Elettrotecnica

Magnetismo

ing. Francesco Buffa

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:

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:

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:



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:
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: 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.
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.

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:

ma:

μ = μ₀·μ_r

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 μ_r è caratteristica di ogni sostanza.

Per la maggior parte delle sostanze μ_r è una costante e vale praticamente 1, mentre solo per poche sostanze che sono ferro, nickel, cobalto ed alcune leghe particolari, μ_r non è costante, ma funzione del valore del campo magnetico H secondo una curva che si chiama curva di magnetizzazione qui a destra.

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:

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

si può tracciare il ciclo di isteresi seguente:

magnetico17

Continua: