Campi magnetici dalle correnti
Una carica elettrica in moto crea un campo magnetico intorno, quindi ogni filo percorso da corrente è circondato da linee magnetiche circolari. Piegando il filo in una bobina, i campi di ogni spira si sommano dentro in un campo forte e uniforme lungo l'asse. Più spire o più corrente, più campo dentro.
La formula
B = μ₀ · N · I / L
- B — campo magnetico (T): l'intensità del campo dentro la bobina
- μ₀ — permeabilità del vuoto (T·m/A): una costante fissa che stabilisce quanto una corrente produce campo
- N — numero di spire (turns): quanti giri di filo compongono la bobina
- I — corrente (A): quanta carica attraversa il filo ogni secondo
- L — lunghezza (m): la lunghezza della bobina su cui sono avvolte le spire
Esempio risolto
Una bobina (solenoide) ha 500 spire su una lunghezza di 0.5 metri, con corrente di 2 ampere. Qual è il campo dentro?
- N = 500 spire
- I = 2 A
- L = 0.5 m
- B = μ₀ · N · I / L
- B = (4π × 10⁻⁷ T·m/A) · 500 · 2 A / 0.5 m
B = 8π × 10⁻⁴ T
Mettiti alla prova
Il solenoide ha ora 1000 spire invece di 500, con la stessa corrente e lunghezza. Cosa succede al campo interno?
- Risposta corretta: Raddoppia a 16π × 10⁻⁴ T
- Si dimezza a 4π × 10⁻⁴ T
- Resta a 8π × 10⁻⁴ T
Giusto! B è proporzionale a N, quindi raddoppiare le spire raddoppia il campo: 4π×10⁻⁷ × 1000 × 2 A / 0.5 m = 16π × 10⁻⁴ T.
Intorno a un filo rettilineo con corrente, senza bobina, che forma hanno le linee del campo magnetico?
- Un campo uniforme come in una bobina
- Linee rette lungo il filo
- Risposta corretta: Circonferenze avvolte attorno al filo
Esatto — un filo rettilineo è circondato da anelli magnetici circolari, secondo la regola della mano destra.
Dove lo vedi
Una gru in un rottamaio cala una bobina di filo, accende la corrente e solleva un'auto — spegni la corrente e l'auto cade. Niente magnetismo senza corrente, magnetismo pieno a comando: campanelli, scanner per la risonanza magnetica e gru da rottamazione sono tutti lo stesso dispositivo, un solenoide il cui campo si comanda con un interruttore.
Errori comuni
Primo, la forma del campo: intorno a un filo dritto le linee di campo formano cerchi avvolti attorno al filo — non linee rette, non un campo uniforme; il campo forte e uniforme compare solo dentro una bobina. Secondo, il modo in cui scala: B = μ₀ · N · I / L cresce con le spire e con la corrente, quindi passare da 500 a 1000 spire a pari corrente raddoppia esattamente il campo interno. È la corrente a fare il campo — un nucleo di ferro si limita a concentrarlo.
Come si collega
Questo è il perno del modulo di elettromagnetismo, il passaggio dall'elettricità al magnetismo: la legge di Coulomb e la capacità parlavano di cariche in quiete, e qui la carica in moto — la corrente — fa nascere un campo attorno a sé. La forza di Lorentz, la prossima lezione, chiude il cerchio: quei campi rispingono qualsiasi altra carica in moto che vi capita dentro.