Un campo magnetico, chiamato anche campo vettoriale, è l'influenza magnetica su cariche elettriche in movimento, materiali magnetici e correnti elettriche.

I campi magnetici costringono le particelle cariche elettricamente a muoversi in un percorso circolare o a spirale, e le particelle cariche esercitano una forza perpendicolare alla loro velocità e al campo magnetico. Un campo magnetico può essere espresso come l'area intorno a un magnete in cui si sente l'effetto del magnetismo.

Il campo magnetico può essere indicato con B o H. Dal punto di vista matematico, è indicato da grandezze note come vettori, che hanno sia direzione che grandezza.

Due diversi vettori aiutano a rappresentare un campo magnetico: la densità di flusso magnetico (o induzione magnetica) e l'intensità del campo magnetico (o forza del campo magnetico).

L'unità di misura del campo magnetico è il Tesla e la sua unità di base è il (Newton.Second)/Coulomb. È noto che le linee del campo magnetico non si incrociano. Infatti, le linee magnetiche formano anelli chiusi, che partono dal polo nord e terminano al polo sud. La densità delle linee di campo indica generalmente la forza del campo.

Che cos'è un campo magnetico?

Un campo magnetico è un campo creato dal movimento di cariche elettriche.

• Un campo magnetico può essere definito come l'area intorno a un magnete in cui si sente l'effetto del magnetismo.
• Si tratta di un campo di forza che esercita una forza su materiali come il ferro quando gli viene posto vicino.
• I campi magnetici non necessitano di un mezzo per propagarsi; possono addirittura propagarsi nel vuoto.
• Il campo magnetico ha una maggiore capacità di accumulo di energia rispetto al campo elettrico, il che lo distingue da quest'ultimo e ne consente l'utilizzo in qualsiasi dispositivo elettromeccanico come trasformatori, motori e generatori.

Campo magnetico

• Un campo magnetico è un campo vettoriale, solitamente situato in prossimità di un magnete, di una corrente elettrica o di un campo elettrico mutevole, in cui sono rilevabili forze magnetiche.
• Campo magnetico e campo elettrico sono in genere due concetti correlati e fanno essenzialmente parte della forza elettromagnetica.

Domande frequenti

Come si rappresentano le linee di campo magnetico di un magnete a barra?

Nel caso di un magnete a barra, le linee di campo salgono dal polo nord ed entrano nel magnete al polo sud. Queste linee penetrano poi nel magnete fino al polo nord, dove riappaiono.

Storia del campo magnetico

Il campo magnetico fu studiato per la prima volta nel 1269, quando lo studioso francese Petrus Peregrinus de Maricourt utilizzò aghi di ferro per mappare il campo magnetico sulla superficie di un magnete sferico.

Vide che le linee di campo risultanti si intersecavano in due punti. Questi punti furono chiamati "poli". Dopo questa osservazione, concluse che non importa quanto finemente sia tagliato un magnete, esso ha sempre un polo nord e un polo sud.

William Gilbert affermò tre secoli dopo che la Terra è un magnete.

Secondo John Mitchell, un ecclesiastico e filosofo inglese, i poli magnetici si attraggono e si respingono a vicenda; egli ha formulato questa affermazione nel 1750.

Carles-Augustin de Coulomb verificò sperimentalmente il campo magnetico terrestre nel 1785.

In seguito, nel XIX secolo, il matematico e geometra francese Simeon Denis Poisson sviluppò il primo modello del campo magnetico, che pubblicò nel 1824.

Nel XIX secolo, nuove scoperte misero in discussione le opinioni precedentemente accettate.

Hans Christian Orsted, fisico e chimico danese, scoprì nel 1819 che una corrente elettrica crea un campo magnetico intorno a sé.

Nel 1825, André-Marie Ampère propose un modello di magnetismo in cui la forza magnetica era dovuta ad anelli di corrente che scorrevano continuamente piuttosto che a dipoli di carica magnetica.

