La scienza delle linee del campo magnetico

Un campo magnetico circonda qualsiasi carica elettrica in movimento. Il campo magnetico è continuo e invisibile, ma la sua forza e orientamento possono essere rappresentati da linee di campo magnetico. Idealmente, le linee del campo magnetico o le linee del flusso magnetico mostrano la forza e l'orientamento di un campo magnetico. La rappresentazione è utile perché offre alle persone un modo per visualizzare una forza invisibile e perché le leggi matematiche della fisica si adattano facilmente al "numero" o alla densità delle linee di campo.

• Le linee del campo magnetico sono una rappresentazione visiva delle linee di forza invisibili in un campo magnetico.
• Per convenzione, le linee tracciano la forza dal polo nord a sud di un magnete.
• La distanza tra le linee indica la forza relativa del campo magnetico. Più le linee sono vicine, più forte è il campo magnetico.
• Le limature di ferro e una bussola possono essere utilizzate per tracciare la forma, la forza e la direzione delle linee del campo magnetico.

Un campo magnetico è un vettore, il che significa che ha magnitudine e direzione. Se la corrente elettrica scorre in linea retta, la regola della mano destra mostra la direzione in cui le linee del campo magnetico invisibile scorrono attorno a un filo. Se immagini di afferrare il filo con la mano destra con il pollice puntato nella direzione della corrente, il campo magnetico si sposta nella direzione delle dita attorno al filo. Ma cosa succede se non si conosce la direzione della corrente o si desidera semplicemente visualizzare un campo magnetico?

Come vedere un campo magnetico

Come l'aria, un campo magnetico è invisibile. Puoi visualizzare il vento indirettamente lanciando piccoli pezzi di carta in aria. Allo stesso modo, posizionare frammenti di materiale magnetico in un campo magnetico consente di tracciare il suo percorso. I metodi semplici includono:

Usa una bussola

Un gruppo di bussole può mostrare le direzioni delle linee del campo magnetico. Maciej Frolow / Getty Images

Agitando una singola bussola attorno a un campo magnetico mostra la direzione delle linee del campo. Per mappare effettivamente il campo magnetico, posizionare molte bussole indica la direzione del campo magnetico in qualsiasi punto. Per disegnare linee di campo magnetico, collega i "punti" della bussola. Il vantaggio di questo metodo è che mostra la direzione delle linee del campo magnetico. Lo svantaggio è che non indica l'intensità del campo magnetico.

Utilizzare limature di ferro o sabbia di magnetite

Il ferro è ferromagnetico. Ciò significa che si allinea lungo le linee del campo magnetico, formando minuscoli magneti con poli nord e sud. Minuscoli pezzi di ferro, come la limatura di ferro, si allineano per formare una mappa dettagliata delle linee di campo perché il polo nord di un pezzo si orienta per respingere il polo nord di un altro pezzo e attirare il suo polo sud. Ma non puoi semplicemente cospargere le limature su un magnete perché sono attratte da esso e si attaccheranno ad esso piuttosto che tracciare il campo magnetico.

Per risolvere questo problema, la limatura di ferro viene spruzzata su carta o plastica su un campo magnetico. Una tecnica utilizzata per disperdere le limature è quella di cospargerle sulla superficie da un'altezza di pochi pollici. È possibile aggiungere più limatura per rendere più chiare le linee di campo, ma solo fino a un certo punto.

Le alternative alla limatura di ferro includono pellet BB in acciaio, limatura di ferro stagnato (che non arrugginisce), piccole graffette, graffette o sabbia di magnetite. Il vantaggio dell'uso di particelle di ferro, acciaio o magnetite è che le particelle formano una mappa dettagliata delle linee del campo magnetico. La mappa fornisce anche un'indicazione approssimativa dell'intensità del campo magnetico. Linee spesse e ravvicinate si verificano dove il campo è più forte, mentre linee sparse ampiamente separate mostrano dove è più debole. Lo svantaggio dell'utilizzo della limatura di ferro è che non vi è alcuna indicazione dell'orientamento del campo magnetico. Il modo più semplice per ovviare a questo è usare una bussola insieme alla limatura di ferro per mappare sia l'orientamento che la direzione.

Prova il film magnetico

La pellicola di visualizzazione magnetica è una plastica flessibile contenente bolle di fluido allacciate con piccole aste magnetiche. I film appaiono più scuri o più chiari a seconda dell'orientamento delle aste in un campo magnetico. La pellicola di visualizzazione magnetica funziona meglio mappando la geometria magnetica complessa, come quella prodotta da un magnete da frigorifero piatto.

Linee di campo magnetico naturale

Le linee nell'aurora seguono le linee del campo magnetico terrestre. Oscar Bjarnason / Getty Images

Le linee del campo magnetico appaiono anche in natura. Durante un'eclissi solare totale, le linee nella corona tracciano il campo magnetico del Sole. Di nuovo sulla Terra, le linee di un'aurora indicano il percorso del campo magnetico del pianeta. In entrambi i casi, le linee visibili sono flussi luminosi di particelle cariche.

Regole della linea del campo magnetico

Utilizzando le linee del campo magnetico per costruire una mappa, alcune regole diventano evidenti:

1. Le linee del campo magnetico non si incrociano mai.
2. Le linee del campo magnetico sono continue. Formano anelli chiusi che continuano fino in fondo attraverso un materiale magnetico.
3. Le linee del campo magnetico si raggruppano dove il campo magnetico è più forte. In altre parole, la densità delle linee di campo indica l'intensità del campo magnetico. Se le linee di campo attorno a un magnete sono mappate, il suo campo magnetico più forte si trova su entrambi i poli.
4. A meno che il campo magnetico non sia mappato usando una bussola, la direzione del campo magnetico potrebbe non essere nota. Per convenzione, la direzione è indicata disegnando punte di freccia lungo le linee del campo magnetico. In qualsiasi campo magnetico, le linee scorrono sempre dal polo nord al polo sud. I nomi "nord" e "sud" sono storici e potrebbero non influire sull'orientamento geografico del campo magnetico

fonte

• Durney, Carl H. e Curtis C. Johnson (1969). Introduzione all'elettromagnetismo moderno. McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
• Griffiths, David J. (2017). Introduzione all'elettrodinamica (4a ed.). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
• Newton, Henry Black e Harvey N. Davis (1913). Fisica pratica. The MacMillan Co., USA.
• Tipler, Paul (2004). Fisica per scienziati e ingegneri: elettricità, magnetismo, luce e fisica elementare moderna (5 ° ed.). W. H. Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.