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Elena Sassi » 8.Domande frequenti connesse con Induzione e.m.


Approfondimenti

  • Linee di Campo
  • Magnetismo permanente
  • Campo Magnetico terrestre

Foto di linee di campo

Foto di linee di campo: Magnete a barretta

Foto di linee di campo: Magnete a barretta


Foto di linee di campo

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli eteronimi affacciati

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli eteronimi affacciati


Foto di linee di campo

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli omonimi affacciati

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli omonimi affacciati


Foto di linee di campo

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli eteronimi adiacenti

Foto di linee di campo: 2 Magneti a barretta, poli eteronimi adiacenti


Foto di linee di campo

Quanti sono i magneti?

Quanti sono i magneti?


Come costruire mappe di linee di campo

Metodo usato da M. Faraday:

  • Preparare un foglio di carta paraffinata (coprire la carta con un film sottile di paraffina o cera ed aspettare che si asciughi)
  • Porre la carta su un magnete e versarvi sopra limatura di ferro molto sottile (o pezzetti pezzi molto piccoli di spugnette di metallo per cucina)
  • Piccoli colpi sul foglio producono la mappa delle linee di campo, quando si è assestata, passare delicatamente una candela sotto il foglio, la paraffina o cera si scioglie e la limatura si attacca.
  • Muovere il foglio solo dopo che si sia raffreddato

Metodo più semplice:

  • Usare un foglio di carta normale e fissare la limatura con lacca da capelli

Come fare foto di mappe di linee di campo

Porre sul magnete un foglio di carta fotografica e spargere (al buio o con la luce rossa dei laboratori fotografici) abbondante limatura su esso. Piccoli urti alla carta per assestare la mappa. Accendere la luce per circa 20 s per impressionare la carta. Scuoter via la limatura e sviluppare.

Magnetismo permanente: qualche spunto per introdurlo

Elementi per spiegare i magneti permanenti

Esperimento pensato: “Immagina di spezzare un magnete permanente in pezzi sempre più piccoli. Il risultato è ritrovarsi sempre con piccoli magneti, come si può vedere con limatura di ferro attratta dai due poli. E’ plausibile ipotizzare che questi piccoli magneti fossero già presenti all’interno del magnete prima di iniziare a spezzarlo in piccoli pezzi”.

Fai uno schizzo di questi “magneti basici” in un magnete a forma di barretta. Inizia a disegnare piccoli magneti rettangolari, poi il simbolo di piccole bussole rotonde, poi sole frecce.

Magnetismo permanente: qualche spunto per introdurlo

Elementi per spiegare i magneti permanenti

I ‘magneti basici’ sono nella barra di ferro anche quando essa non è un magnete.

Puntano in direzioni diverse, sono raggruppati in piccole catene chiuse, “code” e “teste” delle frecce connesse fra loro.

Modello di magnete permanente

Modello di magnete permanente


Magnetismo permanente: qualche spunto per introdurlo

Terminologia

‘Magneti Basici’ = all’interno di un magnete c’è una struttura complessa; meglio evitare “magneti molecolari”

“Domini magnetici” = ok = GRANDI GRUPPI DI ATOMI orientati nello stesso verso.

Domini orientati variamente, dimensioni → molecole, alcuni visibili, altri no.

Fe NON magnetizzato → domini piccoli, orientati a caso.

Se applico un campo magnetico → domini orientati circa come B crescono a spese di quelli orientati diversamente → barra diviene magnetizzata in direzione simile al campo.

Magnetismo permanente: qualche spunto per introdurlo

I domini si vedono?

Al microscopio, con limatura finissima sul campione: si addensa dove i domini si “incontrano”, dove ci sono “poli esposti”.

Metodo magnetico per verificare difetti in strutture di Fe.

Barretta di ferro magnetizzata e non magnetizzata

Barretta di ferro magnetizzata e non magnetizzata


Magnetismo permanente: qualche spunto per introdurlo

I domini si vedono?

  • Magnetizzazione crescente = domini grandi con verso circa uguale al verso del campo, ma in accordo con verso dell’asse cristallino.
  • A saturazione un campo forte li orienta nel suo verso.
  • Al microscopio si vede il moto dei domini verso la saturazione.
  • I domini “conquistano” il territorio adiacente con microvibrazioni di crescita, si possono “ascoltare” come scricchiolii, piccoli click, muovendo un circuito di sonda, con amplificatore di segnale, intorno ad una barra che si sta magnetizzando.
  • Scaldare o martellare una barra magnetizzata puo’ deteriorare l’orientamento dei domini.
Domini magnetici

