Intensità del campo magnetico, caratteristiche, fonti, esempi

Lui campo magnetico È l'influenza delle cariche elettriche in movimento sullo spazio circostante. I carichi hanno sempre un campo elettrico, ma solo quelli in movimento possono generare effetti magnetici.

L'esistenza del magnetismo è noto da molto tempo. Gli antichi Greci hanno descritto un minerale in grado di attirare piccoli pezzi di ferro: era la pietra magnetta o magnetite.

Figura 1. Campione di magnetite. Fonte: Wikimedia Commons. Rojinegro81 [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)].

I saggi di Mileto e Platone si sono presi cura di registrare gli effetti magnetici nei loro scritti; A proposito, conoscevano anche l'elettricità statica.

Ma il magnetismo non si associava all'elettricità fino al diciannovesimo secolo, quando Hans Christian Oerst osservò che la bussola era deviata vicino a un filo del conducente che trasportava l'attuale attuale.

Oggi sappiamo che l'elettricità e il magnetismo sono, per così dire, due lati della stessa valuta.

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Campo magnetico in fisica

In fisica, il termine campo magnetico È una grandezza vettoriale, con un modulo (il suo valore numerico), direzione nello spazio e nella direzione. Ha anche due significati. Il primo è un vettore che a volte viene chiamato induzione magnetica Ed è indicato con B.

L'unità di B Nel sistema internazionale delle unità è la Tesla, abbreviata T. L'altra grandezza chiamata anche il campo magnetico è H, conosciuto anche come Intensità del campo magnetico E la cui unità è amperio/metro.

Entrambe le magnitudini sono proporzionali, ma sono definite in questo modo per tenere conto degli effetti che i materiali magnetici hanno sui campi che li stanno attraversando.

Se un materiale viene posto nel mezzo di un campo magnetico esterno, il campo risultante dipenderà da questo e anche dalla risposta magnetica del materiale. Ecco perché B E H Sono correlati attraverso:

B = μ_MH

Qui μ_M  È una costante che dipende dal materiale e ha unità adeguate in modo che moltiplicando H Il risultato è Tesla.

Caratteristiche di un campo magnetico

-Il campo magnetico è una grandezza vettoriale, quindi ha grandezza, direzione e significato.

-L'unità del campo magnetico B Nel sistema internazionale è la Tesla, abbreviata come T, mentre H È ampere/metro. Altre unità che compaiono spesso in letteratura sono Gauss (G) e Oersted.

-Le linee di campo magnetico sono sempre cravatte chiuse, che lasciano un polo nord ed entrano in un polo sud. Il campo è sempre tangente alle linee.

-I pali magnetici appaiono sempre in coppia nord-sud. Non è possibile avere un palo magnetico isolato.

-Ha sempre origine nel movimento delle cariche elettriche.

-La sua intensità è proporzionale all'entità del carico o della corrente che la produce.

-La magnitudine del campo magnetico diminuisce con l'inverso al quadrato della distanza.

-I campi magnetici possono essere costanti o variabili, sia tempo che spazio.

-Un campo magnetico è in grado di esercitare una forza magnetica su un carico in movimento o su un filo che il trasporto di corrente.

Poli di un magnete

Un magnete a barra ha sempre due pali magnetici: il Polo Nord e il Polo Sud. È molto facile verificare che i poli di pari segno si respingano, mentre quelli di diversi tipi siano attratti.

Questo è abbastanza come quello che accade con le cariche elettriche. Si può anche vedere che più sono più vicini, maggiore è la forza con cui attirano o respingono.

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I magneti della barra hanno un modello distintivo di linee di campo. Sono curve chiuse, che lasciano il Polo Nord ed entrano nel Polo Sud.

figura 2. Linee di campo magnetico di un magnete a barra. Fonte: Wikimedia Commons.

Un semplice esperimento per osservare queste linee, consiste nel diffondere file di ferro sopra un foglio di carta e nel posizionare un magnete a barra sotto.

L'intensità del campo magnetico è data in base alla densità delle linee di campo. Questi sono sempre più densi vicino ai poli ed estendiamo mentre ci allontaniamo dal magnete.

Il magnete è anche noto come dipolo magnetico, in cui i due poli sono precisamente i poli magnetici a nord e sud.

Ma non possono mai separarsi. Se il magnete viene tagliato a metà, si ottengono due magneti, ciascuno con i rispettivi poli nord e sud. I poli isolati sono chiamati Monopoli magnetici, Ma ad oggi nessuno è stato in grado di isolare.

Fonti

Puoi parlare di varie fonti di campo magnetico. Vanno da minerali magnetici, attraverso la terra stessa, che si comporta come un grande magnete, fino a raggiungere gli elettromagneti.

