Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... ·...
Transcript of Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... ·...
![Page 1: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/1.jpg)
Le 4 forze della natura:Forze elettromagnetiche Forze gravitazionali
Forze nucleari deboliForze nucleari forti
![Page 2: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/2.jpg)
Meccanica: Che cosa fanno le forze?
le forze producono accelerazioni, cioè cambiamenti di velocità
![Page 3: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/3.jpg)
Che cosa sono precisamente le accelerazioni?
l'accelerazione a, è la derivata della velocità rispetto al tempoa si misura in m/s2 perché v si misura in m/s
![Page 4: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/4.jpg)
L'elettromagnetismoPer la stragrande maggioranza, i fenomeni fisici comunemente osservati (in laboratorio e nella vita quotidiana) sono fenomeni elettromagnetici, ad es.:
● forze d'attrito di contatto● forze di resistenza viscosa● forze legate al magnetismo, es. terrestre● forze elastiche, di reazione e di coesione● forze tra atomi e molecole nella materia● forze “chimiche” es. biomolecole● la luce è un'onda elettromagnetica
![Page 5: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/5.jpg)
Lezione n.1
piccoli pezzetti di carta si attaccano fra loro e al pettine sfregato in una giornata secca
strofinando un palloncino sui capelli in una giornata secca, palloncino e capelli si caricano elettricamente
Elettrostatica
![Page 6: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/6.jpg)
Evidenze sperimentali
esiste carica positiva e negativa
attrazione:cariche di tipo diverso si attirano
repulsione:
cariche dello stesso tipo si respingono
![Page 7: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/7.jpg)
`
Legge di Coulomb
221
r
qqF ∝
validità:cariche puntiformifermenel vuoto
F si misura in Newton (N)
Le cariche elettriche q1 e q
2
si misurano in Coulomb (C)
La distanza r si misura in metri (m)
![Page 8: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/8.jpg)
Legge di Coulomb
costante di proporzionalità =1/(40)
0 = 8.85 1012 C2 / (N m2)
quindi 2 cariche di 1 C a 1 m di distanza si respingono con una forza pari a circa 9 109 N, uguale alla forzapeso di circa un
milione di tonnellate
F=r
40
q1q2r2
![Page 9: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/9.jpg)
q (sorgente) deforma il telo, e così una carica deforma lo spazioq
0 (carica di prova) ⇒ subisce una forza che segue la curvatura del campo
Campo elettrico
E=Fq0
![Page 10: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/10.jpg)
Le linee di forza del campo elettrico• Sono una rappresentazione del campo
• Sono le linee tangenti ad E(P) in ogni punto P(x,y,z) dello spazio
• E(P) generato da carica q puntiforme ⇒ Linee di forza radiali
• vanno da cariche positive a cariche negative
![Page 11: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/11.jpg)
Legge di Gauss
vero in generale:flusso del campo elettrico E
=carica totale q all'interno della
superficie, divisa per la costante elettromagnetica
0 = 8.85 1012 C2/(N m2)
E)=q/0
attraverso qualunque superficie chiusa
definizione: (E) ≡ E ∙ dA
S
![Page 12: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/12.jpg)
Energia potenziale
Come tutte le forze, la forza elettrica fa lavoro su un (piccolo) spostamento dr.Si può definire un'energia potenziale elettrica
che indica la disponibilità a produrre lavoro. In presenza di sole forze elettriche resta costante l'energia totale, che è la somma di energia cinetica + energia potenziale:
L'energia si misura in Joule (J) = Newton ∙ m
dW=F⋅dr
U el=−W=−Fel⋅dr
Etot=EcU el
![Page 13: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/13.jpg)
Potenziale elettrico
Una particella di carica q che sta in un campo elettrico E ha sente una forza proporzionale alla sua carica elettrica:
Quindi anche l'energia potenziale elettrica è proporzionale alla carica elettrica “di prova”:
Il potenziale elettrico V indica la disponibilità a produrre lavoro elettrico... per unità di carica (si misura in Volt = Joule/Coulomb).Anche V e` una funzione della posizione (un campo “scalare”).
U el=q0V
F=q0 E
![Page 14: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/14.jpg)
Potenzialegravitazionale / elettrico
U el=q0V
U grav=m0V grav
sempre positiva
Vgrav
alto ⇄ Ugrav
alta
Vgrav
basso ⇄ Ugrav
bassa
V alto ⇄U
el alta per q
0 >0
V basso ⇄U
el bassa per q
0 >0
linee di forza del campo elettrico
![Page 15: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/15.jpg)
Fenomeni magnetici
La magnetite attira limatura di ferro:
proprietà non uniforme nel materiale;
si manifesta in determinate parti.
