mercoledì 25 aprile 2018

FORZA MAGNETICA SU UNA CORRENTE

Consideriamo un filo rettilineo di lunghezza L percorso da corrente i immerso in un campo magnetico B. La corrente è formata da cariche che si muovono con velocità v e quindi risentono della forza di Lorentz.
Dunque una corrente in presenza di un campo magnetico risente di una forza magnetica.
Il valore della forza si ottiene considerando la carica:
 tenendo conto dei vettori e che la forza di Lorentz è data da 

siottiene:
dove iL si pensa come vettore avente la direzione e il verso della corrente e intensità iL . 
Con la solita regola della mano destra, dal verso positivo di F si vede il vettore iL ruotare avvicinandosi a B nel verso antiorario. Se un filo percorso da corrente viene inserito tra due poli magnetici viene spinto fuori trasversalmente.(vedi video sotto)



Una conseguenza di quanto visto è che anche due correnti interagiscono tra loro. Consideriamo due fili rettilinei di lunghezza L percorsi rispettivamente di una corrente i1 e i2 e posti paralleli ad una distanza d. (vedi figura)


Se le correnti hanno lo stesso verso, la corrente i1 genera un campo magnetico B1 con linee di forza circolari. Il campo B1 risulta entrante sulla corrente i2. Per quanto visto la corrente i2 risente di una forza :

e per la terza legge della dinamica la corrente i1 risente di una forza uguale e contraria. Le forze sono attrattive quando le correnti hanno lo stesso verso e repulsive quando le correnti sono opposte. 
 Vedi il video sotto:

  PROBLEMI:


giovedì 19 aprile 2018

ESPERIMENTO DI OERSTED 1820



Esiste una relazione tra il campo elettrico e campo magnetico?

Orsted esegue un esperimento che dimostra una relazione tra una CORRENTE e MAGNETE.
Nelle vicinanze di un filo percorso da corrente un ago magnetico ruota fino a disporsi perpendicolare al filo.


dall'esperimento si deduce che una corrente genera un campo magnetico.
L’effetto di una corrente su un magnete NON È RAPPRESENTATO DA UNA FORZA CHE AGISCE SECONDO LA CONGIUNGENTE i due elementi (corrente – magnete), ma da una coppia di forze che, agendo sui poli dell’ago, tende a ruotarlo rispetto al filo senza avvicinarlo a esso.
Da ciò si capisce che le linee del campo magnetico magnetico generato dal filo sono circonferenze aventi il centro sul filo e giacenti su piani ortogonali al filo stesso con verso antiorario se visto dal verso positivo della corrente.

spettro del campo magnetico generato dalla corrente

 Il valore del campo B ad una distanza r dal filo è:
 cioè direttamente proporzionale alla corrente e inversamente proporzionale alla distanza dal filo .

importanza storica dell'esperimento di Oersted

FUNZIONAMENTO DEL CICLOTRONE

Esso consiste di una cavità metallica cilindrica piatta divisa in due metà D1 e D2, posta in un campo magnetico uniforme B, parallello all'asse. 

Le due cavità sono isolate e sono connesse ai poli di un generatore che fornisce una tensione ALTERNATA del tipo V=Vo cos(wt). 

Quando la particella attraversa la regione tra le due D in cui c'è campo elettrico VIENE ACCELERATA CON ACCELERAZIONE a= qE/m e aumenta la sua velocità, entra nel campo magnetico e compie una traiettoria semicircolare. Nel frattempo la polarità tra i due conduttori si è invertita e la carica si trova di nuovo attratta dalla polarità di segno opposto.
 
il raggio della traiettoria è data da : R=vm/qB. e quindi R/v=m/qB è costante.
Il periodo della carica  è : 

rimane costante. La carica impiega sempre lo stesso tempo per percorrerre la sua traiettoia semi circolare. Basterà quindi fissare una frequenza del generatore uguale a quella della particella .


ESPERIMENTO DI THOMSON: SCOPERTA DEGLI ELETTRONI


1884 : Edison scopre l’effetto termoelettronico. Un filo metallico incandescente è capace di emettere dei particolari raggi detti "RAGGI CATODICI” perchè emessi dal catodo che è l'elettrodo negativo.

Dal 1880 al 1896: J.J. Thomson studia la natura dei raggi catodici e scopre che sono particelle cariche perché deviate da un campo elettrico. Usando il campo magnetico dimostra che sono cariche negative.
Thomson 1896
Nel suo celebre esperimento del 1896 determina il rapporto carica massa di queste particelle che chiama ELETTRONI. Il rapporto carica massa identificano le particelle. Nel 1905 Millikan determina il valore della carica elementare e ritrova lo stesso rapporto carica massa. Quindi si dimostrò che i portatori di carica sono gli elettroni.



ESPERIMENTO:

Le particelle entrano con velocità v0 in campo elettrico ortogonale E (condensatore piano).
Subiscono una deflessione d misurabile sullo schermo.
 
Si ricava il tempo t=L/v0 e si sostituisce :

Da questa si può ricavare il rapporto carica massa:
dove manca solo il valore della velocità iniziale v0.
Per determinare v0 sovrappone al campo elettrico E un campo magnetico B le cui linee di forza sono perpendicolari a quelle del campo elettrico e alla direzione del fascio.
Le particelle subiscono la forza di Lorentz diretta nella stessa direzione del campo E ma in verso opposto.
Si regola  il campo B fino a quando la deflessione ritorna a zero. La condizione di equilibrio è:



http://www.esperimentifisica.cloud/Thomson/Thomson.html
applet : clicca qui

mercoledì 11 aprile 2018

IL MAGNETISMO


Il magnetismo è caratterizzato da due tipi di forza diversa: REPULSIVA e ATTRATTIVA
Ogni magnete è caratterizzato da una estremità detta POLO NORD e da una detta POLO SUD. 
Poli magnetici diversi si attirano mentre i poli dello stesso tipo si respingono. 

