Magnetismo

Campo magnetico in una bobina

Se un conduttore percorso da corrente viene piegato a formare una spira, il campo magnetico all'interno della spira

si rafforza
si annulla
rimane invariato, come per il filo rettilineo

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Campo magnetico all'interno di una spira percorsa da corrente, visualizzato con limatura di ferro.

La spira percorsa da corrente è perpendicolare al piano della pagina: le linee di campo magnetico hanno senso antiorario intorno al capo da cui la corrente esce dalla pagina e orario dove la corrente entra. All'interno della spira le linee di campo sono tutte concordi ed il campo magnetico risulta rafforzato.

La spira si comporta come una lamina magnetica con il polo Nord sulla faccia da cui escono le linee di forza.

Il campo magnetico si rafforza ancora di più in presenza di molti avvolgimenti, come accade nel caso di una bobina o solenoide percorso da corrente.

solenoide2 (19K)

Solenoide

Un solenoide è un filo avvolto a spirale, le cui caratteristiche geometriche sono la lunghezza L e il numero di spire N. Il rapporto n = N/L si chiama densità lineare delle spire.

Se il solenoide è molto lungo, il passaggio di corrente nelle sue spire crea un campo magnetico abbastanza uniforme (linee paralleli ed equidistanti) all'interno e un campo praticamente nullo all'esterno.

Per determinare il valore del campo magnetico all'interno di un solenoide si utilizza la legge di Ampère.

solenoide3 (21K)

Immaginiamo un percorso chiuso rettangolare di lati a e b con uno dei due lati a immerso dentro il solenoide parallelamente alle linee di campo, ed il lato opposto esterno al solenoide. Se si considera la circuitazione di campo magnetico lungo tale percorso, l'unico lato che contribuisce con un termine non nullo è quello all'interno della bobina, perché i due lati b sono perpendicolari al campo e il lato esterno si trova in un campo magnetico praticamente nullo.

La circuitazione lungo il percorso rettangolare vale quindi C (B) = B a dove B è il valore del campo all'interno del solenoide.

La legge di Ampère collega la circuitazione alla sommatoria delle correnti concatenate al percorso: legge_ampere2 (2K)

Poiché le spire hanno densità lineare n, la somma delle correnti concatenate (tutte concordi) sarà n a i. Si ha quindi:

C (B) = B a = μ0 n a i

Pertanto il campo magnetico all'interno di un solenoide infinitamente lungo, con una densità di spire n e percorso da corrente i è parallelo all'asse del solenoide e ha intensità:

B = μ0 n i
solenoide4 (11K) magnete_barra (9K)

La bobina si comporta esattamente come un magnete a barra di lunghezza L con il polo Nord all'estremità da cui escono le linee di campo ed il polo Sud all'altra. Si noti che le linee di campo magnetico sono sempre linee chiuse e sono dirette dal polo Nord al polo Sud all'esterno della bobina (o del magnente) e dal polo Sud al polo Nord all'interno della bobina (o del magnete).

Per visualizzare i due poli si usa ancora una volta la mano destra: se le dita avvolgono il solenoide nel verso della corrente, il pollice indica il polo Nord.

Come abbiam visto, la bobina è dotata di un momento di dipolo magnetico μ di modulo μ = N i A (con A sezione del solenoide).

N.B. Il momento di dipolo magnetico è diretto dal polo Sud verso il polo Nord all'interno della bobina concordemente con il verso delle linee di campo magnetico.


Copyleft Ludovica Battista