Elettrotecnica

Magnetismo

ing. Francesco Buffa

faraday

La parola magnetismo deriva da Magnesia città dell'asia minore dove si trovarono pietre, detti magnetiti, che attraevano pezzettini di ferro.
Fu Michael Faraday il primo studioso che parlò di campo magnetico come zona dello spazio in cui si risente di effetti di attrazione o repulsione fra magneti.

 

Il magnetismo è un fenomeno fisico dovuto all'orientamento dei microcristalli magnetici della materia e al verso di rotazione degni elettroni nei singoli atomi.
Nella calamita si evidenziano due estremità dette Nord e Sud dove la forza di attrazione è
particolarmente evidente.
Il campo magnetico è prodotto dalle calamite o da correnti elettriche.
Le linee di forza del campo magnetico sono quelle curve alle quali si allinea l’ago di una bussola se viene messo in quel punto.
Le linee del campo magnetico non hanno né inizio né fine, ma sono linee chiuse.
Esempi di linee di forza del campo magnetico:

clip images  magnetico13

La Terra è circondata dalle Fasce di Van Allen, zona di campo magnetico esterna al pianeta, che ha la capacità di deviare tutte le radiazioni cosmiche che giornalmente la investono.

Esempi di fasce di Van Allen:

 magnetico4  magnetico5
 magnetico6  magnetico7

Inoltre, specialmente nei periodi di maggior attività del Sole, questa zona interagisce con le particelle del vento solare, disponendole lungo le linee del campo magnetico terrestre, concentrandole fortemente sui poli e creando quei particolari fenomeni luminosi noti comeaurore polari.

Esempi di aurore boreali:

magnetico8 magnetico9
magnetico10 magnetico11
Oltre che dalle calamite, il campo magnetico può essere generato dalle correnti elettriche, come si è visto ed in tal caso la formula che collega corrente I e campo magnetico H è:

magnetico1

clip_image02

Una bobina,  lunga l metri, costituita da N spire di rame smaltato, attraversata da una  corrente elettrica di I ampere, genera al suo interno un campo magnetico H in Asp/m, di valore:

magnetismo14

Per determinare la polarità del campo prodotto, si prenda il filo percorso dalla corrente e lo si curvi ad anello come in figura, è possibile allora vedere che il campo magnetico generato da quel filo sarà concentrato nel centro dell’anello stesso.

magnetico13
Ponendo la mano destra come in figura, in modo che le quattro dita della mano indichino la direzione della corrente, il pollice  indicherà la direzione del Polo Nord. Il campo magnetico produce un effetto nell'intima struttura della amteria dove i microcristalli, o i dipoli molecolari o anche le orbite elettroniche dei singoli atomi tendono ad allinearsi alle linee di campo magnetico.

magnetico15

Questa magnetizzazione della materia che può essere maggiore o minore a seconda della sua conformazione intima che è diversa da sostanza a sostanza è indicata da una grandezza fisica diversa dal vettore campo magnetico H e che ha il nome di induzione magnetica B.
Il legame tra H e B è dato dalla formula:

magnetico16

ma:

μ = μ0·μr

dove μ0 è la permeabilità magnetica del vuoto che è una costante universale e vale:

μ0 = 4 π 10-7 H/m = 1,256·10-6 H/m

mentre  μr è caratteristica di ogni sostanza.

Per la maggior parte delle sostanze μr è una costante e vale praticamente 1, mentre solo per poche sostanze che sono ferro, nickel, cobalto ed alcune leghe particolari,  μr non è costante, ma funzione del valore del campo magnetico H secondo una curva che si chiama curva di magnetizzazione qui a destra. magnetico18
Un nucleo di ferro può essere magnetizzato immergendolo in un campo magnetico determinato da una bobina di filo di rame smaltato attraversata da corrente elettrica come in figura.

 

Il campo magnetico H che così si viene a determinare ha il valore:

magnetico1

magnetico19

 Se si varia l'intensità di corrente gradualmente e poi la si inverte tramite il circuito seguente:

  magnetico20

si può tracciare il ciclo di isteresi seguente:

magnetico17

 

 

 

 

 

 

Continua:

Argomenti