il campo magnetico - users · nel magnetismo polo . nord. e polo . sud: poli uguali si respingono,...

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 1 Il campo magnetico Un campo magnetico può essere creato da cariche elettriche in moto, cioè da una corrente, oppure da un magnete permanente Sperimentalmente si trova che esistono due polarità nel magnetismo polo nord e polo sud: poli uguali si respingono, poli opposti si attraggono. A differenza del campo elettrico, per il campo magnetico non è stato ancora isolato il monopolo magnetico, anche se le teorie lo hanno ipotizzato; come conseguenza non possiamo definire il campo magnetico utilizzando una sonda di prova. L’interazione elettrica e l’interazione magnetica sono due aspetti diversi della stessa interazione, l’interazione elettromagnetica Sperimentalmente si trova che una carica elettrica in quiete in un campo magnetico non subisce interazioni che ne alterino lo stato di moto, mentre una carica elettrica in moto in un campo magnetico risente di una forza distinta da quella dovuta all’interazione gravitazionale e a quella elettrica

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 1

Il campo magneticoUn campo magnetico può essere creato da cariche elettriche in moto, cioè

da una corrente, oppure da un magnete permanente

Sperimentalmente si trova che esistono due polarità

nel magnetismo polo nord

e polo sud: poli uguali si respingono, poli opposti si

attraggono. A differenza del campo elettrico, per il campo magnetico non è

stato ancora isolato il monopolo

magnetico, anche se le teorie

lo hanno ipotizzato; come conseguenza non possiamo definire il campo magnetico utilizzando una sonda di prova. L’interazione elettrica e l’interazione magnetica sono due aspetti diversi della stessa interazione, l’interazione elettromagneticaSperimentalmente si trova che una carica elettrica in quiete

in un

campo magnetico non subisce interazioni

che ne alterino lo stato di moto, mentre una carica elettrica in moto

in un campo magnetico

risente di una forza

distinta da quella dovuta all’interazione gravitazionale e a quella elettrica

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La forza dovuta al campo magnetico si determina sperimentalmenteosservando l’azione del campo su diverse particelle in condizioni di moto differenti. Si trova che

BvqFB

rrr×=

La relazione così

trovata ci dice che il campo magnetico agisce solo su particelle dotate di carica e già

in moto con velocità

v.

Inoltre possiamo notare che:FB = 0 se v⎥⎪BFB ⊥ v e B ⇒ FB non compie lavoro ⇒ E si conservala particella si muove su una traiettoria circolare in un piano ⊥ B

Forza

di

Lorentz

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 3

Interazione di un fotone γ

con un elettronein una camera a bolle del LBL (LawrenceBerkeley

Laboratory). La camera contiene

idrogeno liquido ed è

immersa in un campomagnetico uscente ⊥

al foglio.

Nell’urto γ

e-, viene prodotta una coppia e+

- e-

(positrone ed elettrone): le due

particelle, avendo carica opposta, vengonodeviate in direzioni opposte dal campomagnetico. Il moto a spirale è

determinato

dalla perdita di energia delle particelle cheinteragiscono con gli atomi di idrogeno

v

BFB

e+ v BFB

e-

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 4

Infine si nota che B non dipende né

da q né

da v

e quindi descrive una proprietà

caratteristica

del campo magnetico detta intensità

del

campo magnetico o induzione magnetica.Se abbiamo contemporaneamente campo elettrico e magnetico, la forzatotale agente sulla particella di carica q e in moto con velocità

v vale

( )BvEqFrrrr

×+=Questa forza è

detta, a volte, forza di Lorentz

[ ] ( ) GT TCkgsCmsNB 4111 101 ==== −−−

L’unità

di misura dell’intensità

del campo magnetico è

il Tesla

(T)

o il Gauss (G)

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 5

Anche per il campo magnetico possiamo definire le linee di forza

chesono sempre tangenti alla direzione del campo e la cui densità

è

proporzionale all’intensità

del campoA differenza del campo elettrico, non essendo stato ancora identificato il monopolo

magnetico, le linee di forza sono continue

e passano

sempre all’interno della sorgente del campo magnetico, uscendo dal polo nord ed entrando in quello sud. Polo nord terrestre

è

in realtà

un

polo sud, o polo nord geomagnetico

e le linee di forza entrano nel polo nord terrestre ed escono da quello sud

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Esperimento di J.J.