Faraday, scienziato inglese, dimostrò nel 1831 che un campo magnetico variabile produce un campo elettrico. Scoprì l'induzione elettromagnetica.

James Clerk Maxwell pubblicò le teorie sull'elettricità e sul magnetismo tra il 1861 e il 1865, sviluppando le equazioni di Maxwell. Queste equazioni descrivevano in dettaglio l'interazione tra elettricità e magnetismo.

Illustrazione di un campo magnetico

Tipicamente, un campo magnetico può essere rappresentato in due modi.

• Vettore campo magnetico
• Linee di campo magnetico

Vettore campo magnetico

Un campo magnetico è descritto matematicamente come un campo vettoriale. Si presume che il campo magnetico abbia sia una grandezza che una direzione. Un campo vettoriale può essere rappresentato come una griglia di vettori. La lunghezza del vettore è determinata dall'intensità dell'attrazione magnetica.

Linee del campo magnetico

Le linee di campo magnetico sono linee immaginarie che circondano un magnete. La densità delle linee di campo indica la sua dimensione. Il campo magnetico è più forte intorno ai poli sud e nord del magnete e si indebolisce man mano che si allontana dai poli.

Esperimento delle linee di campo magnetico

Generalmente, il campo magnetico è più forte intorno ai poli nord e sud e si indebolisce man mano che ci si allontana da essi. L'esperimento seguente:

Cosa vi serve

Un foglio di carta bianca, un magnete a barra, limatura di ferro

Esperimento

-<! Posizionate un foglio di carta bianca sul tavolo e mettete un magnete a barra sotto di esso, al centro.

-<! Spargere limatura di ferro intorno al magnete.

-<! Toccare delicatamente la carta.

-<! Si può notare che la limatura di ferro si allinea in uno schema preciso che riproduce il campo del magnete.

-<! Se si osserva da vicino questa limatura, si noterà che la limatura di ferro si raccoglie intorno al magnete soprattutto nella zona dei poli, ma la concentrazione diminuisce quanto più ci si allontana dai poli.

Fonte:QuantumBoffin

Proprietà delle linee di campo magnetico

Alcune importanti proprietà delle linee di campo magnetico includono:

• Le linee del campo magnetico non si incrociano mai.
• Si muove lungo il percorso di minor resistenza tra poli magnetici opposti. Le linee del campo magnetico di un magnete a barra si muovono in cicli chiusi da un polo all'altro.
• Le linee del campo magnetico avranno la stessa lunghezza.
• La densità delle linee elettriche diminuisce man mano che si spostano da una regione a più alta permeabilità a una regione a più bassa permeabilità.
• Le linee si muovono dal Polo Sud al Polo Nord in un campo magnetico materiale, mentre nell'aria scorrono dal Polo Nord al Polo Sud.
• La densità del campo magnetico varia con la distanza dal polo. La sua densità diminuisce allontanandosi dal polo.

Come disegnare le linee del campo magnetico

• Le linee di forza magnetiche possono essere disegnate utilizzando una bussola, un magnete a barra e un pezzo di carta.
• Per prima cosa, posizionare il foglio sul tavolo da disegno. Posizionate la barra magnetica al centro e segnatela con una matita.
• Tenere la bussola vicino a uno dei poli del magnete. Assicuratevi che non ci sia altro materiale magnetico nelle vicinanze.
• Si può vedere la freccia della bussola che punta in molte direzioni. Fate un segno con un punto in quella direzione.
• Rimuovete il compasso da questo punto e posizionatelo sul punto in modo che la base della freccia sia nel punto.
• Crea un nuovo punto nella direzione in cui ora punta la freccia della bussola.
• Ripetere questo metodo finché la bussola non colpisce il polo opposto del magnete. Collegare i punti. Tornare alla posizione precedente e ripetere il processo dalla nuova posizione.
• Dopo aver tracciato alcune linee, è chiaro che esse formano un anello chiuso che sembra iniziare da un polo del magnete e terminare nell'altro. Ecco come si disegnano le linee del campo magnetico.
• Le linee del campo magnetico variano a seconda del tipo di magneti utilizzati.

