Download - Il magnetismo
Dai primi esperimenti alla teoria moderna
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.
forza gravitazionale e’ attrattiva ed agisce su ogni massaforza elettrica e’ attrattiva o repulsiva ed agisce sulle cariche forza magnetica
agisce su magneticorrenticariche in moto
un metallo (magnetite) attira limatura di ferro, acciaio e di altri metalli
attrattiva gli estremi di due pezzi
di magnetite si attraggono o si respingono
sia attrattiva che repulsiva
elemento di magnetite fa cambiare orientamento a sottile lamina di magnetite in equilibrio su una punta o sospesa con un filo
esistenza di un campo magnetico naturale
tagliando a metà una calamita compaiono
sempre due poli
non è possibile ottenere un polo magnetico isolato (monopolo)
elementi costitutivi dei magneti sono i dipoli magnetici
filo percorso da corrente fa cambiare orientamento ad ago magnetico
magnete fa cambiare orientamento ad un circuito percorso di corrente
fili percorsi da corrente si attraggono o respingono a seconda della direzione della corrente
1800 Oersted e Ampere: legame fra fenomeni elettrici e magnetici
un sistema di cariche in moto genera
un campo magnetico B
definisco direzione e verso
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
magnete permanente
circuito percorso da
corrente
magnete permanentecurvato ad U
filo rettilineo percorso da
corrente
Principio di sovrapposizione: il campo B è dato dalla somma dei campi prodotti dalle singole sorgenti.
oggetti estremamente diversi comela magnetitecerti metalli fili percorsi da corrente
sono tutti soggetti alla forza magnetica
magnete permanente: la somma di tutte le correnti atomiche = 0
Il moto degli elettroni genera un campo magnetico
filo percorso da corrente Cariche elettriche in movimentomateria sistema costituita da cariche in moto
campo magnetico generato da cariche in moto cariche in moto soggette a forze magnetiche
filo percorso da corrente in presenza di campo magnetico B subisce una forza
strumento di misura: magnetometro
collego il filo percorso da corrente ad un dinamometro (molla tarata):
allungamento/compressione della molla misura la
forza magneticaBseniF
BiF
BiF
TeslamCoulomb
Newton
qt
tm
qt
FB
sec
1
2
1
1 Gauss = 10-4 Tesla
Se la particella subisce una forza osserverò:
variazione del modulo della velocità (cioè accelerazione o decelerazione)variazione della direzione di moto (una deflessione)
particella di carica q, massa mvelocità v costante
regione di spazio con B costante
qvBsenF
BvqF
Forza di Lorentz (deriva dall’espressione vista prima)
vF
La forza magnetica non compie lavoro
sF
B
F
v
q
FLorentz
Bv
v
vvF
B BF
F
B uscente
B entrante
la forza di Lorentzinduce una traiettoria circolare
particelle veloci si muovono in orbite larghe le particelle lente in orbite strette
A parità di campo magnetico e di velocità il raggio dell’orbita
dipende solo da massa della particella carica della particella
qB
mvr
FFr
vmFqvBF
cM
cM
2
Nota la carica posso effettuare
una spettrometria di massa
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
Calcolare la forza (modulo direzione e verso) cui èsottoposto il filo in figura sapendo che la sua
lunghezza è di 50 cm, che la corrente di 2 A lo attraversa nel sensoIndicato e che il valore di B è pari a 4 T.
Per la regola della mano destra la forza è entrante
NTAmF
BseniF
BiF
828.22
2425.0
45
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
mTC
smkg
qB
mvr
FFr
vmFqvBF
cM
cM
919
31
2
1028.25106.1
/20001011.9
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?