ThomsonEsperimento del 1897 a Cambridge, porta alla scoperta dell’elettroneThomson

usa un tubo a raggi catodici in cui sono presenti un campo E

ed un campo B

tra di loro (campi incrociati).Nel tubo c’è

il vuoto ed il filamento incandescente emette particelle

cariche (risulteranno essere degli e-) che vengono accelerate dalla V.Le particelle passano per C, entrano in un zona in cui ci sono E

e B

ed

infine arrivano sullo schermo S che è

fluorescente. Regolando E

e B

si determina il punto finale sullo schermo S

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Thomson

procedette nel seguente modo

fece passare le particelle attraverso il tubo con E = 0 e B = 0ottenendo così

la posizione non deflessa del fascio sullo schermo

applicò E e misurò la deflessione su Smantenendo E, applicò B in modo da bilanciare la deflessione dovuta ad E

La deflessione dovuta ad E

è

data da

2

2

2mvqELyE =

Thomson

ricavò che la deflessione eraquella di una particella con carica negativa

Il campo B applicato

bilancia E

→ si determina la velocità

( )BEvvBqvBqEq o =⇒== 90sin ⇒

yELB

qm

2

22

= ⇒ qm

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 8

L’effetto

HallHall fece

questo

esperimento

nel

1879 a 24 anni

durante

il

dottorato

con

Rowland: studio del moto

dei

portatori

di

carica

in un conduttoreimmerso

in campo magnetico

⇒ portatori

di

carica

sono

gli

elettroni

Corrente

i

in un conduttore

immersoin campo magnetico

B

al piano del

conduttore

ed entranteGli

elettroni

sono

deviati

verso destra

dalla

forza

di

Lorentz

(FB

), dopo

un certo

tempo si

ha un accumulo

di

carica

sul

lato

destro

del conduttore

eun conseguente

E

da

sinistra

a destra

del conduttore, la ΔV

(d.d.p. di

Hall) vale

EdV =Δ

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 9

Dopo

un certo

tempo (teq

) il

campo elettrico

dovuto

alla

d.d.p. di

Hall esercita

sugli

elettroni

una

forza

(FE

) uguale

ed opposta

ad FB

e suglielettroni

agisce

una

forza

risultante

nulla.

Misurando

il

valore

della

d.d.p. si

trova

quale

lato

è

a V maggiore

e sidetermina

la carica

dei

portatori

di

carica.

Se la sezione

trasversale

della

lamina vale A, il

suo

spessore

è

l=A/d, eotteniamo

VelBi

eldEBi

eAEBin

neAi

nejvBeveEFF ddBE

Δ===⇒

===⇒= ; rrrr

In questo

modo

si

ricava

la densità

dei

portatori

di

carica, oppure

sipuò

ricavare

la velocità

di

deriva

vd

. Si fa

muovere

la lamina conduttrice

con velocità

variabile

in verso opposto

a quello

dei

portatori

di

carica

fino

a che

la d.d.p. Hall scompare, a questo

punto

vd

è

ugualealla

velocità

della

lamina rispetto

al laboratorio.

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Carica

in moto

circolarePrendiamo

una

particella

in moto

circolare

uniforme, |v| = cost., sulla

particella

deve

agire

una

forza

risultante

centripeta, ovvero

sempre

⊥a v

e costante

in modulo, forza

di

Lorentz

ha queste

caratteristiche.

Elettroni

in moto

circolare

uniformein un campo magnetico

al foglio

ed uscenteAnalizziamo

il

moto

delle

particelle

cariche

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 11

ciclotrone di pulsazione 2

frequenza 2

1

periodo 2vv

2v

2

nzacirconfere della raggio v

vvv e v 22

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −===

==

===

=⇒

=⇒==⇒=

Bmq

mqBm

qBT

qBm

qBmrT

qBmr

rmBqBqF

rmFamF

rr

rr

ωπνω

πν

πππ

Si nota che, per velocità

non relativistiche, T, ν

e ω

non dipendono

da

vAll’aumentare

della

velocità, aumenta

anche

il

raggio

della

traiettoria.

