Se il tuo obiettivo è sostenere un qualsiasi test di ingresso per l’università, che sia il test di medicina o per qualunque altra facoltà, allora devi sapere che uno degli argomenti che capita più spesso, è il magnetismo. Per questo ripassare concetti come la formula della Forza di Lorentz o la legge di Biot-Savart ti può essere molto utile 💯
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Nei prossimi scroll capiamo quali sono le caratteristiche della Forza di Lorentz, la sua formula e gli effetti che ha sui campi magnetici ed elettromagnetici 📱
Cos’è il magnetismo?
In fisica, il magnetismo rappresenta la caratteristica di alcuni materiali di attrarre a sé il Ferro (o altre sostanze ferromagnetiche). Possiamo definire magneti i corpi in cui si manifesta tale proprietà e non tutti i metalli sono magneticamente attivi: solo Ferro, Nichel e Cobalto ⚛️
I magneti (o più comunemente chiamati “calamite”) sono corpi in grado di attrarsi e di respingersi. Essi possiedono due poli magnetici opposti, detti “nord e sud”, i quali esercitano tra di loro:
- Una forza attrattiva se sono di diverso segno (positivo-negativo) 🧲
- Una forza repulsiva se sono dello stesso segno (positivo-positivo) ⚡️
I poli di un magnete non possono essere separati poiché ad ogni divisione si riforma il dipolo.
Per descrivere l’interazione di due corpi magnetici utilizziamo una grandezza vettoriale: il campo magnetico 📚
Infatti, un magnete crea sempre intorno a sé uno spazio (un campo magnetico appunto) rappresentato dalle linee di forza, che escono dal polo nord ed entrano nel polo sud della calamita.
Tre caratteristiche essenziali da ricordare sul campo magnetico:
- Le linee di forza sono sempre chiuse, quindi il lavoro della forza magnetica è sempre nullo ❌
- La densità delle linee di forza è direttamente proporzionale all’intensità del campo magnetico 🧲
- Il campo magnetico non è una forza conservativa 🪫
Le sostanze magneticamente attive riescono a rilevare la presenza di un campo magnetico nello spazio in cui sono immerse. La Terra, per esempio, è un gigantesco magnete e per questo l‘ago della bussola si orienta secondo le linee di forza generate dal campo magnetico terrestre e indica sempre il nord 🧭
Il vettore dell’induzione magnetica
Per vedere gli effetti che un campo magnetico può avere sulla materia circostante, allora dobbiamo parlare del vettore induzione magnetica, a volte indicato come la densità del flusso del campo magnetico 🧲
In questo caso abbiamo:
- La lettera “B” come simbolo del vettore ✍️
- Il Tesla (T) come unità di misura 📏
- La direzione come tangente alle linee di forza del campo 💪
- Il verso dal polo nord al polo sud del magnete 🧲
- Il modulo derivante dalla formula della Forza di Lorentz ⚡️
Quest’ultima gioca un ruolo fondamentale nella descrizione del comportamento delle particelle cariche in movimento all’interno di un campo magnetico.
Forza di Lorentz: formula e caratteristiche
La forza di Lorentz è la forza che agisce su una particella carica in movimento a causa di campi elettrici e magnetici. La componente magnetica della Forza di Lorentz può essere espressa dalla formula:
F = q v × B
dove:
- F è la forza di Lorentz ✍️
- q è la carica della particella ⚡️
- v è la velocità della particella 🏎
- B è il vettore dell’induzione magnetica 🧲
- × indica il prodotto vettoriale 🔢
La definizione è data da una carica q che transita in un campo magnetico con una velocità v risente di una forza magnetica (la Forza di Lorentz).
Quest’ultima è un prodotto vettoriale ed è in grado di modificare la direzione del moto di una carica che passa in un campo magnetico.
Altre caratteristiche:
- Direzione: perpendicolare ai vettori velocità e campo magnetico
- Verso: dipende dalla regola della mano destra
- Modulo: pari a |q ∗ v ∗ B ∗ senα|
In questo caso il lavoro prodotto è sempre nullo dato che l’angolo tra forza e spostamento è sempre 90° 📐
Se la carica si muove perpendicolarmente alla direzione del campo la forza è massima (sen 90° = 1).
In questo caso la carica si muove di moto circolare uniforme dove:
- La forza di Lorentz diventa la forza centripeta 💪
- Il raggio della traiettoria può essere calcolato come r = m * v (con m pari alla massa della particella) ⚛️
Invece, se la carica si muove parallelamente alla direzione del campo la forza è nulla (sen0° = 0).
Forza di Lorentz e legge di Biot-Savart
Nei tempi più recenti della fisica si è capito che il magnetismo è prodotto anche da cariche elettriche in movimento e viceversa. Infatti oggi si parla più di elettromagnetismo che di magnetismo puro 🧲
Infatti, il fisico danese Oersted scoprì che un conduttore genera un campo magnetico nello spazio circostante quando è percorso da cariche elettriche in movimento ⚡️
A proposito di ciò, oltre alla formula sulla Forza di Lorentz, ho qualche altra nozione da darti per ripassare al meglio l’argomento.
Durante i tuoi allenamenti a suon di quiz, potresti aver trovato delle domande riguardanti un campo magnetico generato da un filo e percorso di corrente. Ho indovinato?
Bene, allora, lascia che ti parli della Legge di Biot-Savart.
Essa stabilisce che l’intensità di un campo magnetico (B) è:
- Direttamente proporzionale alla corrente (i) che scorre all’interno del filo ⚡️
- Indirettamente proporzionale alla distanza (d) tra il filo e il punto in cui vogliamo calcolare il campo 📏
Per ricordarti meglio: corrente al numeratore e distanza al denominatore 😊
Infatti, la formula della Legge di Biot-Savart è:
B = (μ / 2π) * (i / r)
dove μ è la permeabilità magnetica del mezzo ed è un indice della sua passività.
Collegando la formula della Legge di Biot-Savart e della Forza di Lorentz è possibile capire:
- Come la corrente elettrica generi un campo magnetico nello spazio circostante ⚡️
- Come questo campo magnetico influenzi altre cariche elettriche in movimento nell’area, determinando la loro traiettoria e velocità a causa delle forze magnetiche ed elettriche 🧠
In molti dispositivi e tecnologie, come i motori elettrici, i generatori o gli acceleratori di particelle, l’interazione tra campi magnetici e correnti elettriche viene sfruttata.
La comprensione di come i campi magnetici sono generati e come influenzano le cariche in movimento è cruciale per il design e il funzionamento di tali dispositivi.
Ripassa glia argomenti di fisica per il test di ammissione
Bene! Siamo alla fine di questo episodio, spero ti sia stato utile per ripassare la formula della Forza di Lorentz e le nozioni principali sul magnetismo 🧠
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