Magnetismo

Conduttore rettilineo nel campo magnetico

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Laboratorio: si fa passare corrente in un circuito e si avvicina ad un tratto di filo rettilineo un magnete a ferro di cavallo oppure due calamite (in modo che il filo sia perpendicolare alle linee di campo). Cosa si osserva?

Il filo si incurva, spostandosi da una parte o dall'altra a seconda del verso della corrente. La forza deviante non attrae verso i poli della calamita, ma tende a spostare il filo perpendicolarmente al campo magnetico. Sia in questo fenomeno, sia nell'esperienza di Oersted, sono coinvolti una corrente ed un campo magnetico. Ma quali sono le differenze?

Nell'esperienza di Oersted il campo magnetico che fa deviare l'ago magnetico ..
è prodotto dalla corrente
è prodotto dall'ago magnetico

Nell'esperienza attuale, il campo magnetico che devia il filo percorso da corrente ..
è prodotto dalla corrente
è prodotto dalle calamite

Sia l'ago magnetico, sia il conduttore percorso da corrente sono sottoposti all'azione di un campo magnetico creato da un altro oggetto posto nelle vicinanze. Nell'esperienza di Oersted la corrente elettrica crea un campo magnetico nello spazio circostante (campo magneticico proprio) e l'ago magnetico è sottoposto all'azione di questo campo. Nell'esperienza attuale il filo conduttore percorso da corrente è immerso in un campo magnetico esterno creato dai magneti ed è sottoposto ad una forza magnetica. Cerchiamo di capire l'origine di questa forza.

Sappiamo che la corrente è un flusso di elettroni in moto ordinato: la forza magnetica macroscopica capace di spostare tutto il filo è la risultante di tutte le forze microscopiche che agiscono su ogni elettrone in moto. Gli elettroni hanno una carica piccolissima e si muovono con un lento moto di trascinamento (dell'ordine di 10-4 m/s), ma il loro numero enorme e il moto ordinato rendono importante la forza magnetica risultante (la velocità di agitazione termica, invece, è disordinata e non dà effetti macroscopici).

Per sommare i contributi di tutte le forze, dobbiamo considerare che, in un intervallo di tempo t gli elettroni che attraversano un tratto L del filo (immerso nel campo magnetico) forniscono una carica q legata al valore della corrente i

q = i t

Il tempo di attraversamento t dipende dalla velocità media di trascinamento v

t = L / v

L'intensità della forza magnetica (con un campo magnetico perpendicolare al filo) è allora:

Fmagnetica = q v B = i L B

Se il filo forma un angolo qualsiasi α con il campo, la forza su di esso si esprime:

Fmagnetica = i L B sen α

La corrispondente relazione vettoriale è:

Fmagnetica = i L x B

dove il vettore iL ha modulo iL, direzione del filo e verso della corrente.

La forza magnetica sulla corrente è quindi sempre perpendicolare al filo ed al campo ed ha, come sempre, verso dato dalla regola della mano destra (pollice nel verso della corrente, le altre dita nel verso del campo e forza che esce dal palmo).


Copyleft Ludovica Battista