Notiamo

inoltre

che

tutte

le particelle

con lo stesso

rapporto

m/q

hannoil

medesimo

T; se q > 0

la rotazione

avviene

in verso antiorario, se

q < 0

in verso orario, osservando

nella

direzione

di

B.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 12

Consideriamo

ora

il

caso

in cui la particella

carica

abbia

una

componentedella

velocità

parallela

alla

direzione

del campo magnetico, la traiettoria

risultante

è

un’elica.

φφ sin e cos|| vvvv == ⊥

v||

determina

il

passo

dell’elica, v⊥

il

raggio

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 13

Come applicazioni

di

questo

effetto

abbiamo

la bottiglia

magnetica

dicui un esempio

sono

le fasce

di

radiazione

di

van Allen

e il

fenomeno

dell’aurora

polare.

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Spettrometro

di

massa

(Dempster)Prendo

delle

particelle

con carica

+q

(ioni) prodotte

da

una

sorgente

S e leaccelero

attraverso

una

d.d.p.

ΔV, poi

le faccio

entrare

in una

zona

in cui c’è

un campo magnetico

B ⊥

al foglio

ed uscente. La velocità

v

con cui gliioni

entrano

nella

zona

in cui c’è

B

si

ricava

dalla

conservazione

dell’energia(gli

ioni

escono

dalla

sorgente

con

velocità

trascurabile)

22

2

22

2

221

rB

Vmq

mqBr

mqv

qBvmr

VmqvVqmvEE pK

Δ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⇒⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=⇒=

Δ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=⇒Δ=⇒=

22

2rBV

mq Δ

=

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 15

Notiamo

che

il

rapporto

tra

carica

e massa

di

uno

ione

dipende

solo da

B, ΔV

ed r, quindi, dato

che

B

e ΔV sono

noti

per costruzione, la

misura

di

r ci

il

rapporto

(q/m)

. Grazie allo

spettrometro

di

massasono

stati

scoperti

gli

isotopi

(12C, 13C).

Inoltre, misurando

q/m

al variare

di

v

si

trova

che

m = m0

/(1-v2/c2)1/2,pertanto

q

risulta

essere

una

quantità

invariante, ovvero

ha lo stesso

valore

per tutti

gli

osservatori

in moto

relativo

uniforme.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 16

Il ciclotroneIl primo ciclotrone

fu realizzato

nel

1932

da

LawrenceGli

elementi

fondamentali

del ciclotrone

sono

una

sorgente

di

ioni

S

posta

al centrodell’acceleratore, due regioni

(D) di

spazio,

delimitate da

superfici

conduttrici, dentrole quali

c’è

il

vuoto. Perpendicolarmente

al piano in cui si

svolge

il

moto

degli

ioni, esiste

un campo magnetico

B uniforme

e

uscente

dal

foglio.Tra

le due D è

applicata

una

d.d.p. ΔV

dell’ordine

di

104

Volt. Ioni

positivi

prodotti

dalla

sorgente

S entrano

nella

prima D, nel

cui internonon esiste

campo elettrico, ma solo campo magnetico; come conseguenza

gli

ioni

vengono

deflessi

e seguono

una

traiettoria

circolare

il

cui raggio

dipende

da

BB, ΔV

e v. Uscito

dalla

prima D, lo ione

si

trova

un

campo elettrico

che

lo accelera

verso la seconda

D.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 17

Affinché

ad ogni

passaggio

tra

le D lo ione

trovi

un campo acceleranteche

aumenta

la sua

energia, il

valore

del campo elettrico

tra

le due D

deve

variare

nel

tempo con la stessa

frequenza

con cui gli

ioni

simuovono

nel

campo magnetico

(pulsazione

di

ciclotrone), quindi

mqB inoltre sin0 == ωωtVV

Dopo

mezzo giro

la polarità

delle

D si

è

invertita. Ad ogni

salto

tra

le D il

raggio

della

traiettoria

aumenta, mentre

ω

rimane

costante.

