Campo magnetico e forza di Lorentz

Ampere intuì quindi come la cariche elettriche in movimento fossero la sorgente delle forze magnetiche, anche del rispettivo campo vettoriale. Per poter spiegare il funzionamento dei magnetici, Ampere ipotizzò che questi fossero percorsi da correnti microscopiche: oggi sappiamo essere vera questa ipotesi, in quanto sono presenti le correnti atomiche e anche le correnti strutturali nei materiali (nei conduttori, come abbiamo visto). Questa intuizione aprì la strada allo studio empirico dei fenomeni magnetici: poiché le correnti sono molto più facili da calibrare e utilizzare dei singoli magneti (oltre alle difficoltà dovute al procurarsi i magneti), si possono studiare i fenomeni magnetici sfruttando le correnti elettriche che, in questi casi, vengono chiamate correnti amperiane.

Definizione operativa del campo di induzione magnetica[modifica | modifica wikitesto]

Assumiamo che un circuito percorso da corrente produca una forza nello spazio e che delle particelle cariche subiscano questa forza, che chiameremo forza magnetica. Definiamo il campo di induzione magnetica e lo indichiamo con la perturbazione che genera nello spazio il filo percorso da corrente elettrica. Notiamo come non sia chiamato campo magnetico: questo nome è attribuito a un altro campo vettoriale, come vedremo in seguito. Anche, il motivo di questo nome sarà più chiaro quando tratteremo proprio l'induzione magnetica. In questo capitolo, tratteremo correnti stazionarie, per questo motivo il campo di induzione è costante nel tempo ed è funzione della sola posizione nello spazio.

Come possiamo misurare ? Poniamo una particella carica in un punto dello spazio, ferma: in questo caso, essa non subirà alcun perturbamento dal campo di induzione magnetica. Se, invece, questa si muove, allora la sua traiettoria verrà variata dalla forza magnetica: studiando la cinematica della particella potremmo allora risalire alla forza e, quindi, al campo.

La forza di Lorentz[modifica | modifica wikitesto]

Sperimentalmente, si osserva che la forza che subisce la particella è sempre ortogonale alla velocità della particella, proporzionale alla corrente generatrice e dipendente dalla carica della particella. Questa può essere espressa come segue, ed è chiamata forza di Lorentz:

La forza è quindi ortogonale al piano che formano la velocità e il campo di induzione; questa particolarità fa sì che la forza agisca solo sulla traiettoria della velocità: la forza di Lorentz non compie lavoro.

La forza fa variare solo la direzione della velocità, ed è sempre diretta verso un centro di rotazione: per particolari configurazioni si ottiene quindi un moto circolare uniforme.

Unità di misura: il tesla[modifica | modifica wikitesto]

L'unità di misura di nel Sistema Internazionale è il tesla:

Il è un'altra unità di misura e si chiama weber. Per il campo di induzione magnetica, tuttavia, si usa un sottomultiplo del tesla, il gauss, pari a , questo perché il campo magnetico terrestre si attesta attorno al mezzo gauss e risulta essere una scala più appropriata. Inoltre, campi di 1 tesla sono molto forti: ad oggi si riescono a raggiungere anche campi di 30, 40 tesla, ma solo con materiali superconduttori e con complicati sistemi di raffreddamento; un'ordine di grandezza più comune è il decimo di tesla, il quale tuttavia richiede già strumentazioni particolari, grandi e costose.

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