2 magnetismo

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Corso di FIsica per CTF, Università di Siena, Anno Accademico 2013-2014, presentazione di Elettromagnetismo

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  • 1. Elettromagnetismo 2 – Magnetismo
  • 2. Che cos’è il magnetismo? Fisica Generale
  • 3. Magnetismo: fatti sperimentali  Due “cariche” magnetiche: polo N/S.  Poli uguali si respingono, poli opposti si attraggono. Fino ad oggi in natura non sono state osservate cariche magnetiche isolate (monopoli magnetici ).  Campo magnetico generato da:  Magneti permanenti: proprietà magnetiche intrinseche delle particelle elementari, in certe sostanze si evidenziano macroscopicamente.  Elettromagneti: cariche elettriche in moto (correnti) generano campo magnetico (Oersted 1820).
  • 4. Magnetismo: fatti sperimentali  Le linee di forza del campo magnetico, B, vanno da N ad S formando un percorso chiuso;  Si possono evidenziare con ago magnetico (bussola) o limatura di ferro…
  • 5. Interazione fra cariche in movimento e campo magnetico Fisica Generale
  • 6. La forza di Lorentz  Una particella carica elettricamente che si muove in un campo magnetico subisce una forza proporzionale al valore della velocità dell'oggetto e perpendicolare alla direzione del moto.  Pertanto, il campo magnetico non compie lavoro, ha effetto solamente sulla direzione del moto ed il suo contributo non si manifesta se l'oggetto è fermo. BvqF  
  • 7. La forza di Lorentz  Una particella carica elettricamente che si muove in un campo magnetico subisce una forza proporzionale al valore della velocità dell'oggetto e perpendicolare alla direzione del moto.  Pertanto, il campo magnetico non compie lavoro, ha effetto solamente sulla direzione del moto ed il suo contributo non si manifesta se l'oggetto è fermo. BvqF  
  • 8. La forza di Lorentz  Carica in moto circolare uniforme  Il periodo e la frequenza non dipendono dalla velocità (per velocità non relativistiche);  Particelle con lo stesso rapporto q/m (carica/massa) compiono un giro nello stesso tempo.  Campo magnetico uniforme diretto in direzione perpendicolare al piano del moto  La forza è sempre perpendicolare alla velocità  Moto circolare uniforme
  • 9. Campo magnetico generato da una corrente  Filo rettilineo  Esperimento di Oersted (1820): un conduttore percorso da corrente genera un campo magnetico nello spazio circostante.  L’intensità del campo è data dalla legge di Biot-Savart R I B   2 0 
  • 10. Campo magnetico generato da una corrente  Campo magnetico di una spira  Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico)  Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente  Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo extBM    extBU    )( 3 spirasuperficieS Rzz z B niS         
  • 11. Campo magnetico generato da una corrente  Campo magnetico di una spira  Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico)  Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente  Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo extBM    extBU    )( 3 spirasuperficieS Rzz z B niS          La grandezza  viene detta Momento di Dipolo Magnetico
  • 12. Campo magnetico generato da una corrente  Campo magnetico di una spira  Il campo magnetico di una spira percorsa da corrente è analogo al campo di una barra magnetica (dipolo magnetico)  Se il dipolo magnetico si trova in un campo magnetico esterno, il campo esercita su di esso un momento torcente  Il dipolo ha un’energia potenziale associata all’ orientamento nel campo extBM    extBU    )( 3 spirasuperficieS Rzz z B niS         
  • 13. Momento torcente su una bobina  Motore elettrico  Le forze magnetiche esercitano sulla spira un momento torcente che la induce a ruotare (in modo che la normale alla sua superficie tenda ad essere parallela alle linee di campo).  Un commutatore inverte il verso della corrente ad ogni mezzo giro in modo che il momento torcente agisca sempre nello stesso verso.
