Campo magnetico – Definizione del vettore induzione magnetica

Oltre alle interazioni gravitazionali ed elettriche, esiste in natura una terza categoria di interazioni, quella delle interazioni magnetiche.

Esse si manifestano su materiali specifici (ferro, cobalto, nichel e loro composti), e sono perciò nettamente distinte dalle azioni gravitazionali che si esercitano invece su tutti i materiali.


Inoltre, i fenomeni magnetici non si manifestano sulle cariche elettriche statiche, mostrando perciò caratteristiche diverse rispetto ai fenomeni elettrostatici.

Esistono tuttavia importanti azioni magnetiche sulle correnti elettriche che verranno approfondite nei prossimi paragrafi.

Se sospendiamo un ago magnetizzato in modo che sia perfettamente libero di ruotare, osserveremo che esso si orienterà sistematicamente in una ben precisa direzione, prossima alla direzione geografica nord-sud.

Questo rivela la presenza di un campo magnetico terrestre (la definizione di campo magnetico verrà data con maggior precisione in seguito; per ora questo termine indica semplicemente una porzione di spazio sede di azioni magnetiche).

Indichiamo come polo nord (simbolo N) l’estremità dell’ago che punta sempre verso il nord geografico; l’altra estremità viene indicata come polo sud (simbolo S).

Osservando le azioni fra due aghi magnetici si rileva che poli di segno diverso si attraggono, mentre poli di segno uguale si respingono. Peraltro, a differenza delle cariche elettrostatiche, se un magnete viene spezzato indefinitamente presenta sempre due polarità N e S, inscindibili.

Questa impossibilità di separare i due poli magnetici rende disagevole lo studio dei fenomeni magnetici sui magneti naturali. Per una definizione esatta delle grandezze magnetiche ci serviremo perciò delle interazioni che si manifestano fra campi magnetici e correnti elettriche.

 

 

– Definizione del vettore induzione magnetica B

Consideriamo una porzione di spazio nella quale siano presenti fenomeni magnetici, senza preoccuparci per il momento del modo in cui tali fenomeni sono generati: potrebbe trattarsi del campo in vicinanza di un magnete naturale, oppure di un campo prodotto artificialmente per mezzo della corrente elettrica.

Esploriamo punto per punto la regione interessata dal campo per mezzo di un ago magnetico libero di orientarsi in tutte le direzioni, chiamato ago esploratore. Osserviamo che in ciascun punto l’ago si orienta con direzione e verso ben precisi; è quindi evidente che ad ogni punto del campo può essere associato un vettore.

Questo viene denominato vettore induzione magnetica, ed è indicato con il simbolo B; ha direzione parallela a quella assunta dall’ago esploratore, ed il suo verso viene fatto coincidere, per convenzione, con il verso indicato dal polo N dell’ago. Il modulo di B e la sua unita di misura vengono definiti operativamente attraverso l’esperienza seguente.

Si osserva sperimentalmente che un segmento rettilineo conduttore di lunghezza l, immerso in un campo magnetico, quando è percorso dalla corrente I diventa sede di una forza meccanica F perpendicolare al conduttore stesso e alla direzione del vettore B, come illustrato in fig. 1.1

Si dispone il conduttore su un piano perpendicolare alla direzione di B, come in fig. 1.2, e si rileva sperimentalmente che la forza F risulta direttamente proporzionale all’intensità della corrente I ed alla lunghezza l del segmento conduttore.

Noti i valori di l e di I, il modulo di B viene definito in modo tale da risultare direttamente proporzionale alla forza misurata attraverso il rapporto

inversamente si ricava

L’esperienza descritta fornisce anche l’unita di misura di B, denominata tesla (simbolo T).

In una certa porzione di spazio esiste l’induzione di un Tesla quando un conduttore lungo un metro, perpendicolare a B e percorso dalla corrente di 1 A, risulta sottoposto alla forza di 1 N. Le dimensioni del Tesla sono quelle di una forza, divisa per una lunghezza e per una corrente, e risultano perciò

Il modulo di B cosi definito corrisponde al suo valore medio sulla lunghezza l; se l è abbastanza piccola si può ritenere B costante.

Fig 1.1 – Dispositivo sperimentale per definire e misurare il modulo di B

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