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CALAMITE E POLI MAGNETICI, CAMPO MAGNETICO, ELETTROMAGNETISMO, FORZA SU UNA CORRENTE IMMERSA IN UN CAMPO MAGNETICO, FORZE MAGNETICHE SULLE CARICHE IN



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CALAMITE E POLI MAGNETICI

Un magnete presenta sempre due zone in cui la proprietà di attrarre si manifesta notevolmente più intensa che altrove. Queste zone sono chiamate poli magnetici.

Se prendiamo due magneti e ne avviciniamo i poli possiamo distintamente avvertire il manifestarsi di forze che possono essere di repulsione o di attrazione:


Avvicinando due magneti possono esserci due casi:

1)Si attraggono


2)Si respingono


I magneti possiedono sempre due poli magnetici di tipo diverso; i poli magnetici dello stesso tipo si respingono, poli magnetici di tipo diverso si attraggono.


CAMPO MAGNETICO

Il campo magnetico è lo spazio attorno ad un magnete dove si manifestano la forze magnetiche.



Per riconoscere un campo magnetico è necessario un aghetto magnetico.

L’aghetto:

- E’ costituito da 2 punte (N e S)

- Subisce un momento (due forze che lo fanno ruotare) fino a che si ferma per inerzia. Nel punto A c’è un campo magnetico diretto secondo l’asse NS. per convenzione il verso va da S a N.


Se metto l'aghetto magnetico tra i due poli del magnete a forma di ferro di cavallo, noto che in qualunque posizione esso sia, si dispone sempre nello stesso modo

CONCLUDO che:

dalla parte dove l'aghetto ha il polo N, nel magnete c'è il polo S; dall'altra parte c'è il polo N del magnete

il campo magnetico si disegna con linee di forza parallele; il campo è UNIFORME.

Quindi:Si chiama polo Nord di un magnete quello che si orienta verso il polo nord geografico, mentre si chiama polo Sud il polo opposto del magnete, cioè quello che si orienta verso il polo sud geografico.


ELETTROMAGNETISMO

Fin ora è stato spiegato come un campo magnetico si possa creare con l’intervento di un magnete.

Con le teorie dell’elettromagnetismo si potrà vedere come un campo magnetico si possa creare anche con l’uso della corrente elettrica.

Questa teoria, che l’elettricità e il magnetismo sono proprietà della materia collegate tra loro, è stata sperimentata dallo scienziato danese H.C.Oersted, che nel 1819 osservò che un filo conduttore percorso da corrente elettrica esercita una forza su un ago magnetico posto nelle vicinanze.

Oersted studiò il campo magnetico vicino ad un filo “infinito” percorso dalla corrente. Quando viene messa una bussola vicino al filo,l’ago si dispone tangenzialmente alla circonferenza con centro nel filo. Si deduce che c’è un campo magnetico ad andamento circolare intorno al filo. L’intensità del campo è più grande in punti più vicini al filo.

Direzione del campo magnetico intorno al filo percorso da corrente:regola della mano destra:

- si immagina di prendere il filo con la mano chiusa

- il pollice nella direzione della corrente

- le dita girano intorno al filo nello stesso senso delle linee del campo magnetico.

Regola della mano destra:

pollice=corrente

palmo=forza

dita=campo magnetico

FORZA SU UNA CORRENTE IMMERSA IN UN CAMPO MAGNETICO

Il campo magnetico ha direzione,verso e intensità,quindi è un campo vettoriale.la grandezza che lo definisce in ogni punto dello spazio è un vettore,indicato con B.

Per trovare l’intensità del campo magnetico:un filo percorso da corrente posto in una regione in cui è presente un campo magnetico è soggetto a una forza dovuta a tale campo.il filo è percorso da una corrente I che è diretta verticalmente verso l’alto.si ha che il filo subisce una forza perpend al campo magnetico e al filo percorso dalla corrente,con verso entrante nella ina.se si inverte il verso della corrente anche il verso della forza viene invertito ed è quindi uscente dalla .il modulo della forza el filo è proporzionale all’intensità della corrente e alla lunghezza del filo. B=F / IL F=BIL

B è perpend al filo,la sua misura è il tesla=T(newton su metro su ampere 1T=N / mA).