campioni cilindrici o parallelepipedi magnetizzati (magneti) attirano la limatura soprattutto ai “poli”
![Page 16: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/16.jpg)
Osservazioni sperimentali
Forza magnetica
attrattiva repulsiva / attrattiva
estremi di magneti di polaritàuguale/opposta si respingono/attirano
alcuni metalli (ferro, nichel) e isolanti (magnetite) magnetizzati attirano limatura di ferro, acciaio ed altri metalli
![Page 17: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/17.jpg)
può indurre un momento di rotazione
un pezzetto di magnetite fa cambiare orientazione a una sottile lamina di magnetite in equilibrio su una punta o sospesa con un filo
non esiste un polo magnetico isolato (monopolo): tagliando a metà una calamita compaiono sempre due poli
Osservazioni sperimentali
![Page 18: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/18.jpg)
Il campo magnetico
un insieme di magneti (o di cariche in moto) genera un campo magnetico B
in ogni punto, definisco direzione e verso del campo Butilizzando come sonda un piccolo ago magnetico(come in elettrostatica, dove si usa invece una carica di prova q
0)
![Page 19: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/19.jpg)
in natura
non esistono cariche magnetiche isolate
non esistono sorgenti
di campo magnetico
Teorema di Gauss
B)=0attraverso qualunque
superficie chiusa
![Page 20: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/20.jpg)
Circuitazione di Ampere (1)
un filo percorso da corrente elettrica tende a far cambiare orientazione a un ago magnetico
per fare campi magnetici non sono necessari materiali magnetici, bastano correnti
![Page 21: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/21.jpg)
Circuitazione di Ampere (2)
la “circuitazione del campo magnetico è proporzionale alla corrente elettrica totale che attraversa la superficie limitata dal percorso
Bdl = i/(c20) Bdl =(i
1 – i
2)/(c2
0)
0 = 1/(c2
0) = 1.26 106 T m / A, perché c = 3 108 m/s
![Page 22: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/22.jpg)
Esempio di campo B: dipolo magnetico
un campo magnetico cosìpotrebbe essere prodotto da un piccolo magnete (ago di bussola) oppure da un piccolo anello percorso da corrente
le linee di forza del campo magnetico
![Page 23: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/23.jpg)
Induzione elettromagnetica
Fenomeno nuovo:
induco una corrente elettrica in un circuito se:
● campo B stazionario, circuito si muove (flusso tagliato)
● circuito fermo, campo Bvaria nel tempo (flussoconcatenato)
E i campi magnetici possono “indurre” correnti? Solo se in movimento relativo!
![Page 24: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/24.jpg)
Legge di Faraday-Lenz
L’azione della f.e.m. tende ad opporsi a qualsiasi variazione di campo magnetico (del flusso del campo magnetico)
effetto diretto: non è l’induzione di una corrente, ma di una forza elettromotrice
definizione: f.e.m. ≡ E ∙ dl
[è come un potenziale elettrico, quindi si misura in Volt = J/C]
f.e.m. = ∂(B)/∂tattraverso qualunque superficie S(C) il cui bordo è il circuito C
![Page 25: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/25.jpg)
Legge di Ampere-Maxwellil pezzo mancante allacircuitazione di Ampere
Bdl = [i + 0 ∂E)/∂t]/(c2
0) = (i + i
s)/(c2
0)
il flusso E) attraverso la superficie S(C) il cui bordo è C
C
![Page 26: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/26.jpg)
Tutto insieme: Le equazioni di Maxwell
E)=q/0
attraverso ogni superficie chiusa le cariche el. sono le sorgenti di E
B)=0attraverso ogni superficie chiusa
il campo B non ha sorgenti
Edl = ∂(B)/∂tf.e.m. = – derivata flusso di B attraverso sup. S(C) bordata dal circuito C
un c. magnetico che cambia nel tempo produce un c. elettrico
Bdl = i/(c20) + ∂E)/∂t /c2
i è la corrente, e E) il flusso attraverso S(C) con il circuito C per bordo
ristabilisce la simmetria tra B ed E: un E che cambia produce un B
![Page 27: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/27.jpg)
Ancora le equazioni di Maxwell(forma differenziale) (forma integrale)
![Page 28: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/28.jpg)
Riassunto unità di misurae costanti numeriche
q Ci C / sE N/C = V/m = kg m / (C s2)B T = kg / (C s)c 3∙108 m/s
0 9∙1012 C2 / (N m2)
0c2) 1∙106 kg m / C2
![Page 29: Forze nucleari forti Forze nucleari debolimateria.fisica.unimi.it/manini/dida/Metodi_Fisici... · il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili percorsi da corrente](https://reader034.fdocument.pub/reader034/viewer/2022042709/5f4b65bd6608e07e916cd583/html5/thumbnails/29.jpg)
Che fa il campo magnetico?
Forza su una carica puntiforme
F = q0 (E + v B)
q0 = carica elettrica “di prova” che si sta
muovendo a velocità v
● è detta forza di Lorentz● contiene solo il termine elettrico quando la velocità v è nulla● il termine con B descrive, ad es., le forze magnetiche sui fili
percorsi da corrente (lì, il termine elettrico è nullo perché il filo è elettricamente neutro)
● le forze magnetiche non fanno lavoro perché sono perpendicolari agli spostamenti
vedremo esempi di applicazioni...