Una forma speciale dell'esistenza della materia: il campo magnetico terrestre ha contribuito all'origine e alla conservazione della vita. Frammenti di questo campo, pezzi di minerale, ferro attrattore, condotto elettricità al servizio dell'umanità. Senza elettricità, la sopravvivenza sarebbe impensabile.
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Cosa sono le linee di induzione magnetica
Il campo magnetico è determinato dalla forza in ogni punto del suo spazio. Le curve che uniscono punti di campo di uguale intensità sono chiamate linee di induzione magnetica. L'intensità del campo magnetico in un punto particolare è una caratteristica di potenza e per valutarla viene utilizzato il vettore del campo magnetico B. La sua direzione in un punto particolare della linea di induzione magnetica avviene tangenzialmente ad essa.
Se un punto nello spazio è influenzato da più campi magnetici, l'intensità è determinata sommando i vettori di induzione magnetica di ciascun campo magnetico agente. In questo caso, l'intensità in un punto particolare è sommata in valore assoluto e il vettore di induzione magnetica è definito come la somma dei vettori di tutti i campi magnetici.
Nonostante il fatto che le linee di induzione magnetica siano invisibili, hanno alcune proprietà:
- È generalmente accettato che le linee del campo magnetico escano dal polo (N) e tornino da (S).
- La direzione del vettore di induzione magnetica è tangente alla retta.
- Nonostante la forma complessa, le curve non si intersecano e necessariamente si chiudono.
- Il campo magnetico all'interno del magnete è uniforme e la densità della linea è massima.
- Solo una linea di induzione magnetica passa attraverso il punto di campo.
La direzione delle linee di induzione magnetica all'interno di un magnete permanente
Storicamente, in molti luoghi della Terra, si è da tempo notata la qualità naturale di alcune pietre per attrarre prodotti in ferro. Nel corso del tempo, nell'antica Cina, le frecce scolpite in un certo modo da pezzi di minerale di ferro (minerale di ferro magnetico) si sono trasformate in bussole, mostrando la direzione dei poli nord e sud della Terra e consentendo di navigare nel terreno.
Gli studi su questo fenomeno naturale hanno determinato che una proprietà magnetica più forte dura più a lungo nelle leghe di ferro. I magneti naturali più deboli sono minerali contenenti nichel o cobalto. Durante lo studio dell'elettricità, gli scienziati hanno imparato come ottenere prodotti magnetizzati artificialmente da leghe contenenti ferro, nichel o cobalto.Per fare ciò, sono stati introdotti in un campo magnetico creato da corrente elettrica continua e, se necessario, smagnetizzati da corrente alternata.
I prodotti magnetizzati in condizioni naturali o ottenuti artificialmente hanno due poli diversi: i luoghi in cui il magnetismo è più concentrato. I magneti interagiscono tra loro per mezzo di un campo magnetico in modo che i poli simili si respingono e i poli dissimili si attraggano. Questo genera coppie per il loro orientamento nello spazio di campi più forti, come il campo terrestre.
Una rappresentazione visiva dell'interazione di elementi debolmente magnetizzati e un forte magnete offre l'esperienza classica con la limatura di acciaio sparsi su cartone e un magnete piatto sottostante. Soprattutto se la segatura è oblunga, si vede chiaramente come si allineano lungo le linee del campo magnetico. Modificando la posizione del magnete sotto il cartone, si osserva un cambiamento nella configurazione della loro immagine. L'uso delle bussole in questo esperimento migliora ulteriormente l'effetto della comprensione della struttura del campo magnetico.
Una delle qualità delle linee di forza magnetiche, scoperta da M. Faraday, suggerisce che siano chiuse e continue. Le linee che escono dal polo nord di un magnete permanente entrano nel polo sud. Tuttavia, all'interno del magnete non si aprono ed entrano dal polo sud a nord. Il numero di linee all'interno del prodotto è massimo, il campo magnetico è uniforme e l'induzione può indebolirsi quando smagnetizzata.
Determinazione della direzione del vettore di induzione magnetica utilizzando la regola del succhiello
All'inizio del 19° secolo, gli scienziati hanno scoperto che un campo magnetico viene creato attorno a un conduttore con corrente che lo attraversa. Le linee di forza risultanti si comportano secondo le stesse regole di un magnete naturale.Inoltre, l'interazione del campo elettrico di un conduttore con la corrente e il campo magnetico è servita come base della dinamica elettromagnetica.
Comprendere l'orientamento nello spazio delle forze nei campi interagenti ci permette di calcolare i vettori assiali:
- induzione magnetica;
- L'intensità e la direzione della corrente di induzione;
- Velocità angolare.
Tale comprensione è stata formulata nella regola del succhiello.
Combinando il movimento traslatorio del succhiello destro con la direzione della corrente nel conduttore, otteniamo la direzione delle linee del campo magnetico, che è indicata dalla rotazione della maniglia.
Non essendo una legge della fisica, la regola del gimlet in ingegneria elettrica viene utilizzata per determinare non solo la direzione delle linee del campo magnetico in base al vettore di corrente nel conduttore, ma anche viceversa, determinando la direzione della corrente nei fili del solenoide a causa della rotazione delle linee di induzione magnetica.
La comprensione di questa relazione ha permesso ad Ampère di sostanziare la legge dei campi rotanti, che ha portato alla creazione di motori elettrici di vari principi. Tutte le apparecchiature retrattili che utilizzano induttori seguono la regola del succhiello.
Regola della mano destra
Determinare la direzione di una corrente che si muove in un campo magnetico di un conduttore (un lato di un circuito chiuso di conduttori) dimostra chiaramente la regola della mano destra.
Dice che il palmo destro, rivolto al polo N (le linee di campo entrano nel palmo), e il pollice deviato di 90 gradi mostra la direzione del movimento del conduttore, quindi in un circuito chiuso (bobina) il campo magnetico induce una corrente elettrica , il vettore di movimento su cui puntano quattro dita.
Questa regola dimostra come apparivano originariamente i generatori CC. Una certa forza della natura (acqua, vento) ha fatto ruotare un circuito chiuso di conduttori in un campo magnetico, generando elettricità. Quindi i motori, dopo aver ricevuto una corrente elettrica in un campo magnetico costante, l'hanno convertita in un movimento meccanico.
La regola della mano destra vale anche per gli induttori. Il movimento del nucleo magnetico al loro interno porta alla comparsa di correnti di induzione.
Se le quattro dita della mano destra sono allineate con la direzione della corrente nei giri della bobina, il pollice deviato di 90 gradi punterà al polo nord.
Le regole del succhiello e della mano destra dimostrano con successo l'interazione dei campi elettrici e magnetici. Consentono di comprendere il funzionamento di vari dispositivi nell'ingegneria elettrica per quasi tutti, non solo per gli scienziati.
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