Elettromagnetismo - Capitolo 4 - Dipartimento di Fisica...
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Approfondimento
Forze magnetiche su fili percorsi da corrente:dipoli magnetici
correnti elettriche e campi magnetici:le sorgenti del campo magnetico
Principio di equivalenza di Ampere
Proprietà magnetiche della materia
Forza magnetica su fili percorsi da corrente
∆t = L/v
q = I ∆t = (I L) / vFB = e vdB
Forza magnetica che agiscesull’elettrone in moto all’internodel filo conduttore con velocità vd
Forza magnetica su fili percorsi da corrente
∆t = L/v
q = I ∆t = (I L) / v
F = qvB sinϑ = I L B sinϑ
F = I (L x B)
Forze magnetiche su spire percorse da corrente
τ = (IhB) (wsin0) = 0
Momento torcente su spire percorse da corrente
τ = (IhB) (wsinϑ)τ = (IhB) w
A =hw
τ = (I A) Bsinϑτ è direttamente proporzionale a (I A) e dipende dall’orientazione della spira
I dipoli magnetici si orientano lungo le linee di B
τ = µ x B µ = (I A) vers n
La quantità I A è detta momento (di dipolo) magnetico della spiraτ è direttamente proporzionale a µ
Walker, FONDAMENTI DI FISICA, Zanichelli editore S.p.A. Copyright © 2005
I dipoli magnetici si orientano lungo le linee di B
µ = (I A) vers n
τ = µ x B
Equilibrio stabileEquilibrio instabile
Le sorgenti di B
Campi magnetici e correnti elettriche
Esperimento di Oersted (1820)
Cariche in movimento sono le sorgenti del campo magnetico
B
B
filo
Linee di B
B = (cost) i/r
Legge di Ampere
>Σi B⁄⁄ ∆L = µ0 Iconcatenata
µ0 = 4π 10-7 T m/A è la permeabilità magnetica del vuoto
La circuitazione di B è proporzionalealla corrente concatenata al percorso chiuso P
(spira amperiana = percorsp chiuso e orientato)
Iconcatenata = i1 + i2
B genererato da un filo rettilineo …
>
Σi B⁄⁄ ∆L = B Σi ∆L = B (2πr)
B (2πr) = µ0 I
µ0 IB =
(2πr)
spire percorse da corrente
Bcentro = µ0 I (1/2R)campo al centro della spira
Forze tra spire percorse da corrente
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Principio di equivalenza
Principio di equivalenza di Ampere
Una spira percorsa da corrente è del tutto equivalente ad un magnete permanente con identico momento di dipolo magnetico
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Origine del magnetismo nella materia
µorbitale = i A
Momento magnetico associato al moto orbitale dell’elettrone
µorbitale = -½ (e/m) Lorb
Il magnetismo nella materia
Momento magnetico dovuto allo spinµspin
Momento magnetico associato al moto orbitale µorbitale
Negli atomi gli elettroni tendono ad “accoppiarsi” in modo che i rispettivi spinsiano opposti così da produrre un campo magnetico risultante nullo …
tuttavia …
Materiali ferromagneticiIn alcuni materiali caratterizzati dall’avere atomi (o molecole) con l’accoppiamento di scambio favorisce la formazione di regioni (dette domini)con un massiccio allineamento dei dipoli magnetici dei singoli atomi (o molecole).
µtotale ≠ 0
esempi: Ferro, Nichel, Cobalto
BM
B0
Per questi materialil’intensità del campo dovuto alla magnetizzazione BMè molto maggiore (anche parecchi ordini di grandezza) del campo (esterno) magnetizzante B0
e può permanere anche quando il campo esterno viene eliminato (fenomeno della isteresi magnetica)
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isteresi magnetica
fenomeno utilizzato su vasta scala per memorizzare informazioni binarie
Configurazione dei domini in un cristallo di Nichel
Ma per temperature sufficientemente elevate (temperatura di Curie)i domini vengono distrutti …
e il magnete permanente perde le sue proprietà magnetiche …
Materiali paramagneticiNon tutti i materiali
magnetici sono ferromagnetici … µtotale ≠ 0
La temperatura introducedisordine nel sistema …
BM << B0
Il magnetismo nella materia
I fondali oceanici hanno “registrato” le inversioni del campo magnetico terrestre avvenute nell’arco dei tempi…
Materiali magnetici
Materiali ferromagnetici
µtotale = 0esempi:BismutoRameAzoto
µtotale ≠ 0esempi:GadolinioAlluminioMagnesioOssigeno
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Materiale paramagneticoMateriale diamagnetico
nordsud
µµ
sudnord
Per questi motivi una calamita attrae un materiale paramagnetico, mentre respinge un materiale diamagnetico
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