Introduzione al magnetismo

Il magnetismo è un fenomeno fisico fondamentale, il cui nome deriva da Magnesia, città dove veniva estratta la magnetite. Esistono magneti naturali come la magnetite e magneti artificiali creati per contatto prolungato con essa.

Definizione: I magneti sono caratterizzati da un polo nord e un polo sud. Se divisi, generano due magneti più piccoli con le stesse proprietà.

Il campo magnetico è una grandezza vettoriale rappresentata dal vettore B. Un magnete perturba lo spazio circostante, creando linee di campo visibili con la limatura di ferro.

Highlight: Le linee di forza del campo magnetico escono dal polo nord ed entrano nel polo sud, seguendo la convenzione di Faraday.

L'intensità del campo magnetico è maggiore dove le linee di campo sono più dense e diminuisce allontanandosi dal magnete. La direzione del campo magnetico coincide con l'asse dell'ago magnetico di una bussola.

Esempio: Un campo magnetico uniforme ha la stessa intensità, direzione e verso in ogni punto, con linee parallele ed equidistanti.

La permeabilità magnetica nel vuoto è una costante fondamentale che influenza l'intensità del campo magnetico. La formula del campo magnetico è B = μnI, dove μ è la permeabilità magnetica, n il numero di spire per unità di lunghezza e I la corrente.

Forza magnetica e forza di Lorentz

La forza di Lorentz è la forza esercitata su una carica elettrica in movimento quando si immerge in un campo magnetico. La sua formula generale è:

F = q(E + v × B)

Dove q è la carica, E il campo elettrico, v la velocità della carica e B il campo magnetico.

Formula: F = qvB sin θ, dove θ è l'angolo tra v e B.

Questa forza è responsabile del moto di una carica in un campo magnetico uniforme, che può seguire una traiettoria circolare o elicoidale a seconda dell'angolo tra la velocità e il campo.

Esempio: Una particella carica che entra perpendicolarmente in un campo magnetico uniforme segue una traiettoria circolare con raggio r = mv / (qB).

La forza di Lorentz è alla base di molti fenomeni e applicazioni, come il funzionamento dei motori elettrici e degli acceleratori di particelle.

Highlight: La forza di Lorentz generalizzata F = q(E + v × B) descrive l'interazione di una carica con un campo elettromagnetico, combinando gli effetti dei campi elettrici e magnetici.

Il moto elicoidale in campo magnetico si verifica quando una particella carica entra in un campo magnetico con una componente di velocità parallela al campo. Questo moto combina una rotazione attorno alle linee di campo con una traslazione lungo di esse.