FISICA
DA MAGNESIA AL MAGNETISMO
Già dal tempo della morte di Gesù nella Ionia, in Asia Minore, si era insediata una comunità cristiana che ebbe come prima guida lʼapostolo Giovanni. Nella Ionia, a Magnesia, Talete di Mileto scoprì, tra il VII e il VI sec. a.C., le proprietà di un particolare minerale: la magnetite. Pezzi di questo minerale, che prendono il nome di magneti, erano capaci di attirare il ferro. Avvicinando un pezzo di magnetite a una barra di acciaio si ottiene un magnete artificiale, o calamita.
Le calamite possiedono un polo Sud e un polo Nord. Un ago magnetico libero di ruotare intorno al suo centro, per lʼesistenza del campo geomagnetico, orienterà sempre una delle due estremità, sempre la stessa, verso il Nord terrestre, e lʼaltra verso il Sud. La prima delle due estremità prende il nome di polo Nord (polo N), la seconda di polo Sud (polo S). Come le cariche elettriche, i poli magnetici interagiscono tra loro con forze attrattive o repulsive: poli magnetici di nome diverso si attraggono, poli dello stesso segno si respingono. Ogni magnete genera nello spazio un campo magnetico, la cui presenza si può verificare mediante lʼutilizzo di un piccolo ago magnetico. In una regione dello spazio, infatti, è presente un campo magnetico quando un ago magnetico, posto in quella regione, è soggetto ad unʼazione meccanica. In quanto caratterizzato da una direzione e da un verso oltre che da unʼintensità, il campo magnetico è un campo vettoriale. La direzione è quella in cui si dispone lʼago magnetico; il verso, per convenzione, quello che va dal polo S al polo N dellʼago. Dunque ogni punto del campo magnetico è descritto da un vettore chiamato induzione magnetica, o campo magnetico. Come qualsiasi campo vettoriale, anche il campo magnetico può essere rappresentato mediante linee di campo, tangenti in ogni punto al vettore induzione magnetica e orientate secondo il suo verso. In un magnete a forma di barra, le linee sono più ravvicinate in prossimità dei poli del magnete, dove il campo è più intenso. Escono dal magnete per il polo N e vi rientrano per il Polo S. Se si sparge della limatura di ferro su un cartoncino appoggiato su un magnete, ogni piccolo frammento si magnetizza e si orienta nella direzione del campo magnetico. Un campo magnetico si dice uniforme quando le linee di campo, dirette dal polo N al polo S, sono equidistanti e parallele fra loro.
Nel 1820 il danese Hans Oersted scoprì persino lʼesistenza di interazione tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici. Un filo rettilineo attraversato da corrente elettrica fa infatti ruotare un ago magnetico. Lʼago si dispone sul piano perpendicolare al filo, lungo la tangente alla circonferenza con centro sul filo. Ciò vuol dire che la corrente che scorre in un filo è una sorgente di campo magnetico e che, nel caso specifico di un filo rettilineo, le linee di campo sono circonferenze concentriche intorno al filo. Un solenoide attraversato da corrente elettrica al suo interno, lontano dalle estremità, genera un campo magnetico uniforme, con linee di campo equidistanti e parallele.
Stimolato dalle scoperte di Oersted, il francese Andrè-Marie Ampere dimostrò con una serie di esperimenti che due fili paralleli percorsi da corrente esercitano una forza di tipo magnetico lʼuno sullʼaltro: si attraggono o si respingono a seconda che le correnti scorrano nello stesso verso o in versi opposti. Tale forza è direttamente proporzionale allʼintensità delle correnti nei fili e alla loro lunghezza, e inversamente proporzionale alla loro distanza. Il tutto per una costante di proporzionalità pari a 2 x 10 alla meno 7 N/A alla seconda.