F è l’intensità

Campo magnetico e filo percorso da corrente sono //:il filo non è soggetto a nessuna forza.

L’orientazione del campo e della corrente è import.


FORZE MAGNETICHE SULLE CARICHE IN MOTO

Una carica q in moto con velocità v in un campo magnetico di intensità B è soggetta ad una forza avente modulo: F=qv B FORZA DI LORENTZ

Il verso della forza su cariche negative è opposto a quello della forza su cariche positive.

Da tenere presente:

- sendo la forza magnetica sempre alla direzione del moto,un campo magnetico non compie lavoro su una carica in moto

- un campo magnetico uniforme induce una carica in moto a seguire una traiettoria circolare di raggio r=mv / qB m è la massa della particella carica.


MOTO DI UNA PARTICELLA IN UN CAMPO MAGN

Una forza costringe un corpo a muoversi lungo una traiettoria circolare a velocità costante. Questo moto è descritto da un’accelerazione centripeta v2 / r,r=raggio della traiettoria circolare. La forza responsabile dell’accelerazione è qvB. Con la seconda legge di Newton si può scrivere:

qvB= mv2 / r m=massa particella carica.

Una carica q di massa m,si muove in un campo magnetico uniforme B alla velocità v della carica segue una traiettoria circolare di raggio: r=mv / qB



Se la carica è negativa il verso della forza sarebbe invertito e la carica si muoverebbe sulla stessa traiettoria ma in senso orario.

Forza elettrica: qE è diretta come E(nel verso opposto per cariche neg);

forza magnetica: qv B è a B.

i campi elettrici possono compiere lavoro sulle cariche,i campi magnetici no.




















SELETTORE DI VELOCITà

Coppia di armature piane // cariche,immerse in un campo magnetico uniforme entrante nel piano della pg. Tra le armature piane si crea un campo elettrico uniforme,che va dall’armatura positiva a quella neg.=a un selettore a campi incrociati.

Lo strumento è in una camera a vuoto per così trascurare l’attrito dell’aria.

Una particella carica +q entri nella regione dei campi incrociati con velocità v // alle armature. Le forze elettrica e magnetica su q sono opposte. In generale: la particella attraversando la regione interessata dai campi,verrà deviata verso l’alto o verso il basso,a seconda della forza maggiore.




Solo nel caso che le forze si equilibrino a vicenda la carica potrà attraversare la regione sena essere deviata. Questo richiede che qE= qvB ovvero v=E/B

SPETTROMETRO DI MASSA

Utilizza la forza magnetica su atomi carichi(ioni)per misurare le masse con una precisione di 7-8 cifre decimali.

Dentro una camera a vuoti ci sono una sorgente di ioni e una regione di campo magnetico uniforme tra le quali esiste una differenza di potenziale V. gli atomi di un gas vengono ionizzati. In base all’equazione L=<E =qV gli ioni entrano nel campo magnetico con un energia cinetica data da E =1/2mv2=qV. Entrati nella regione di campo magnetico gli ioni viaggiano a una velocità di intensità costante e gli viene impressa una traiettoria circolare il cui raggio è dato da r=mv/qB. gli ioni percorrono una semicirconferenza andando a colpire un rilevatore posto a distanza 2r da S . da tutto questo ricavo la formula m=qBr / V.





CICLOTRONE

Uno dei primi dispositivi atti a generare particelle ad alta energia.

