiche: sostanze, come l'alluminio, in cui il campo magnetico è leggermente superiore a quello che sarebbe nel vuoto; quindi $$\mu$$​ è di poco superiore a $$1$$;
• sostanze diamagnetiche: sostanze, come il rame, in cui il campo magnetico è leggermente inferiore a quello che sarebbe nel vuoto; quindi $$\mu$$ è di poco inferiore a $$1$$;
• sostanze ferromagnetiche: sostanze, come il ferro e il nichel, in cui il campo magnetico è nettamente superiore a quello che sarebbe nel vuoto; quindi $$\mu$$ è di molto superiore a $$1$$.​

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