Ma la verità è che ogni campo magnetico ha la sua origine nel movimento di particelle caricate.

Più tardi vedremo che la fonte primaria di tutto il magnetismo risiede nelle piccole correnti all'interno dell'atomo, principalmente quelle che si verificano a causa dei movimenti degli elettroni attorno al nucleo e degli effetti quantistici presenti nell'atomo.

Tuttavia, in termini di origine macroscopica, puoi pensare a fonti naturali e fonti artificiali.

Le fonti naturali in linea di principio non "si spegne" sono magneti permanenti, tuttavia si deve prendere in considerazione che il calore distrugge il magnetismo delle sostanze.

Per quanto riguarda le fonti artificiali, l'effetto magnetico può essere soppresso e controllato. Quindi abbiamo:

-Magneti di origine naturale, realizzati con minerali magnetici come magnetite e maghemitico, entrambi ossidi di ferro, per esempio.

-Correnti elettriche ed elettroimani.

Minerali magnetici ed elettromagnete

In natura ci sono vari composti che presentano importanti proprietà magnetiche. Sono in grado di attirare ferro e nichel, per esempio, così come altri magneti.

Gli ossidi di ferro menzionati, come magnetite e maghemita, sono esempi di questo tipo di sostanze.

IL suscettibilità magnetica È il parametro utilizzato per quantificare le proprietà magnetiche delle rocce. Le rocce ignee di base sono la massima suscettibilità, grazie al suo alto contenuto di magnetite.

D'altra parte, a condizione che ci sia un filo che è corrente, ci sarà un campo magnetico associato. Qui abbiamo un altro modo per generare un campo, che in questo caso adotta la forma di circonferenze concentriche con il filo.

Il senso di circolazione del campo è dato dalla regola del pollice destro. Quando il pollice della mano destra punta nella direzione della corrente, le restanti quattro dita indicheranno il senso in cui le linee di campo sono curve.

Figura 3. Regola del pollice destro per ottenere la direzione e il significato del campo magnetico. Fonte: Wikimedia Commons.

Un elettromagnet è un dispositivo che produce magnetismo dalle correnti elettriche. Ha il vantaggio di poter accendere e spegnere a piacimento. Quando la corrente cessa, il campo magnetico scompare. Inoltre, l'intensità del campo può anche essere controllata.

Gli elettromagne fanno parte di vari dispositivi, tra cui altoparlanti, dischi rigidi, motori e relè, tra gli altri.

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Forza magnetica su una carica mobile

Puoi controllare l'esistenza di un campo magnetico B Attraverso un carico di prova elettrico, chiamato Q- E questo si muove con la velocità v. Per questo, la presenza di campi elettrici e gravitazionali è esclusa almeno per il momento.

In questo caso, la forza che il carico sperimenta Q, che è indicato come F_B, È completamente dovuto all'influenza del campo. Si osserva qualitativamente quanto segue:

-L'entità di  F_B  È proporzionale a  Q E alla velocità v.

-SÌ v è parallelo al vettore del campo magnetico, l'entità di F_B È zero.

-La forza magnetica è perpendicolare ad entrambi v Piace B.

-Infine, l'entità della forza magnetica è proporzionale a sin θ, essendo θ L'angolo tra il vettore di velocità e il vettore del campo magnetico.

Tutto quanto sopra è valido per carichi sia positivi che negativi. L'unica differenza è che il significato della forza magnetica è invertito.

Queste osservazioni concordano con il prodotto vettoriale tra due vettori, in modo che la forza magnetica sperimentata da un carico puntuale Q, che si muove con la velocità v Nel mezzo di un campo magnetico è:

F_B = Q v X B

Il cui modulo è:

F_B = Q.v.B.sin θ

Figura 4. Regola della mano destra per la forza magnetica su un carico puntuale positivo. Fonte: Wikimedia Commons.

Come viene generato un campo magnetico?

Esistono diversi modi, ad esempio:

-Per mezzo di una sostanza appropriata.

-Passando una corrente elettrica attraverso un filo del driver.

Ma l'origine del magnetismo nella questione è spiegata ricordando che deve essere associata al movimento dei carichi.

Un elettrone orbita in orbita al nucleo è essenzialmente un piccolo circuito chiuso di corrente, ma in grado di contribuire sostanzialmente al magnetismo dell'atomo. Ci sono molti elettroni in un pezzo di materiale magnetico.

Questo contributo al magnetismo dell'atomo è chiamato Momento magnetico orbitale. Ma c'è di più, perché la traduzione non è l'unico movimento dell'elettrone. Questo possiede anche Il momento magnetico di Spin, Un effetto quantico la cui analogia è quella di una rotazione elettronica sul suo asse.

In effetti, il momento magnetico di Espín è la causa principale del magnetismo di un atomo.

