Il campo magnetico è una regione dello spazio in cui agiscono forze magnetiche su magneti, correnti e cariche elettriche in moto. Si descrive con un vettore e si misura in tesla.
| Concetto | Definizione | Esempio |
|---|---|---|
| Campo magnetico | Regione in cui agiscono forze magnetiche su cariche in moto e su correnti. | Attorno a una calamita o a un filo percorso da corrente. |
| Magnete | Corpo che genera un campo magnetico e possiede due poli. | Una barra magnetizzata con polo nord e polo sud. |
| Linee di campo | Curve orientate che indicano verso e intensità del campo. | Escono dal polo nord e entrano nel polo sud. |
| Esperienza di Oersted | Una corrente elettrica genera un campo magnetico. | La bussola si devia vicino a un filo percorso da corrente. |
| Unità di misura | Il campo magnetico si misura in tesla. | è l’unità SI del campo magnetico. |
| Campo elettrico | Agisce su cariche ferme o in moto. | È diverso dal campo magnetico, che agisce su cariche in moto. |
Il campo magnetico è una regione dello spazio in cui una forza può agire su cariche elettriche in moto e su correnti elettriche.
Si introduce questo concetto perché l'azione dei magneti non richiede contatto diretto. La presenza del campo spiega da dove nasce la forza e come si distribuisce nello spazio.
In fisica, un campo cioè una grandezza definita punto per punto nello spazio, permette di descrivere l'effetto di una sorgente a distanza.
Questa relazione mostra che una carica in moto subisce una forza magnetica per effetto di . Per esempio, se , e , il valore massimo della forza vale .
Il modulo dipende anche dall'angolo tra velocità e campo. Quando i vettori sono paralleli, la forza risulta nulla.
Un magnete genera un effetto magnetico stabile, cioè capace di attrarre materiali ferromagnetici e di orientare altri magneti.
I magneti naturali cioè presenti in natura, e i magneti artificiali, cioè costruiti dall'uomo, presentano sempre due poli: nord e sud.
I poli magnetici sono le zone in cui l'azione magnetica è più intensa. Non esiste un polo isolato osservabile nei magneti ordinari.
Se si spezza una calamita, si ottengono due magneti più piccoli, ciascuno con nord e sud. Per esempio, un magnete spezzato in due non produce mai un polo singolo.
Le linee di campo cioè le curve usate per rappresentare graficamente il campo, mostrano direzione, verso e intensità del campo magnetico.
Per convenzione, le linee escono dal polo nord e rientrano nel polo sud all'esterno del magnete. All'interno del magnete chiudono il percorso.
Se le linee sono più fitte, il campo è più intenso. Per esempio, se in una zona si disegnano il doppio delle linee rispetto a un'altra, lì il campo si interpreta come più forte.
Le linee non si incrociano mai. Se si incrociassero, in uno stesso punto il campo avrebbe due direzioni diverse, che è impossibile.
[IMMAGINE: Schema di un magnete a barra con polo nord a sinistra e polo sud a destra. Linee di campo chiuse, più fitte vicino ai poli, frecce verso il polo sud all'esterno e verso il polo nord all'interno.]
L'esperienza di Oersted cioè l'osservazione della deviazione di un ago magnetico vicino a un filo percorso da corrente, mostra un fatto decisivo: una corrente genera un campo magnetico.
Questa scoperta collega elettricità e magnetismo. Non si tratta di due fenomeni separati, ma di aspetti legati tra loro.
Se nel filo passa una corrente , l'ago della bussola si orienta in una direzione diversa da quella iniziale. Se la corrente si annulla, l'effetto magnetico scompare.
La direzione del campo generato dal filo si studia con la regola della mano destra, cioè con il pollice nel verso della corrente e le dita nel verso delle linee di campo.
Nel Sistema Internazionale il campo magnetico si misura in tesla, cioè in .
L'unità di misura indica quanta intensità di campo è presente in una certa regione dello spazio.
Per esempio, un campo di esercita una forza di su un tratto di filo di percorso da , nelle condizioni geometriche opportune.
In pratica, il tesla è un'unità abbastanza grande. Per questo si usano spesso anche il millitesla e il microtesla.
Il campo elettrico cioè la regione in cui una carica subisce una forza elettrica, e il campo magnetico hanno analogie importanti e differenze precise.
In entrambi i casi si parla di un'azione a distanza descritta da una grandezza definita nello spazio. In entrambi i casi si usano linee di campo per rappresentare direzione e intensità.
Per esempio, una carica ferma in un campo elettrico può essere accelerata. La stessa carica, se ferma, non subisce invece forza magnetica.
Questa differenza è fondamentale per capire perché il magnetismo dipende dal moto delle cariche.
Il campo magnetico si riconosce osservando l'effetto su magneti, correnti e aghi magnetici. La descrizione geometrica si affida alle linee di campo, mentre la misura quantitativa si esprime in tesla.
Per esempio, vicino ai poli di un magnete le linee sono più fitte e l'effetto risulta più intenso. Lontano dai poli, la densità diminuisce e il campo si indebolisce.