Fonte: vt.physics

Come si crea un campo magnetico?

Un campo magnetico può essere creato non solo da un magnete, ma anche da cariche in movimento o da correnti elettriche. Sappiamo tutti che la materia è composta da piccoli pezzi noti come atomi. Il nucleo di un atomo è composto da protoni e neutroni e gli elettroni gli orbitano intorno.

Il campo magnetico è prodotto dalla rotazione e dal giro dei protoni e dei neutroni o del nucleo di un atomo. La direzione del campo magnetico è determinata dalle direzioni di orbita e rotazione. Il campo magnetico è rappresentato matematicamente dalla lettera 'B'. Tesla è il nome della sua unità di misura (T).

Importanza del campo magnetico

• L'intensità del campo magnetico può essere definita anche come forza del campo magnetico o intensità magnetica.
• L'intensità del campo magnetico può essere denotata dal vettore H.
• L'intensità del campo magnetico può essere definita come il rapporto necessario per produrre una certa densità di flusso (B) all'interno di un particolare materiale per unità di lunghezza di quel materiale.
• L'intensità del campo magnetico può essere misurata in unità di ampere/metro.

La formula dell'intensità del campo magnetico può essere rappresentata come:

H = B/μ - M

Dove:

B = densità di flusso magnetico

M = magnetizzazione

μ = permeabilità magnetica

Tesla è un'unità di misura dell'intensità del campo magnetico. Un Tesla (1 T) può essere espresso come l'intensità del campo che produce un newton di forza per ampere di corrente per metro di conduttore.

In quale altro modo può essere prodotto un campo magnetico?

Un campo magnetico può svilupparsi quando una carica è in movimento. Esistono altri due modi per disporre la carica in modo che sia in movimento e generare un campo magnetico utile.

1. Un campo magnetico può essere generato ogni volta che una carica elettrica è in movimento.

2. I magneti permanenti funzionano grazie al movimento degli elettroni intorno ai nuclei. Solo alcuni materiali possono essere trasformati in magneti e alcuni sono molto più forti di altri.

Il campo magnetico della Terra

Sir William Gilbert mappò per la prima volta il campo magnetico terrestre nel 1600. Sulla base dei suoi test, scoprì che la Terra ha proprietà magnetiche e un campo magnetico. Se un magnete viene appeso in modo lasco e lasciato ruotare in posizione orizzontale, si allineerà automaticamente e si fermerà in direzione nord-sud.

Il magnete sarà allineato in modo che il polo nord sia attratto dal sud geografico e il polo sud dal nord geografico.

Ipotesi sulla fonte del campo magnetico terrestre

1. Il nucleo della Terra è un liquido fuso caldo che contiene ioni. Questi ioni circolano all'interno del liquido sotto forma di anelli di corrente e creano un campo magnetico.

2. La Terra ruota sul suo asse e la materia del pianeta è costituita da particelle cariche. Queste particelle cariche, sotto forma di anelli di corrente, ruotano anch'esse intorno all'asse terrestre e sono responsabili della creazione del campo magnetico.

3. I gas ionizzati formano lo strato esterno della Terra. Quando la Terra ruota, il movimento degli ioni genera una corrente elettrica che porta alla creazione di un campo magnetico.

Ma potete saperne di più sul campo magnetico terrestre in un articolo a parte.

Fonti:

Fisica del campo magnetico sul sito della Facoltà di Fisica del Regno Unito: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/prednasky/fmp/

Articoli sul campo magnetico su Vesmír.cz: https://vesmir.cz/tag/magneticke-pole/

Campo magnetico su Wikipedia: https://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A9_pole

Lezione online sul campo magnetico di Michel van Biezen su YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=TKTNZBGD22w