Ragazzi

Il campo magnetico è in grado di adottare molte forme, a seconda della distribuzione delle correnti che lo originano. A sua volta, può variare non solo nello spazio, ma anche nel tempo o entrambi allo stesso tempo.

-Nelle vicinanze dei poli di un elettromagnete c'è un campo approssimativamente costante.

-Anche all'interno di un solenoide si ottiene un campo ad alta intensità e uniforme, con le linee di campo dirette lungo l'asse assiale.

-Il campo magnetico terrestre è abbastanza bene nel campo di un magnete a barra, specialmente nelle vicinanze di superficie. Inoltre, il vento solare modifica le correnti elettriche e lo deforma in modo significativo.

-Un filo che trasporta la corrente ha un campo sotto forma di circonferenze concentriche con il filo.

Per quanto riguarda il fatto che il campo possa variare o meno nel tempo, hanno:

-Campi magnetici statici, quando né la loro grandezza né la loro direzione sono cambiati nel tempo. Il campo di un magnete a barre è un buon esempio di questo tipo di campo. Anche quelli che provengono da fili che trasportano correnti stazionarie.

-Campi variabili nel tempo, se una delle sue caratteristiche varia nel tempo. Un modo per ottenerli è da generatori di corrente alterni, che utilizzano il fenomeno a induzione magnetica. Si trovano in numerosi dispositivi di uso comune, ad esempio telefoni cellulari.

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La legge Biot-Savart

Quando è necessario calcolare la forma del campo magnetico prodotto da una distribuzione delle correnti, la legge Biot-Savart può essere utilizzata, scoperta nel 1820 dai fisici francesi Jean Marie Biot (1774-1862) e Felix Savart (1791-1841).

Per alcune distribuzioni attuali con geometrie semplici, è possibile ottenere un'espressione matematica per il vettore di campo magnetico.

Supponiamo di avere un segmento di filo di lunghezza differenziale dl che trasporta una corrente elettrica Yo. Si presume anche che il filo sia al vuoto. Il campo magnetico che produce questa distribuzione:

-Diminuisce con l'inverso al quadrato della distanza dal filo.

-È proporzionale all'intensità della corrente Yo che viaggia sul filo.

-Il tuo indirizzo è tangenziale alla circonferenza radio R centrato sul filo e il suo significato è dato, dalla regola del pollice destro.

Queste osservazioni sono combinate nella seguente espressione:La costante di proporzionalità è il Permeabilità al vuoto μ_O, con cui si ottiene:Dove:

-μ_O = 4π. 10^-7 T.m/ a 

-DB È un differenziale di campo magnetico.

-Yo È l'intensità della corrente che circola sul filo.

-R È la distanza tra il centro del filo e il punto in cui si desidera trovare il campo.

-Dl È il vettore la cui grandezza è la lunghezza del segmento differenziale dl.

-R È il vettore che passa dal filo al punto in cui si desidera calcolare il campo.

Esempi

Di seguito ci sono due esempi di campo magnetico e le loro espressioni analitiche.

Campo magnetico prodotto da un filo rettilineo molto lungo

Tramite. Quando si effettua l'integrazione lungo il driver e si prendono il caso limite in cui questo è molto lungo, la grandezza del campo risulta:

 La direzione e la direzione del vettore B sono indicate dalla regola del pollice destro, come si può vedere nella Figura 3.

Campo creato da Helmholtz Coil

La bobina Helmholtz è formata da due bobine circolari identiche e concentriche, che viene passata la stessa corrente. Servono a creare un campo magnetico approssimativamente uniforme all'interno.

Figura 5. Schema di bobine Helmholtz. Fonte: Wikimedia Commons.

La sua grandezza al centro della bobina è:

Ed è diretto lungo l'asse assiale. I fattori dell'equazione sono:

-N rappresenta il numero di turni delle bobine

-Yo È l'entità della corrente

-μ_O È la permeabilità magnetica del vuoto

-R È il raggio delle bobine.

Riferimenti

1. Figueroa, d. (2005). Serie: Physics for Science and Engineering. Volume 1. Cinematica. A cura di Douglas Figueroa (USB).
2. Intensità del campo magnetico H. Recuperato da: 230NSC1.Phy-Astr.GSU.Edu.
3. Kirkpatrick, l. 2007. Fisica: uno sguardo al mondo. 6a edizione abbreviata. Apprendimento del Cengage.
4. Campo magnetico e forze magnetiche. Recuperato da: fisica.Ucf.Edu.
5. Rex, a. 2011. Fondamenti di fisica. Pearson.
6. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fisica per la scienza e l'ingegneria. Volume 2. 7 °. Ed. Apprendimento del Cengage.
7. Università di Vigo. Esempi di magnetismo. Estratto da: Quintans.siti Web.Uvigo.È