Domini magnetici


Campo Magnetico Terrestre

  • La crosta della Terra è solida, con vasti oceani
  • Il nucleo interno solido è circondato da un nucleo esterno fatto da una miscela di Fe e Ni fusi
  • Campo Magnetico Terrestre dovuto a correnti fluenti nel nucleo conduttore liquido, per la rotazione della Terra. Larghe centinaia di km, a velocità di migliaia di km/h
  • Campo piu’ intenso se rotazione fosse più veloce o nucleo liquido piu’ esteso
  • Il campo attraversa la crosta, passa nello spazio intorno alla Terra, orienta la bussola
  • I poli del magnete Terra NON sono fissi, il Nord varia in latitudine di circa 10 km/anno, in media
  • Misura del 1994: Noice Penninsula, a 78.3 N e 104.0 W
  • Cambiano per variazioni delle correnti interne, tempeste magnetiche solari, correnti nella ionosfera
  • Al Nord magnetico l’ago della bussola punta in basso
Struttura interna della Terra

Struttura interna della Terra

Campo Magnetico Terrestre

Campo Magnetico Terrestre


Valori medi di campi magnetici (in Gauss)

  • Campi Galattici 0.00001 (10-5)
  • Venti Solari 0.00005 (5*10-5)
  • Nubi Interstellare 0.001 (10-3)
  • Terrestre a livello del suolo 1 (100)
  • Sole (superficie) 1- 5 (1-5 *100)
  • Stelle Massive (pre supernova) 100 (102)
  • Magnetini da frigorifero 100 (102)
  • Macchie Solari 1000 (103)
  • Giove 1000 (103)
  • Stelle Magnetiche (es. BD+54 2846) 11,500 (~104)
  • Stelle Nane Bianche 1,000,000 (106)
  • Stelle di Neutroni (superficie) 1,000,000,000,000 (1012)
  • Stelle Magnetar 1,000,000,000,000,000 (1015)

Si può immagazzinare ed estrarre energia da un campo magnetico?

SI

  • Avvicinando 2 magneti con poli omonimi affacciati facciamo lavoro, si immagazzina energia che si rilascia quando allontaniamo i poli
  • Energia immagazzinata, in erg/cc, = (1/2)B2 / μ0
  • Smagnetizzare completamente un magnetico da frigorifero (B circa 100 Gauss) = rilascio di energia pari a circa 397 erg/cc del suo volume
  • Nel Sole i campi magnetici sono ancorati a gas, non a magneti solidi
  • Si fondono, esplodono in “fiammate”, accelerano la materia carica vicina
  • I campi delle Macchie Solari possono arrivare a 10.000 Gauss e coprire un volume con dimensione di 10.000 km
  • Energia liberata nei “solar flares” in meno di un’ora, equivale a migliaia di bombe all’idrogeno

Manifestazioni dell’attività solare

Prominenze e riscaldamento della corona in corrispondenza di macchie solari

Prominenze e riscaldamento della corona in corrispondenza di macchie solari

Prominenza e brillamento (parte molto luminosa)

Prominenza e brillamento (parte molto luminosa)

Macchia solare

Macchia solare


Consegne

I cavi coassiali sono molto usati nella trasmissione di segnali su lunghe distanze, per es. segnali TV e radio. Un cavo coassiale è formato da 2 conduttori cilindrici allineati coassialmente e separati da uno strato di dielettrico. Essi sono percorsi da correnti di uguale intensità e verso opposto:

  • Spiega se esiste o meno un campo magnetico nella regione fra i due conduttori. Se sì, calcola il valore del Campo B
  • Spiega se il cavo abbia o meno una capacità per unità di lunghezza e calcolane il valore nel caso i due conduttori cilindrici abbiano raggi a e b (b>a)
  • Spiega se il cavo abbia o meno una induttanza per unità di lunghezza e calcolane il valore nel caso i due conduttori cilindrici abbiano raggi a e b (b>a)
  • Quali caratteristiche di un cavo coassiale ritieni didatticamente opportuno sottolineare ad allievi di secondaria superiore?

Consegne

Usando i risultati della consegna precedente, calcola l’energia magnetica immagazzinata nell’unità di lunghezza di un cavo coassiale. Usa sia la relazione E=1/2 L i2 sia sia il fatto che un campo B ha una densità di energia pari a u=1/2 B20 e mostra che si ottiene lo stesso risultato.

Un aereo, in regime di crociera, vola a velocità costante:

a) Spiega se esiste o meno una differenza di potenziale fra le estremità delle sue ali, dovuta all’esistenza del campo magnetico terrestre?

b) Se la velocità di crociera è di 1000 km/h e la d.d.p. indotta pari a 300 mV, stima il valore del campo magnetico terrestre.

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