MAGNETISMO, FORZA DI LORENTZ, TEOREMA DI AMPERE, SOLENOIDE

In questo corso vedremo insieme il fenomeno del magnetismo. Partiremo dal concetto di campo magnetico e la sua unità di misura, il Tesla, e vedremo il campo magnetico Terrestre, il suo valore medio espresso in Tesla di circa 60 microTesla. Vedremo che il campo magnetico è generato dal movimento delle cariche cioè dalle correnti. Ci sposteremo poi ad osservare le forze che esistono tra magneti e tra correnti, così come le forze esistenti tra correnti e correnti. Vedremo l’esperimento dei due fili paralleli percorsi da corrente nello stesso verso e in verso opposto. Vedremo insieme poi la forza esercitata dal campo magnetico su un filo percorso da corrente. Completeremo questa parte con la formula di Biot Savart che ci consente di calcolare il campo magnetico generato da un filo percorso da corrente. Dal filo passiamo alla spira e studieremo la formula che ci consente di calcolare il campo magnetico generato da una spira percorsa da corrente. Poi dalla singola spira passiamo ad N spire vicine tutte percorse da corrente che sono una buona approssimazione per un solenoide, ovvero un avvolgimento continuo di filo conduttore che forma una “molla” che percorsa da corrente genera nello spazio circostante e anche in quello interno un campo magnetico di cui si può calcolare ‘intensità’. Da qui ci inoltreremo a vedere cosa succede ad una spira che può ruotare percorsa da corrente quando è immersa in un campo magnetico e introdurremo il motore elettrico. Analizzeremo bene la forza magnetica che agisce su una spira e il momento della spira stessa. Tutti questi argomenti e queste formule ci consentiranno di risolvere moltissimi esercizi che spaziano a tutto campo sul fenomeno magnetico.
Dopo questo ci sposteremo ad osservare il comportamento microscopico delle cariche in moto sottoposte all’azione di un campo magnetico. Vedremo insieme la forza di Lorentz e come una carica in moto modifica la sua traiettoria per effetto della presenza di un campo magnetico. Questo ci porterà comprendere il la fisica che sta “dietro” al selettore di velocità grazie al quale è possibile selezionare solo particelle dotate di una certa velocità e non le altre. Approfondiremo poi l’effetto Hall e la traiettoria circolare di una particella carica dotata di velocità v che si muove sotto l’effetto di un campo magnetico uniforme. Infine, vedremo lo spettrometro di massa e il suo funzionamento.
Il campo è un campo vettoriale e come tale è possibile calcolare il suo flusso attraverso una superficie precisa. Il calcolo del flusso del campo magnetico attraverso una superficie chiusa ci porta all’analogo del teorema di Gauss per l’elettrostatica dimostrando che nel caso del campo magnetico non ci sono sorgenti o pozzi ma che ci sono solo linee chiuse. Da qui vedremo poi il calcolo della circuitazione del campo magnetico che ci porterà al teorema di Ampere. Comprenderemo che Il campo magnetico NON è conservativo e vedremo alcune applicazioni del teorema di Ampere a casi concreti.
Per concludere il corso vedremo insieme il campo magnetico all’interno della materia con le sostanze ferromagnetiche, paramagnetiche e diamagnetiche. Analizzeremo il Ciclo di isteresi nella materia e infine studieremo che cosa sia la temperatura di Curie e che cosa siano i domini di Weiss. Risolveremo insieme una grande quantità di esercizi su questi argomenti.