Il magnetismo

1. Il magnetismo Dai primi esperimenti alla teoria moderna

2. Fenomeni magnetici VII secolo: magnetite (FeO.Fe2O3) attira limatura di ferro: • proprietà non uniforme nel materiale; • si manifesta in determinate parti. campioni cilindrici (magneti) nei quali tale proprietà si manifesta ai poli. XVI secolo: W. Gilbert • indagine sistematica dei fenomeni magnetici; • differenze elettrostatica e magnetismo.

3. Natura della forza magnetica • forza gravitazionale e’ attrattiva ed agisce su ognimassa • forza elettrica e’ attrattiva o repulsiva ed agisce sulle cariche forza magneticaagisce su • magneti • correnti • cariche in moto • sia attrattiva che repulsiva • attrattiva gli estremi di due pezzi di magnetite si attraggono o si respingono un metallo (magnetite) attira limatura di ferro, acciaio e di altri metalli

4. non è possibile ottenere un polo magnetico isolato (monopolo) tagliando a metà una calamita compaiono sempre due poli Dalla forza al campo esistenza di un campo magnetico naturale elemento di magnetite fa cambiare orientamento a sottile lamina di magnetite in equilibrio su una punta o sospesa con un filo elementi costitutivi dei magneti sono i dipoli magnetici

5. Sorgenti del campo 1800 Oersted e Ampere: legame fra fenomeni elettrici e magnetici filo percorso da corrente fa cambiare orientamento ad ago magnetico fili percorsi da corrente si attraggono o respingono a seconda della direzione della corrente magnete fa cambiare orientamento ad un circuito percorso di corrente le azioni magnetiche sono la manifestazione di interazioni tra cariche elettriche in movimento

6. Il campo magnetico un sistema di cariche in moto genera un campo magnetico B definisco direzioneeverso del campo B utilizzando come sonda un ago magnetico (in elettrostatica: carica q) disegno le linee del campo magnetico ponendo la sonda in “tutti” i punti dello spazio attorno alla sorgente di campo (cfr. esperimento in classe) con l’ago magnetico trovo direzione e verso del campo vettoriale, ma non il modulo

7. magnete permanente curvato ad U filo rettilineo percorso da corrente Il campo magnetico: esempi circuito percorso da corrente magnete permanente Principio di sovrapposizione: il campo B è dato dalla somma dei campi prodotti dalle singole sorgenti.

8. Origine del campo magnetico oggetti estremamente diversi come • la magnetite • certi metalli • fili percorsi da corrente sono tutti soggetti alla forza magnetica • filo percorso da corrente  Cariche elettriche in movimento • materia  sistema costituita da cariche in moto campo magnetico  generato da cariche in moto cariche in moto  soggette a forze magnetiche magnete permanente: la somma di tutte le correnti atomiche = 0 Il moto degli elettroni genera un campo magnetico

9. Intensità del campo magnetico strumento di misura: magnetometro filo percorso da corrente in presenza di campo magnetico B subisce una forza collego il filo percorso da corrente ad un dinamometro (molla tarata): allungamento/compressione della molla misura la forza magnetica

10. Unità di misura 1 Gauss = 10-4 Tesla

11. Cariche in moto: forza magnetica • particella di carica q, massam • velocità vcostante • regione di spazio con Bcostante Se la particella subisce una forza osserverò: • variazione del modulo della velocità (cioè accelerazione o decelerazione) • variazione della direzione di moto (una deflessione) Forza di Lorentz (deriva dall’espressione vista prima) La forza magnetica non compie lavoro

12. B v FLorentz v F B v B F v F Moto di una carica in un campo magnetico uniforme • particelle veloci si muovono in orbite larghe • le particelle lente in orbite strette la forza di Lorentz induce una traiettoria circolare B entrante B uscente A parità di campo magnetico e di velocità il raggio dell’orbita dipende solo da • massa della particella • carica della particella Nota la carica posso effettuare una spettrometria di massa

13. Esempi di traiettorie Se la velocità della particella carica non è ortogonale al campo magnetico la sua traiettoria è elicoidale con velocità di traslazione pari alla proiezione della velocità lungo il vettore B. traiettoria di una particella carica in una camera a bolle in un campo magnetico traiettoria di un fascio di elettroni in un campo magnetico

14. Esercizi Calcolare la forza (modulo direzione e verso) cui è sottoposto il filo in figura sapendo che la sua lunghezza è di 50 cm, che la corrente di 2 A lo attraversa nel senso Indicato e che il valore di B è pari a 4 T. Per la regola della mano destra la forza è entrante

15. Esercizi Calcolare il raggio della traiettoria di un elettrone che viaggia alla velocità di 2000 m/s, immerso in un campo magnetico uniforme di 5 T come in figura. L’elettrone curva a sinistra, e non a destra come ci si Aspetterebbe dalla regola della mano destra, per via della carica negativa

16. Per casa… • In un campo magnetico di 0,5 T che raggio avrà la traiettoria di un elettrone con velocità pari ad un decimo di quella della luce? (Sugg. La velocità della luce è un valore ben noto e facile da trovare…) • Quale è la forza cui è sottoposto un filo lungo 30 cm, di resistenza 5 Ω e sotto posto ad una d.d.p. di 10 V, immerso in un campo magnetico ad esso perpendicolare? (scegliete in modo arbitrario il verso della corrente. • La velocità degli elettroni all’uscita del tubo catodico della TV è circa 10000000 m/s. Nei televisori più grandi, questi elettroni devono poter compiere traiettorie con raggi fino a 50 cm. Quale deve essere il valore di B? • E’ possibile mantenere in aria un filo di 50 cm pesante 10 g? Giustificare la risposta e spiegare, qualitativamente e quantitativamente, il procedimento, e gli strumenti necessari. • Qual è la forza agente su una carica ferma posta in un campo magnetico di 7 T?