Campo magnetico

Il campo magnetico è l'area attorno ad un magnete in cui è presente la forza magnetica. Le cariche elettriche in movimento possono creare campi magnetici. I campi magnetici sono solitamente visibili dalle linee di flusso magnetico. In ogni momento la direzione del campo magnetico è indicata dalla direzione delle linee di flusso magnetico. La forza di un magnete ha a che fare con gli spazi tra le linee di flusso magnetico. Più le linee di flusso sono vicine l'una all'altra, più forte è il magnete. Più sono lontane, più sono deboli. Le linee di flusso possono essere viste mettendo limatura di ferro sopra un magnete. Le limature di ferro si muovono e si dispongono nelle linee. I campi magnetici danno potere alle altre particelle che toccano il campo magnetico.

In fisica, il campo magnetico è un campo che passa attraverso lo spazio e che fa muovere le cariche elettriche e i dipoli magnetici da una forza magnetica. I campi magnetici si trovano intorno a correnti elettriche, dipoli magnetici e campi elettrici variabili.

Quando sono posizionati in un campo magnetico, i dipoli magnetici sono in una linea con i loro assi paralleli alle linee di campo, come si può vedere quando le limature di ferro sono in presenza di un magnete. Anche i campi magnetici hanno la loro energia e la loro quantità di moto, con una densità di energia proporzionale al quadrato dell'intensità del campo. Il campo magnetico si misura in unità di tesla (unità SI) o di gauss (unità cgs).

Ci sono alcuni tipi notevoli di campi magnetici. Per la fisica dei materiali magnetici, vedi magnetismo e magnetismo, e più specificamente il diamagnetismo. Per i campi magnetici prodotti dal cambiamento dei campi elettrici, vedi elettromagnetismo.

Il campo elettrico e il campo magnetico sono componenti del campo elettromagnetico.

La legge dell'elettromagnetismo è stata fondata da Michael Faraday.

Campo H

I fisici possono dire che la forza e le coppie tra due magneti sono causate da poli magnetici che si respingono o si attraggono a vicenda. Questo è come la forza di Coulomb che respinge le stesse cariche elettriche o attrae cariche elettriche opposte. In questo modello, un campo magnetico H è prodotto da cariche magnetiche che vengono "spalmate" attorno ad ogni polo. Quindi, il campo H è come il campo elettrico E che inizia con una carica elettrica positiva e finisce con una carica elettrica negativa. Vicino al polo nord, tutte le linee del campo H puntano lontano dal polo nord (sia all'interno del magnete che all'esterno) mentre vicino al polo sud (sia all'interno del magnete che all'esterno) tutte le linee del campo H puntano verso il polo sud. Un polo nord, quindi, percepisce una forza in direzione del campo H, mentre la forza sul polo sud è opposta al campo H.

Nel modello a polo magnetico, il dipolo magnetico elementare m è formato da due poli magnetici opposti di forza polare qm separati da una distanza d molto piccola, tale che m = qm d.

Purtroppo, i poli magnetici non possono esistere separatamente l'uno dall'altro. Tutti i magneti hanno coppie nord/sud che non possono essere separate senza creare due magneti con una coppia nord/sud ciascuno. Inoltre, i poli magnetici non tengono conto del magnetismo prodotto dalle correnti elettriche né della forza che un campo magnetico applica alle cariche elettriche in movimento.

Il modello a poli magnetici : due poli opposti, Nord (+) e Sud (-), separati da una distanza d producono un campo H (linee).
Il modello a poli magnetici : due poli opposti, Nord (+) e Sud (-), separati da una distanza d producono un campo H (linee).

Campo H e materiali magnetici

Il campo H è definito come:

H ≡ B μ 0 - M , {\an8}}displaystyle \displaystyle \mathbf {H # Equivale a frac mathbf... # Mmm... Mathbf... ,} {\displaystyle \mathbf {H} \ \equiv \ {\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} ,}(definizione di H in unità SI)

Con questa definizione, la legge di Ampere diventa:

∮ H ⋅ d ℓ = ∮ ( B μ 0 - M ) ⋅ d ℓ = I t o t - I b = I f {\i} stile di visualizzazione {\i} # Cdot dboldsymbol # # doboldsymbol # # dbboldsymbol # # dboldsymbol # # dboldsymbol # I__Mathrm {\an8}I_Mathrm{\an8} }}=I___mathrm {\a6}}}=I___mathrm{\a6} }} {\displaystyle \oint \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=\oint \left({\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {\ell }}=I_{\mathrm {tot} }-I_{\mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }}

dove If rappresenta la 'corrente libera' racchiusa dall'anello in modo che l'integrale di linea di H non dipenda affatto dalle correnti vincolate. Per l'equivalente differenziale di questa equazione vedere le equazioni di Maxwell. La legge di Ampere porta alla condizione limite:

H 1 , - H 2 , = K f , {\an8}(*displaystyle H_{1,\x22parallelo \x22H_{2,\x22parallelo \x22mathbf\x40},\x22 {\displaystyle H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},}

dove Kf è la densità di corrente libera dalla superficie.

Allo stesso modo, un integrale di superficie di H su qualsiasi superficie chiusa è indipendente dalle correnti libere e capta le "cariche magnetiche" all'interno di quella superficie chiusa:

S μ 0 H ⋅ d A = S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) ) = q M , {\fscx130\fscy130\frx40}mmathbf {H}}S μ 0 H ⋅ d A = ∮ S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) ) = q M , {\fscx130\fscy130\frx40} q M \cdot \code(0155)\code(0155)\code(0155) \mathbf {A}{S}(\an8}(\an8}(*Mathbf {B) -mu _{0}}mathbf {M) )\an8}(*cdot \an8}{\an8} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},} {\displaystyle \oint _{S}\mu _{0}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\oint _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},}

che non dipende dalle correnti libere.

Il campo H, quindi, può essere separato in due parti indipendenti:

H = H = H 0 + H d , {\a6} {\a6} = \a6} = \a6} H = H 0 + H d , {\a6} {\a6} {\an8}{0}+mathbf {H} _{d},\,} {\displaystyle \mathbf {H} =\mathbf {H} _{0}+\mathbf {H} _{d},\,}

dove H0 è il campo magnetico applicato dovuto solo alle correnti libere e Hd è il campo smagnetizzante dovuto solo alle correnti vincolate.

Il campo magnetico H, quindi, rifattura la corrente legata in termini di "cariche magnetiche". Le linee del campo H si avvolgono solo intorno alla "corrente libera" e, a differenza del campo magnetico B, inizia e finisce anche in prossimità dei poli magnetici.

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