  • 14. Momento torcente su una bobina  Galvanometro  Il momento torcente della forza magnetica è bilanciato dal momento di richiamo elastico di una molla.  Dalla misura della deflessione angolare della bobina si ricava la misura della corrente.
  • 15. Campo magnetico di un solenoide  Il campo di un solenoide ideale (lunghezza infinita) è uniforme e parallelo all’asse, di intensità pari a lunghezza spiredinumero 0    L n L In B 
  • 16. Forza magnetica agente su una corrente  Esperimento di Faraday (1821): un campo magnetico esercita una forza su un conduttore percorso da corrente La forza agente su di una corrente si ottiene sommando i contributi della forza di Lorentz su ciascun portatore di carica. La forza (sul tratto di filo l) è perpendicolare sia a B che al vettore lunghezza l (orientato come la corrente) BliF  
  • 17. Forza magnetica fra due fili paralleli • Il campo B generato da i1 esercita una forza F2 su i2; viceversa il campo originato da i2 esercita una forza F1 su i1. F1 e F2 sono uguali in modulo. • •Fili percorsi da correnti parallele e concordi si attraggono; si respingono se le correnti sono parallele e discordi. d lII F   2 2210 21 
  • 18. Forza magnetica fra due fili paralleli Definizione di Ampere 1A è l’intensità di corrente (costante) che scorre in due fili rettilinei e paralleli di lunghezza infinita, se questi posti a distanza di 1 metro nel vuoto si attraggono con una forza pari a 2·10-7 N/m d lII F   2 2210 21 
  • 19. Induzione elettromagnetica Fisica Generale
  • 20. Induzione elettromagnetica  Si genera una corrente nella bobina, solo se barra magnetica e bobina sono in moto relativo. Il verso della corrente cambia a seconda che la bobina si avvicini o allontani.  Se si chiude l’interruttore nel circuito primario, si ha una corrente indotta nel secondario per pochi istanti. Se si apre il circuito, la corrente indotta circola nel verso opposto per brevi istanti. La corrente indotta è quindi associata a una variazione di corrente nel primario. Se la corrente è stazionaria non si ha corrente indotta.
  • 21. L’orientazione del circuito L’intensità della corrente indotta aumenta se cambiamo più rapidamente l’orientazione del circuito rispetto alle linee di campo. Induzione elettromagnetica
  • 22. Il flusso del campo magnetico Induzione elettromagnetica
  • 23. Il flusso è massimo quando … … il campo magnetico B è perpendicolare alla superficie individuata dal circuito. Induzione elettromagnetica
  • 24. Il flusso è nullo quando … … il campo magnetico B è parallelo alla superficie individuata dal circuito. Induzione elettromagnetica
  • 25. Il weber Nel Sistema Internazionale il flusso si misura in weber (Wb). Induzione elettromagnetica
  • 26. Il segno del flusso Induzione elettromagnetica
  • 27. La variazione del flusso magnetico Induzione elettromagnetica
  • 28. La legge di Faraday-Neumann Induzione elettromagnetica
  • 29. Qual è il verso della corrente indotta? Induzione elettromagnetica
  • 30. Circola in senso orario? Se la corrente indotta circola in senso orario, Bindotto è diretto verso il basso e rinforza l’aumento di B (ΔB). Induzione elettromagnetica
  • 31. La corrente indotta circola in senso antiorario Induzione elettromagnetica
  • 32. La legge di Lenz Il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi alla variazione di flusso che la genera. Induzione elettromagnetica
  • 33. Induzione elettromagnetica: Riassumendo  Legge di Faraday  Si ha una f.e.m. indotta in un circuito immerso in un campo magnetico quando varia il numero di linee di forza del campo che attraversano il circuito (o anche, quando varia il flusso di B “concatenato” con il circuito).  Legge di Lenz  La corrente indotta ha verso tale che il campo magnetico da essa generata si oppone alla variazione del campo magnetico che l’ha indotta. inizialefinale inizialefinale ttt B       )( 