Quando

si

arriva

al bordo

delle

D (raggio

della

traiettoria

R) e velocitàdegli

ioni

pari

a vMAX

, si

estrae

il

fascio

di

ioni. Avremo

BRmqv

Bv

qmR MAX

MAX ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛== e

222

21

21 RB

mqqmvE MAXK ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛==

Notiamo

che

l’energia

cinetica

non dipende

dalla

d.d.p. ΔV tra

le D.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 18

All’aumentare

dell’energia, aumenta

la velocità, quando

arriviamo

a velocità

relativistiche, la massa

m varia

e di

conseguenza

varia

anche

la pulsazione

di

ciclotrone

e non abbiamo

più

risonanza

tra

moto

degliioni

e d.d.p.

Consideriamo

un protone

da

50 MeV

( v/c

10%), a causa

degli

effettirelativistici

si

ha che

la frequenza

di

ciclotrone

diminuisce.

Se invece

consideriamo

un protone

da

500 GeV

in un campo magnetico

da

1.5 T, otteniamo

che

il

raggio

della

traiettoria

descritta

dal

protone

è

pari

a 1,1 km.Protosincrotrone: B

e νosc

variano

nel

tempo in modo

che

νcicl

= νosc

,la

traiettoria

diviene

ora

circolare, allora

l’acceleratore

sarà

un anello

di

raggio

pari

a quello

della

traiettoria

seguita

dai

protoni. Per arrivare ad alte

energe

abbiamo

bisogno

comunque

di

anelli

di

raggio

elevato.

Protosincrotone

del Fermilab

ha un raggio

di

6.3 km e accelera

protoniad energie

dell’ordine

del TeV

= 1012

eV.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 19

Forza

magnetica

su

di

una

corrente

dl

i

Bj

uT

S

Consideriamo

un conduttore

attraverso

ilquale

fluisce

una

corrente

i

dovuta

al moto

delle

cariche

con velocità

v.Se abbiamo

n

portatori

di

carica

per unità

di

volume, nell’unità

di

tempo attraversola sezione

S

passano

nv

particelle.

SjnqvSSvnqSjivnqjrrrrrrrr

|| =•=•=⇒=

Pongo

il

conduttore

in una

zona

in cui c’è

campo magnetico

B

uniforme,su

ogni

carica

in moto

agirà

la forza

di

Lorentz F = q vxB, quindi

per

unità

di

volume, avremo

BjBvnqfrrrrr

×=×=

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 20

Per un volume infinitesimo

dV

sarà

dVBjdVfFdrrrr

×==E per tutto

il

volume

∫ ×=V

dVBjFrrr

Nel

caso

del filo, dV

= Sdl, quindi

( ) ∫=∫∫∫ ××=×=×==

==

=

l T

q

ijSTll T

ujj

ldlBuidlBujSSdlBujSdlBjF

T rrrrrrrrr rrcost

cost

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 21

Consideriamo

un conduttore

rettilineo

in un campo magnetico

uniforme

LuT

θB

x

yz

i

uT

e B

sono

vettori

costanti

LBuidlBuiF TLT

rrrrr×=×= ∫

F

è

sempre

a B

e uT

, il

suo

modulo vale

θsiniBLF =r

( )( ) MAXT

T

FiBLFBu

FBu

==⇒⊥⇒=

=⇒⇒=rr

rr

2

0||0πθ

θ

Su questo

principio sono

basati

i motori

elettrici

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 22

Consideriamo

una

spira

rettangolare

di

lati

L

ed L’, percorsa

da

correntei

ed immersa

in un campo magnetico

uniforme

B

che

forma un angolo

θ

con un

L

L’

i Bun

F’

F’

F

F θ

τ

Sui lati

L’

agiscono

forze

F’

uguali

in modulo,ma opposte

in verso

θcos'' iBLF =Il loro

effetto

è

di

tentare

di

deformare

il

circuito, ma non danno

origine

a coppiené

a momenti.

Sui lati

L

invece, abbiamo

forze

F

uguali

in modulo, opposte

in direzioneed agenti

su

rette

d’azione

diverse, esse

pertanto

danno

origine

ad una

coppia

di

forze

e ad un momento.