Una spira percorsa da corrente genera delle linee di campo come quelle di una barra magnetica. La spira, pertanto, si comporta come un magnete coi poli orientati perpendicolarmente al piano in cui scorre la corrente. Se si avvolgono le dita nel verso della corrente ad eccezione del pollice, lasciato in su, il pollice indicherà il verso del campo magnetico.
Si è detto prima della direzione e del verso del campo magnetico. Per quanto riguarda il suo modulo (B), questo è pari al rapporto tra la forza magnetica esercitata su un filo conduttore perpendicolare alle linee di campo e il prodotto tra lʼintensità di corrente che scorre nel filo e la sua lunghezza. La forza magnetica esercitata su un filo conduttore perpendicolare alle linee di campo è pari al prodotto tra lʼintensità della corrente, la lunghezza del filo e una costante B dipendente dalla sorgente del campo magnetico e dallʼinclinazione del filo rispetto al campo. Se il filo è perpendicolare alle linee di campo il valore di B è massimo. Nel Sistema Internazionale lʼunità di misura dellʼinduzione magnetica è il Tesla (T). 1 T= 1N/(A x m).
Fu il fisico olandese Hendrik Lorentz (1853-1928) a capire che la forza magnetica agisse solamente sulle cariche elettriche in movimento. Se una carica puntiforme q, in un punto dello spazio in cui lʼinduzione magnetica è B(vettore), ha una velocità v perpendicolare a B, la forza che agisce su di essa, chiamata forza di Lorentz, ha modulo: F=q v B. La forza di Lorentz è perpendicolare alla velocità v della particella carica e al campo magnetico B. Se la carica è positiva, il verso della forza è quello uscente dalla palma della mano destra quando il pollice è orientato come la velocità e le altre dita sono orientate come il campo magnetico. Se la carica è negativa, il verso della forza è lʼopposto.
Nel 1831 lʼinglese Michael Faraday scoprì che non solo correnti elettriche potevano generare campi magnetici, ma che si potevano ottenere anche, in particolari condizioni, correnti elettriche da campi magnetici. Si tratta delle correnti indotte, generantesi al variare del flusso magnetico concatenato con un circuito. Il flusso magnetico attraverso una superficie è il prodotto tra la componente perpendicolare alla superficie del campo magnetico e lʼArea della superficie, e si misura in Weber (Wb).
Le calamite possiedono un polo Sud e un polo Nord. Un ago magnetico libero di ruotare intorno al suo centro, per lʼesistenza del campo geomagnetico, orienterà sempre una delle due estremità, sempre la stessa, verso il Nord terrestre, e lʼaltra verso il Sud. La prima delle due estremità prende il nome di polo Nord (polo N), la seconda di polo Sud (polo S). Come le cariche elettriche, i poli magnetici interagiscono tra loro con forze attrattive o repulsive: poli magnetici di nome diverso si attraggono, poli dello stesso segno si respingono. Ogni magnete genera nello spazio un campo magnetico, la cui presenza si può verificare mediante lʼutilizzo di un piccolo ago magnetico. In una regione dello spazio, infatti, è presente un campo magnetico quando un ago magnetico, posto in quella regione, è soggetto ad unʼazione meccanica. In quanto caratterizzato da una direzione e da un verso oltre che da unʼintensità, il campo magnetico è un campo vettoriale. La direzione è quella in cui si dispone lʼago magnetico; il verso, per convenzione, quello che va dal polo S al polo N dellʼago. Dunque ogni punto del campo magnetico è descritto da un vettore chiamato induzione magnetica, o campo magnetico. Come qualsiasi campo vettoriale, anche il campo magnetico può essere rappresentato mediante linee di campo, tangenti in ogni punto al vettore induzione magnetica e orientate secondo il suo verso. In un magnete a forma di barra, le linee sono più ravvicinate in prossimità dei poli del magnete, dove il campo è più intenso. Escono dal magnete per il polo N e vi rientrano per il Polo S. Se si sparge della limatura di ferro su un cartoncino appoggiato su un magnete, ogni piccolo frammento si magnetizza e si orienta nella direzione del campo magnetico. Un campo magnetico si dice uniforme quando le linee di campo, dirette dal polo N al polo S, sono equidistanti e parallele fra loro.