Questa relazione aiuta a leggere i disegni dei campi e a interpretare gli esperimenti. Si osserva così il legame tra sorgente, direzione e intensità del fenomeno.
Si consideri un filo rettilineo percorso da corrente e una bussola vicina al filo.
Se la bussola devia, il filo produce un effetto magnetico. Se la corrente vale , l'effetto è più marcato che con .
Si conclude che la corrente è la sorgente del campo. In questo caso, il risultato osservabile è la deviazione dell'ago magnetico.
Il campo magnetico, cioè la regione dello spazio in cui agiscono forze magnetiche su cariche in moto e su correnti, si descrive con grandezze vettoriali.
In questa formula, è la forza magnetica, è la carica, è la velocità e è il campo magnetico.
Il simbolo indica il prodotto vettoriale, cioè un’operazione che produce una forza perpendicolare sia a sia a .
Si consideri una carica con che si muove con in un campo di modulo .
La forza ha modulo .Nel caso generale, la direzione dipende dall’angolo tra e .
La formula precedente mostra una proprietà fondamentale: se la carica è ferma, la forza magnetica è nulla.
Il tesla, cioè l’unità di misura del campo magnetico, si ottiene da forza, corrente e lunghezza.
In modo equivalente, si può leggere come campo che produce una forza di su un tratto di filo percorso da lungo .
Si considera un campo di modulo .
Ciò significa che, con e , la forza vale .
Le linee di campo magnetico, cioè le curve che rappresentano la direzione del campo, escono dal polo nord ed entrano nel polo sud.
Queste linee non si incrociano mai, perché in ogni punto il campo ha una sola direzione definita.
La legge di Oersted, cioè la relazione tra corrente elettrica e campo magnetico, mostra che una corrente genera un campo attorno al filo.
Nella formula, è la costante magnetica e rappresenta un tratto infinitesimo di percorso.
Si consideri un filo percorso da una corrente .
L’integrale non fornisce una forza, ma descrive la presenza del campo magnetico generato dalla corrente.La relazione è coerente con l’esperienza di Oersted..
Il campo magnetico si confronta con il campo elettrico, cioè con la regione in cui agiscono forze su cariche ferme.
Questa differenza spiega perché magnetismo ed elettricità sono fenomeni collegati, ma non identici.
I magneti si distinguono in naturali e artificiali, cioè prodotti in natura oppure ottenuti dall’uomo.
Poli uguali si respingono e poli opposti si attraggono.
Si considerino due magneti con poli opposti posti uno di fronte all’altro.
Se invece i poli sono uguali, si osserva repulsione.Il comportamento dei poli orienta le linee di campo..
Determinare il verso delle linee di campo magnetico generate da un filo rettilineo percorso da corrente.
[IMMAGINE: Filo rettilineo verticale con corrente verso l'alto. Linee di campo magnetico circolari concentriche attorno al filo. Frecce in senso antiorario viste dall'alto. Etichette I, B e verso della corrente.]
Dati: un filo rettilineo, una corrente diretta verso l'alto e un punto vicino al filo.
Incognita: il verso del campo magnetico in un punto dello spazio attorno al filo.
Metodo: si applica la regola della mano destra, cioè il pollice indica la corrente e le dita indicano il verso delle linee di campo.
Se la corrente vale e si raddoppia a , anche l'intensità del campo aumenta.
Le linee di campo sono circonferenze attorno al filo. Il verso è dato dalla mano destra e non si inverte cambiando il punto di osservazione sullo stesso lato.
Il verso del campo è tangente alle circonferenze e segue la regola della mano destra.
Errore comune: invertire corrente e verso del campo magnetico.
Descrivere le linee di campo di un magnete a barre e indicare i poli magnetici.
[IMMAGINE: Magnete a barre orizzontale con polo N a sinistra e polo S a destra. Linee di campo esterne che escono da N e rientrano in S. Etichette N, S, linee chiuse e frecce.]
Dati: un magnete artificiale a barre con un polo nord e un polo sud.
Incognita: il comportamento delle linee di campo magnetico e il significato dei poli.
Metodo: si osserva che le linee escono dal polo nord e entrano nel polo sud. All'interno del magnete il verso si chiude.
Confrontare il campo elettrico e il campo magnetico in una situazione con carica ferma e carica in moto.
[IMMAGINE: Schema con una carica positiva ferma che genera linee radiali di campo elettrico e una carica in moto che mostra anche il campo magnetico associato. Etichette E, B, q, v.]
Dati: una carica ferma e la stessa carica in moto con velocità .
Incognita: quale campo è presente nei due casi e quale differenza fisica si osserva.
Metodo: una carica ferma genera un campo elettrico, mentre una carica in moto può generare anche un campo magnetico.
Il campo elettrico agisce anche su cariche ferme. Il campo magnetico agisce su cariche in moto e su correnti.
La differenza principale è questa: il campo elettrico può agire su una carica ferma, il campo magnetico no.
Errore comune: attribuire al campo magnetico l'effetto su una carica ferma.
Interpretare il valore numerico di un campo magnetico espresso in tesla e confrontarlo con un secondo valore.
