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Campo magnetico

Se vengono rilevate forze magnetiche, la causa è da ricercarsi nel cosiddetto campo magnetico. Poiché è a noi invisibile, bisogna sapere che è modellato o meglio descritto da linee di campo. Come un linguaggio, le linee di campo dicono qualcosa sul campo magnetico: se le linee sono più vicine tra loro, ad esempio, il campo magnetico è particolarmente forte. Le linee del campo hanno anche una direzione, simboleggiata da frecce. In questo modo saprete dove si trovano il Polo Nord e il Polo Sud: le linee di campo all'esterno del magnete vanno sempre dal Polo Sud al Polo Nord e sono sempre perpendicolari al materiale.

Come funziona un campo magnetico

Le forze di un magnete si attivano proprio grazie ad un campo magnetico. Se cospargete di polvere di ferro un foglio di carta e avvicini ad esso un magnete, noterete come la polvere di ferro andrà ad allinearsi lungo il campo magnetico, formando strutture che sono direttamente comparabili con le linee di campo. Oltre al linguaggio di modellazione delle linee di campo, vi sono diverse grandezze fisiche, che descrivono le proprietà dei magneti:

  • Una è l'energia elettromagnetica. L'intensità del campo è descritta dall'intensità del campo magnetico, analoga all'intensità del campo elettrico.
  • L'energia magnetica a sua volta può essere descritta dal prodotto energetico. L'intensità del campo magnetico fluisce esattamente nella formula di questo prodotto energetico. Di conseguenza, un magnete con un'intensità di campo pari al doppio esercita una forza quattro volte maggiore.

Quello del campo magnetico è un argomento particolarmente importante, soprattutto in ambiti come l’ingegneria elettrica, dove si ha a che fare con le cariche in movimento che possono generare energia elettrica, attraverso il loro movimento. Un semplice filo conduttore attraverso il quale scorre della corrente, è esso stesso, dato da un campo magnetico. Come puro campo di dipolo, non ci sono poli magnetici individuali nei campi magnetici. Questo è chiaro dal momento in cui le linee di campo hanno sempre una direzione: partendo da un magnete, esse corrono lungo un determinato percorso per poi ricongiungersi al magnete. Ma non si fermano lì. Le linee di campo continuano poi attraversando il magnete stesso. Al di fuori del magnete, le linee di campo puntano sempre dal polo sud al polo nord, mentre all'interno del magnete, dal polo nord al polo sud.

Come si genera un campo magnetico?

Esistono due possibilità per farlo:

  • Campo magnetico omogeneo: questo lo possiamo trovare, ad esempio, all'interno di un magnete a ferro di cavallo. Qui il campo magnetico è generato da correnti elettriche. Sono entrambi ugualmente forti e ugualmente diretti.
  • Campo magnetico disomogeneo: se le linee del campo non sono parallele, si parla di un campo magnetico irregolare. Questi possono essere trovati, ad esempio, nei magneti a cilindro.
  • Descriviamo un campo magnetico

In elettrodinamica, le cosiddette equazioni di Maxwell sono usate per descrivere matematicamente il campo magnetico. Queste infatti Indicano la direzione delle linee del campo magnetico e dicono qualcosa sulla densità delle linee di campo. Le equazioni di Maxwell sono usate per calcolare quale direzione ha una forza magnetica e quanto è forte. I campi magnetici non hanno fonti e pozzi - al contrario, le cariche elettriche hanno una fonte. Questa descrizione è sostanzialmente sinonimo della descrizione di campo dipolo. Un campo magnetico è inoltre definito come campo di vortice, poiché alcuni materiali, campi elettrici e correnti elettriche generano vortici magnetici.

Fedele al principio di sovrapposizione, le intensità di campo si sommano quando si sovrappongono molti piccoli magneti. Ne consegue che un certo orientamento dei tanti magneti elementari portano ad una magnetizzazione misurabile. Tuttavia, una disposizione arbitraria dei magneti elementari provoca un campo magnetico che non può essere misurato dall'esterno.

Calcolare i campi magnetici

In fisica, il campo magnetico è espresso in ampere per metro ed è designato con la lettera H - non con la lettera B, che a sua volta descrive la densità del flusso magnetico e viene misurata in unità di Gauss o Tesla. La seguente relazione si applica al campo magnetico:

magnetfeld µ indica la permeabilità magnetica di un materiale che viene riempito dal campo magnetico. Se, ad esempio, una bobina che trasporta corrente ha un certo campo magnetico, questo è amplificato dall'uso di un certo materiale con la permeabilità magnetica µ di questo fattore:
  • µ è circa uno per l'aria.
  • Il valore del ferro può raggiungere migliaia.
  • μ0 d'altra parte, indica la permeabilità magnetica del vuoto.

L'amplificazione di un campo magnetico da parte di un materiale ferromagnetico può essere spiegata in quanto i singoli magneti elementari si allineano al campo magnetico e generano anche un campo magnetico rettificato dopo l'allineamento. La dipendenza quadratica tra la forza del campo magnetico e la forza magnetica spiegata all'inizio deriva dalla magnetizzazione e dall'attrazione. Ad esempio, se un pezzo di ferro è stato magnetizzato da un magnete che è due volte più forte di un altro magnete, il ferro è magnetizzato da un lato due volte, ma dall'altro è anche attratto due volte dal magnete. Ciò significa che l'energia magnetica nel suo insieme è quattro volte maggiore quando il magnete è due volte più forte.

Come viene protetto un campo magnetico?

La schermatura o protezione di un campo magnetico è possibile solo in misura limitata. Tuttavia, il reindirizzamento è possibile. I materiali facili da magnetizzare sono adatti a questo, ad esempio:

  • Ferro
  • Rame

Tuttavia, le sostanze che non hanno alcun effetto magnetico non funzionano.