Nel 1820 il danese Hans Oersted scoprì persino lʼesistenza di interazione tra fenomeni elettrici e fenomeni magnetici. Un filo rettilineo attraversato da corrente elettrica fa infatti ruotare un ago magnetico. Lʼago si dispone sul piano perpendicolare al filo, lungo la tangente alla circonferenza con centro sul filo. Ciò vuol dire che la corrente che scorre in un filo è una sorgente di campo magnetico e che, nel caso specifico di un filo rettilineo, le linee di campo sono circonferenze concentriche intorno al filo. Un solenoide attraversato da corrente elettrica al suo interno, lontano dalle estremità, genera un campo magnetico uniforme, con linee di campo equidistanti e parallele.
Stimolato dalle scoperte di Oersted, il francese Andrè-Marie Ampere dimostrò con una serie di esperimenti che due fili paralleli percorsi da corrente esercitano una forza di tipo magnetico lʼuno sullʼaltro: si attraggono o si respingono a seconda che le correnti scorrano nello stesso verso o in versi opposti. Tale forza è direttamente proporzionale allʼintensità delle correnti nei fili e alla loro lunghezza, e inversamente proporzionale alla loro distanza. Il tutto per una costante di proporzionalità pari a 2 x 10 alla meno 7 N/A alla seconda.
Una spira percorsa da corrente genera delle linee di campo come quelle di una barra magnetica. La spira, pertanto, si comporta come un magnete coi poli orientati perpendicolarmente al piano in cui scorre la corrente. Se si avvolgono le dita nel verso della corrente ad eccezione del pollice, lasciato in su, il pollice indicherà il verso del campo magnetico.
Si è detto prima della direzione e del verso del campo magnetico. Per quanto riguarda il suo modulo (B), questo è pari al rapporto tra la forza magnetica esercitata su un filo conduttore perpendicolare alle linee di campo e il prodotto tra lʼintensità di corrente che scorre nel filo e la sua lunghezza. La forza magnetica esercitata su un filo conduttore perpendicolare alle linee di campo è pari al prodotto tra lʼintensità della corrente, la lunghezza del filo e una costante B dipendente dalla sorgente del campo magnetico e dallʼinclinazione del filo rispetto al campo. Se il filo è perpendicolare alle linee di campo il valore di B è massimo. Nel Sistema Internazionale lʼunità di misura dellʼinduzione magnetica è il Tesla (T). 1 T= 1N/(A x m).
Fu il fisico olandese Hendrik Lorentz (1853-1928) a capire che la forza magnetica agisse solamente sulle cariche elettriche in movimento. Se una carica puntiforme q, in un punto dello spazio in cui lʼinduzione magnetica è B(vettore), ha una velocità v perpendicolare a B, la forza che agisce su di essa, chiamata forza di Lorentz, ha modulo: F=q v B. La forza di Lorentz è perpendicolare alla velocità v della particella carica e al campo magnetico B. Se la carica è positiva, il verso della forza è quello uscente dalla palma della mano destra quando il pollice è orientato come la velocità e le altre dita sono orientate come il campo magnetico. Se la carica è negativa, il verso della forza è lʼopposto.
Nel 1831 lʼinglese Michael Faraday scoprì che non solo correnti elettriche potevano generare campi magnetici, ma che si potevano ottenere anche, in particolari condizioni, correnti elettriche da campi magnetici. Si tratta delle correnti indotte, generantesi al variare del flusso magnetico concatenato con un circuito. Il flusso magnetico attraverso una superficie è il prodotto tra la componente perpendicolare alla superficie del campo magnetico e lʼArea della superficie, e si misura in Weber (Wb).
Fabrizio Giovanni Vaccaro
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