Campo magnetico

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Introduzione

Campo magnetico Grandezza fisica vettoriale che esprime le proprietà dello spazio dovute alla presenza in esso di un magnete permanente o di una corrente elettrica. Per rilevare un campo magnetico, è sufficiente osservare il comportamento dell’ago di una bussola: se esso si orienta in una direzione ben precisa, nel punto in cui si trova l’ago è presente un campo magnetico di direzione e verso uguale a quelli dell’ago orientato. Il campo magnetico agisce su qualunque carica elettrica in movimento, a mezzo di una forza detta forza di Lorentz.

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Intensità, direzione e verso

Trattandosi di una grandezza vettoriale, il campo magnetico B – detto anche induzione elettrica – è definito da un’intensità, una direzione e un verso. La sua intensità può essere quantificata misurando la forza che esso esercita su un filo conduttore di lunghezza l, percorso da una corrente elettrica di intensità i: tale forza dipende dall’orientazione del filo rispetto alla direzione del campo magnetico, e risulta proporzionale a i ed l. Nella situazione in cui il filo è perpendicolare alle linee di forza del campo, si può definire l’intensità B del campo magnetico come il rapporto tra la forza esercitata sul filo e il prodotto tra la lunghezza l e la corrente i. In formule: B = F/il.

La direzione e il verso del campo magnetico si possono evidenziare con l’aiuto di un po’ di limatura di ferro e di un aghetto magnetico. Nel caso del campo generato da un filo conduttore percorso da corrente elettrica, se si tiene il filo in posizione verticale e si sparge della limatura di ferro su un piano ad esso perpendicolare, si vedono i frammenti metallici disporsi ordinatamente in circonferenze concentriche, centrate sul filo. Tali circonferenze evidenziano le linee di forza del campo magnetico, vale a dire la sua direzione in ogni punto dello spazio.

Il verso di un campo magnetico si può più facilmente determinare con l’aiuto dell’ago di una bussola. Ogni ago ha una polarità ben definita: l’estremità che punta verso il polo Nord della Terra è detta polarità nord, l’altra estremità, polarità sud (la Terra, infatti, è sede di un campo magnetico, detto appunto campo magnetico terrestre, che attualmente presenta i due poli magnetici quasi coincidenti con i rispettivi poli geografici). Definite in questo modo le due polarità di un ago magnetico o di un magnete, il verso del campo è quello che va dalla polarità sud alla polarità nord dell’ago magnetico posto nel campo.

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Unità di misura

L’intensità del campo magnetico, nel Sistema internazionale, si misura in Tesla (T). Un Tesla è pari a 1 newton / (1 ampere)(1 metro). Per avere un’idea dell’ordine di grandezza di questa unità di misura, il campo magnetico misurato sulla superficie terrestre è dell’ordine di 1/10.000 T, mentre quello generato da una piccola calamita è di circa 1/100 T.

Il più intenso campo magnetico che sia mai stato prodotto in laboratorio, invece, è di quasi un gigagauss (1 T = 10⁴ G): ottenuto indirizzando un fascio di luce laser su un plasma denso, è stato creato per studiare condizioni e fenomeni di interesse astrofisico.

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Linee di forza del campo magnetico

Come è noto, le linee di forza forniscono una rappresentazione simbolica di un campo di forze, e in particolare specificano la direzione e il verso che tali forze esercitano in ogni punto, su un corpo ad esse sensibile (per il campo gravitazionale, su una massa, per il campo elettrico, su una carica, per il campo magnetico, su una calamita o una corrente elettrica).

Nel campo elettrico, tali linee di forza possono essere aperte o chiuse, a seconda delle sorgenti del campo; ad esempio, una carica elettrica isolata nello spazio genera intorno a sé un campo con linee di forza aperte – semirette disposte a raggiera intorno alla carica; una coppia di cariche di segno opposto, invece, genera un campo con linee di forza chiuse, che nascono da una delle due cariche e muoiono sull’altra.

A differenza del campo elettrico, il campo magnetico può avere esclusivamente linee di forza chiuse. Questa importante proprietà discende da una caratteristica fondamentale del magnetismo, vale a dire, dal fatto che non esiste il monopolo magnetico: la più piccola sorgente di un campo magnetico è essa stessa un piccolo dipolo; se si cerca di spezzarlo in due poli separati, si ottengono due dipoli più piccoli.

Una conseguenza di questa proprietà è che il flusso del campo magnetico attraverso una superficie chiusa è sempre nullo: il numero di linee di forza che attraversano la superficie in entrata è esattamente uguale a quello delle linee di forza in uscita. La formulazione matematica di questa proprietà costituisce una delle quattro equazioni di Maxwell del campo elettromagnetico.