[IMMAGINE: Grafico con due regioni etichettate B1 = 0,50 T e B2 = 2,0 T. Frecce che indicano il confronto di intensità. Simbolo T ben visibile.]
Dati: e . L'unità di misura è il tesla, cioè il simbolo .
Incognita: stabilire quale campo è più intenso e di quanto.
Metodo: si confrontano i valori numerici nella stessa unità di misura. Se l'unità è la stessa, il confronto è diretto.
Quindi è quattro volte maggiore di .
Il campo più intenso è , e l'unità corretta è il tesla.
Errore comune: confondere il tesla con altre unità elettriche o con il campo elettrico.
Spiegare che cosa mostra l'esperienza di Oersted e quale conclusione fisica se ne ricava.
[IMMAGINE: Filo rettilineo sopra una bussola. La corrente nel filo devia l'ago magnetico della bussola. Etichette filo, corrente I, ago magnetico, deviazione, linee di campo circolari.]
Dati: un filo percorso da corrente è posto vicino a una bussola.
Incognita: che cosa accade all'ago magnetico e quale fenomeno viene osservato.
Metodo: si osserva la deviazione dell'ago. Questa deviazione indica la presenza di un campo magnetico generato dalla corrente.
La corrente nel filo produce un campo attorno al conduttore. L'ago della bussola si orienta secondo il nuovo campo risultante.
L'esperienza di Oersted mostra che una corrente genera un campo magnetico.
Errore comune: credere che la bussola reagisca solo a un magnete permanente.
Dire che il campo magnetico è una forza.
Il campo magnetico è una regione dello spazio in cui agiscono forze magnetiche su cariche in moto e su correnti.
La forza è l’effetto osservabile. Il campo è la causa che descrive dove e con quale intensità l’effetto può comparire.
Confondere il campo magnetico con il campo elettrico, dicendo che sono la stessa cosa.
Il campo elettrico agisce su cariche ferme o in moto, mentre il campo magnetico agisce soprattutto su cariche in moto e su correnti.
Le due grandezze sono collegate, ma non coincidono. Si distinguono per la situazione fisica in cui producono effetti e per la direzione della forza.
Scrivere che l’unità di misura del campo magnetico è il newton oppure il coulomb.
L’unità di misura del campo magnetico è il tesla, simbolo T.
Il tesla misura l’intensità del campo magnetico nel Sistema Internazionale. Il newton misura una forza, mentre il coulomb misura una carica.
Pensare che l’esperienza di Oersted mostri che un magnete crea una corrente elettrica.
L’esperienza di Oersted mostra che una corrente elettrica genera un campo magnetico attorno al filo.
Il fenomeno osservato è l’ago magnetico che si devia vicino al conduttore percorso da corrente. Da qui si capisce il legame tra elettricità e magnetismo.
Dire che le linee di campo magnetico partono dal polo sud e si incrociano tra loro.
Le linee di campo escono dal polo nord ed entrano nel polo sud, e non si incrociano mai.
Le linee servono a rappresentare la direzione del campo in ogni punto. Se si incrociassero, in uno stesso punto il campo avrebbe due direzioni diverse, il che è impossibile.
Credere che un magnete abbia un solo polo isolato, oppure che i poli possano essere separati.
Ogni magnete presenta sempre due poli, nord e sud, anche quando viene spezzato.
La separazione di un polo singolo non si osserva nei magneti ordinari. Ogni frammento si comporta ancora come un piccolo magnete completo.
Un campo magnetico è una regione dello spazio in cui agiscono forze magnetiche su cariche in moto e su correnti elettriche.
Il campo magnetico si indica con e descrive l'effetto magnetico prodotto da magneti, correnti o materiali magnetizzati.
La differenza principale è questa: il campo elettrico agisce sulle cariche anche ferme, mentre il campo magnetico agisce soprattutto sulle cariche in movimento.
Nel campo elettrico la sorgente è una carica elettrica, cioè un corpo che possiede carica positiva o negativa.
Nel campo magnetico la sorgente può essere un magnete o una corrente elettrica, cioè un flusso ordinato di cariche.
L'unità di misura del campo magnetico è il tesla, indicato con .
Si usa il tesla nel Sistema Internazionale per misurare l'intensità del campo magnetico.
L'esperienza di Oersted mostra che una corrente elettrica genera un campo magnetico intorno al conduttore.
In pratica, un ago magnetico vicino a un filo percorso da corrente si orienta, segnalando la presenza del campo.
Questo risultato collega elettricità e magnetismo in un unico quadro fisico.
Le linee di campo magnetico sono curve immaginarie che rappresentano la direzione del campo in ogni punto.
All'esterno di un magnete escono dal polo nord ed entrano nel polo sud.
Le linee di campo non si incrociano mai, perché in ogni punto il campo ha una sola direzione.
Sì, ogni magnete presenta sempre due poli magnetici, cioè un polo nord e un polo sud.
Se un magnete si divide in due parti, ciascuna parte diventa un nuovo magnete con entrambi i poli.
Non si osservano poli isolati, cioè un solo polo nord o un solo polo sud separato.