Creto un campo magnetico alla regione in cui si muovono le particelle che seguono una traiettoria circolare in una camera a vuoto,dentro due elettrodi a forrna di d,separati da una breve distanza. Vengono emessi protoni da una sorgente S a metà strada fra gli elettrodi;una differenza di potenziale tra gli elettrodi accelera le particelle verso uno di essi. Una volta dentro ad un elettrodo D il protone gira in cerchio emergendo dall’elettrodo solo quando la tensione viene invertita,risulta accelerato ancora ed entra nell’altro elettrodo con più velocità. Il processo continua più volte.

Il funzionamento dello strumento si basa sul fatto che il tempo impiegato da una particella per percorrere la traiettoria circolare non dipende dalla velocità della particella o dal raggio della circonferenza;il periodo di rivoluzione T è dato da

















EFFETTO HALL

Una batteria collegata ai capi di un nastro conduttore(per es metallico) sottile e omogeneo. I punto simmetrici m e n sono allo stesso potenziale,non hanno differenza di tensione fra loro.

Quando però si applica un campo magnetico alla faccia piu estesa del nastro(b) i punti m en si trovano a potenziali diversi. Il perché:



le cariche che fluiscono nel nastro sono positive; con la regola della mano destra vedo che la carica viene diretta verso l’alto,verso m che diventa carico positivamente,quindi tra m e n si ha una differenza di potenziale. M è positivo quando i portatori di carica sono positivi.

Se la corrente è fatta di cariche negative che si muovono verso sinistra(c)la regola della mano destra ci dice che la forza agente sulle cariche positive è diretta verso il basso ma essendo le cariche negative si ha che queste sono sottoposte a una forza diretta verso l’alto,verso m,quindi m diventa carico negativamente.







Con questo si è in grado di determinare il segno dei portatori di carica. L’effetto Hall si può usare anche per determinare la velocità media dei portatori di carica in un conduttore. La velocità madia indotta dall’applicazione di una tensione è detta velocità di deriva delle cariche.la tensione trasversale è detta tensione di Hall,V :

qE =q(V / d)=qvB da cui V =vBd

dove d è la larghezza del nastro; v è la velocità di deriva delle cariche.


FORZE TRO CORRENTI //:L’AMPERE

Supponiamo che due fili lunghi all’infinito siano percorsi da correnti // I e I . i fili sono posto a distanza b. le due correnti esercitano una forza attrattiva direttamente proporzionale al prodotto di I e I e inversamente proporzionale alla distanza b:

F/L=kI I /b k è una costante di proporzionalità.

Per determinare la costante k e definire l’unità di misura della corrente utilizzo il caso particolare di corrento =(I =I ): quando due correnti // di un ampere sono poste alla distanza di un metro,esercitano una sull’altra una forza pari a 2X10 N per metro di lunghezza.

L’ampere è una grandezza fondamentale del SI

E deve essere definito indipendentemente dalle altre misure.

K=Fb/I I L da cui deduco che le unità di misura di k sono: Nm/A m=N/A. k viene scritta anche

Dove è una costante fisica universale detta permeabilità magnetica del vuoto. In base alla definizione data vale: =4 X10 N/A

Usando questa l’equazione iniziale diventa:

F/L= I I/2 b

















CAMPI MAGNETIC PRODOTTI DALLE CORRENTI




F(su I )=(B ) I L dove (B ) è la componente del campo magnetico a I nella posizione di I .B è a I e quindi (B ) =B

F(suI )=

Confrontando le due equazioni posso ricavare il modulo del campo magnetico dovuto a una corrente rettilinea infinita: B= legge di Biot-Savarat

SPIRA CIRCOLARE




Spira circolare di filo conduttore percorsa da una corrente I.regola della mano destra per determinare il verso del campo magnetico.il modulo del campo magnetico al centro della spira vale: B=

IL SOLENOIDE




Si ottiene avvolgendo un filo conduttore in forma di elica.il campo magnetico al suo interno è pressoché uniforme.in un solenoide vuoto infinito percorso da corrente I e avente n spire per metro di lunghezza il modulo del campo magneti è: B=

Se N è il num totale di spire e L è la lunghezza del solenoide si ha n=N/L e si può scriver:B=








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