( )( ) ( ) θθτ sinsin' '

BiSLiBLiBLFSLL =

===

τ

tende

ad orientare

la spira

a B, τ

è

al piano in cui si

trovano

le Fed è

al lato

L.

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 23

Definisco

ora

il

vettore

θμτμτ

μ

sin e

spira della piano al

BB

uiS n

=×=

⊥=rrr

rr

μ

è il momento

magnetico

di

dipolo

della

spira

percorsa

da

corrente. In analogia

con quanto

visto

per i dipoli

elettrici, abbiamo

che

l’energia

magnetica

di

una

spira

percorsa

da

corrente

è

BUmag

rr•−= μ

L’unità

di

misura

di

μ

è

[ ] CsmTJ 12/ −==μ

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 24

Legge

di

Ampére-Laplacei

ur

dB

uT

dl

P

dlr

uuiKB rTm ∫

×= 2

rrr

Sperimentalmente

si

è

scoperto

che

un filopercorso

da

corrente

crea

un campo

magnetico

nello

spazio

circostante. Consideriamo

un tratto

di

filo

di

lunghezza

dl, nel

punto

P a distanza

r

dal

filo, il

campo magnetico

vale dB

ed ha la direzione

indicata

in figura. Il valore

di

B

è

espresso dallalegge

di

Ampére-Laplace

Km

è

una

costante

cariche delle velocita' valida4

vuotodel magnetica ta'permeabili dove 4

10 oppure 10

20

00

2727

∀×

=

==

×=⇒=

∫−−−

dlr

uuiB

K

dlr

uuiBmkgCTmAK

rT

m

rTm

rrr

rrr

πμ

μπ

μ

r

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 25

Consideriamo

ora

una

corrente

rettilinea

molto lunga

e sottile

Il campo prodotto

da

ds

nel

punto

P è

parallelo al versore

= uT

x ur

, quindi

dB è

sempre

⊥ al piano determinato

da

P e dalla

corrente

i.

In P dB è

tangente

al cerchio

di

raggio

R. Per il

modulo di

B

ricaviamo

ur

uT

( ) ( )

Rid

RidR

RiB

dRds

ddctgdRctgRctgsRr

dsr

iBuu rT

πμθθ

πμθ

θθϑ

πμ

θθ

θθθ

θθθθπθ

θπ

μθ

ππ

2sin

4sin1sinsin

4

sin1

sin1

sincos ; ;

sin

sin4

sin

00

020

22

0

2

2

20

==⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=

=⇒

−=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛=−=−==

=⇒=×

∫∫

∫ ∞+

∞−

rr

θπμ u

RiB rr

20=

Vettorialmente

abbiamoBiot-Savart

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 26

Le linee

di

forza

sono

cerchi

concentrici

con la corrente

e ⊥

ad essa.In un acceleratore

lineare

il

fascio

delle

particelle

accelerate è

un filo

di

ioni

che

produce sia

campo elettrico

che

campo magnetico

00

22

00

0

0

1 e 12

2

εμλεμ

πμ

πελ

θ

=×=⇒×=⇒

==

cEvc

BEuiB

uriBu

rE

T

r

rrrrrr

rrrr

Forze

tra

correntiConsideriamo

due fili

infiniti, sottili, ║,

percorsi

dalle

correnti

concordi

ia

e ib

eposti

a distanza

d. Il filo

a

produrrà

sul

filo

b

un campo magnetico

Ba

dato

da

bba

dbba

dba

dbba

dabTba

bTbba

aa

sdiiuds

diiuds

diuiF

BuBudsBuiFdiB

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−=⇒

−=××=⇒=

∫∫

πμ

πμ

πμ

πμ

222

; 2

000

0

rrrr

rrrrrr

uT

ud

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 27

Analogamente

per il

filo

a

si

trova

baaba

dab sssdiiuF =⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛= con

20

πμrr

Troviamo

che

due fili

percorsi

da

correnti

concordi

si

attraggono,mentre

due fili

percorsi

da

correnti

discordi

si

respingono.

Questo

risultato

ha applicazioni

nei

motori

elettrici.