Anche il pianeta Terra è un "grande " magnete come scoprì Gilbert nel 1600. Per definizione il polo nord del magnete è quello che, se libero di ruotare si orienta verso il polo nord geografico (che è, in realtà un polo sud magnetico anche se chiamato erroneamente "polo nord geomagnetico").
Inoltre  il polo magnetico terrestre non coincide perfettamente con il polo geografico ma è spostato di circa 11° rispetto all'asse dei rotazione della Terra. La posizione dei poli magnetici terrestri non è sempre stata la stessa. Periodicamente si verifica un'inversione della polarità magnetica come dimostrato dallo studio delle rocce. (per saperne di più del MAGNETISMO TERRESTRE clicca qui)
Una manifestazione del magnetismo terrestre sono le aurore boreali generate dalle particelle cariche del vento solare
catturate dal campo magnetico più inteso presente ai poli.(clicca qui)


I poli del magnetici sono indivisibili: se spezziamo in due parti il magneti otteniamo due magneti con tutti e due poli magnetici.

Questa è una importante differenza con il campo elettrico .
Quando un magnete risente di una forza diciamo che siamo in presenza di un CAMPO MAGNETICO. Il campo magnetico si può rappresentare con le linee di forza. Sperimentalmente si possono evidenziare le linee di forza del campo magnetico generato da un magnete ponendo della limatura di ferro su un cartoncino posto sopra. La limatura si comporta come un insieme di aghi magnetici che in presenza del campo si orientano lungo le linee di forza.
Le linee del campo magnetico sono sempre linee chiuse e escono dal polo Nord ed entrano nel polo Sud . 
La magnetizzazione può avvenire per strofinio, per contatto e per induzione.

Si possono magnetizzare oggetti di ferro, acciaio, nichel e loro derivati. Con il riscaldamento a temperatura elevata i corpi magnetizzati perdono il proprio potere magnetico.
Esiste una relazione tra Elettricità e magnetismo ? 
I navigatori del 1500 si erano accorti che le bussole impazzivano durante i temporali quando vicino cadevano i fulmini.
https://phet.colorado.edu/it/simulation/legacy/magnet-and-compass
applet: simula il campo magnetico generato dal magnete o dalla Terra

mercoledì 4 aprile 2018

IL BARICENTRO

Il BARICENTRO (centro di massa) di un corpo solido (esteso) è il punto di applicazione della forza peso.

Il corpo si comporta come se tutta la sua massa fosse concentrata nel  baricentro

Se il corpo è omogeneo, il suo baricentro coincide con un suo eventuale centro di simmetria.


Il corpo rimane in equilibrio se si appende con un filo che passa per il baricentro .
Per trovare il baricentro si possono quindi applicare le condizioni di equilibrio:


Per determinare la posizione del baricentro si appende il corpo in un punto e si segna l'asse verticale passante per il punto quando il corpo è in equilibrio. Si ripete il procedimento scegliendo un punto diverso. Il baricentro si trova nell'intersezione degli assi segnati. (vedi video e figura sotto)

Seguono alcuni esperimenti:




Se il punto di sospensione del corpo è sopra al CM l'equilibrio del corpo si dice STABILE perchè se si sposta rispetto alla posizione di equilibrio, il corpo tende a ritornare in quella posizione.
Se il punto di sospensione è sotto CM l'equilibrio del corpo si dice INSTABILE. Infatti basta un piccolo spostamento dalla posizione di equilibrio e il corpo tende a ruotare. L'equilibrio è INDIFFERENTE se il punto di sospensione coincide con il CM.
video di esperimenti sul baricentro della trasmissione Geo Scienza della Rai: CLICCA QUI

LE LEVE

Le leve sono le più semplici macchine meccaniche caratterizzate da  un'asta rigida capace di ruotare intorno ad un punto detto FULCRO.
Sulla leva agiscono due forze:
1) FORZA RESISTENTE FR
2) FORZA MOTRICE FM: forza che bisogna applicare per vincere la forza resistente .

Esempio: (vedi figura sotto)
forza resistente= peso da sollevare
forza motrice= forza esercitata dall'uomo
 bR e bsono rispettivamente il braccio della forza resistente e della forza motrice.
Il sistema è in EQUILIBRIO se il momento della forza resistente è uguale e opposto al momento della forza motrice. Quindi:
CONDIZIONE DI EQUILIBRIO DELLA LEVA:
ossia:
LEVA VANTAGGIOSA se  FM < F(solo se bM>bR)
LEVA SVATAGGIOSA se FM > F(solo se bM<bR)
LEVA INDIFFERENTE se FM = FR (solo se bM=bR)

In base alla posizione del fulcro rispetto al punto di applicazione delle due forze, le leve si possono classificare in:
LEVE DEL PRIMO GENERE : 
Il fulcro si trova tra le due forze
 possono essere vantaggiose, svantaggiose o indifferenti .
esempi: forbici, altalena

LEVE DEL SECONDO GENERE:
La forza resistente si trova tra il fulcro e il punto di applicazione della forza motrice.
sono sempre vantaggiose perchè: bM>bR
esempi: cavatappi, cariola 

LEVE DEL TERZO GENERE
La forza motrice si trova tra il fulcro e la forza resistente.
sono sempre svataggiose perchè bM<bR.
Esempio: pinzetta , avambraccio