Unità di misura nel sistema SIPer la scelta

della

quarta

grandezza

fondamentale

possiamo

partire

da

due leggi

diverse, la legge

di

Coulomb oppure

l’interazione

tra

due correnti

rettilinee

221

221 2 l

riiKF

rqqKF me ==

Abbiamo

due costanti, Ke

e Km

, in realtà, però, abbiamo

un solo gradolibertà

poiché

abbiamo

introdotto

una

sola grandezza

fisica, la carica

q

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Prof. F. Soramel Elementi di Fisica 2 A.A. 2010/11 28

Nel

1960 si

stabilì

che

Km

= 10-7

e venne

scelto

l’Ampére

come quarta

grandezza

fondamentale

1A

= corrente

che, circolando

in due conduttori

rettilinei

║, separati

dauna

distanza

di

un metro, risulta

in una

forza

su

ciascun

conduttore

di

2 ·

10-7

N per metro di

lunghezza

del conduttore

1C

= quantità

di

carica

che

fluisce

attraverso

una

sezione

trasversalequalsiasi

di

un conduttore

in un secondo

quando

la corrente

è

1 A

La scelta

di

A piuttosto

che

C, è

dovuta

al fatto

che

è

più

facile preparareuno

standard per la corrente. Dal

punto

di

vista fisico, il

concetto

di

carica

è

più

fondamentale

di

quello

di

corrente.

2

0000

costante144

1 cKK

m

e ====μεμ

ππε

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Campo magnetico

creato

da

una

spira

circolare

di

corrente

Calcoliamo

il

campo B lungo

l’asse

z

usandola formula di

Ampére

Laplace, ogni

elemento

infinitesimo

ds

della

spira

produce in P un campo dB

(uT

è il versore tangente

a ds)

20

20

4

r da e P da odeterminat piano al sempre 14

rdsidB

uu

dsr

uuiBd

rT

rT

πμ

πμ

=

⊥=×

×=rr

rrr

Possiamo

ora

scomporre

dB

nelle

due componenti

dB⊥

e dB║

, notiamoche

le componenti

dB⊥

si

elidono

a due a due, quindi

il

campo totalein P sarà

la somma

delle

sole

componenti

dB║

e sarà

all’asse

z

( ) 2/1223

202

0 30

||30

|| Rr 24

costanter 4

cos zriRds

riRdBBds

riR

rRdBdBdB

R+====⇒==== ∫ ∫

μπ

μπ

μαπ

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( ) z assesull' punti iper 2 2/322

20

zRRiB+

Ricordando

ora

che

il

momemto

magnetico

di

dipolo

vale μ

= iSun, si ha

( ) 2/3220

2 zRB

+=

μπ

μ

Se R << z( )

30

30

30 2

41 dipoloun di elettrico campo ilcon analogiain 2

42 rpE

zzB r πε

μπ

μμπ

μ===

Le linee

di

forza

si

chiudono

su

se stesse

e sono concatenate

alla

corrente

⇒ campo solenoidale

(campo che

non ha sorgenti

puntiformi)

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Campo magnetico

di

un circuito

solenoidaleIn ogni

spira

circola

la stessa

corrente

i,

quindi

il

campo totale

sarà

la somma

deicampi

creati

da

ciascuna

spira, sia

L

la

lunghezza

del solenoide, N

il

numerodi

spire presenti

nel

solenoide

ed n = N/L

il

numero

di

spire per unità

di

lunghezzain modo

che

in un tratto

dR

ci

siano

(N/L)dR

spire, sia

a

il

raggio

delle

spire.

( ) ( )( )

( )

( ) ( )1200

0

2

222

2

2/322

20

2/322

20

coscos2

sin2

sin2

sin

sin

22

2

1

ββμββμ

ββμβ

ββ

β

μμ

β

β−=−==

−=

=+==

+=

⎥⎥⎦

⎢⎢⎣

+=

∫ ∫ LiNd

LiNdBB

dLiNdB

aRadadRarctgaR

RadRa

LiNdR

LN

RaiadB

i

L

dRPβ1 β2

β

R

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Se L è

molto grande

β1

≅ π e β2

0

inLiNB 0

0 μμ== solenoide

∞, B sull’asse

Ad una

estremità

del solenoide

β1

≅ π/2 e β2

0

2200 in

LiNB μμ

== sul

bordo

del solenoide