Effetto magnetico di cariche elettriche in movimento
Ai microscopici magneti, che si orientano per influenza, Ampère sostituì l’effetto magnetico di minuscole correnti circolari, simili a spire, generate dalle cariche elettriche in movimento. Gli elettroni in movimento ruotano, infatti, intorno alla carica nucleare, come in seguito si scoprì. Queste spire, quando si trovano nel più caotico disordine, annullano all’esterno l’effetto magnetico, ma orientate, producono una corrente, che si rinforza esternamente, come da figura sottostante, per effetto della somma di ognuna.
Confronto tra campo elettrico e magnetico
Il campo elettrico crea, quindi, quello magnetico ed entrambi sono differenti. Le cariche elettriche in movimento, il campo magnetico e quello elettrico sono inoltre perpendicolari tra di loro. Disponendo polvere di gesso su lastre, delimitate intorno da lamine di stagnola elettrizzata, si formeranno le seguenti linee di forza del campo elettrico, come si può evidenziare visivamente da ogni mia figura sottostante.
Le linee di forza del campo magnetico, al contrario di quello elettrico non hanno né inizio né fine. Disponendo un magnete a forma di sbarretta sotto un foglio di carta ben teso o su una lastra di vetro e spargendo su di essi la limatura di ferro si vedranno le linee di forza dello spettro magnetico, simili a quelle di una bobina, percorsa da corrente con verso uscente, per convenzione, esternamente dal polo nord al sud e all’interno con verso dal sud al nord, come in figura sottostante.
Nella parte centrale, come da osservazione di questa bobina, il campo elettromagnetico è uniforme e se il diametro della bobina, è maggiore della sua lunghezza, aumenta esternamente l’intensità del campo.
Allo stessomodo su un foglio, attraversato da un conduttore, percorso da corrente, le linee di forza del campo magnetico, ottenute con la limatura di ferro, sono circonferenze con centro nel conduttore, normali alla direzione del filo. Esse danno la direzione del campo, che è la stessa dell’ago magnetico, disposto in esso, tangente alle linee forza. Il verso dipende da quello della corrente allo stesso modo che, immaginando di avvitare una vite lungo il filo, essa avanza, secondo questa regola, in uno dei due versi opposti della corrente.
Solenoide
Il solenoide o bobina è un conduttore, avvolto a elica, su un cilindro di cartone in cui circola una corrente stazionaria, che ha numerose applicazioni: campanelli elettrici, telecomandi, telegrafo, selettori telefonici, ecc. Questa bobina con i poli alle sue estremità equivale a un magnete. Cambiando in essa, infatti, il verso della corrente, s’invertono i suoi poli (principio di equivalenza di Ampère). Inserendo nel tubo di cartone un cilindro di ferro dolce, quindi allo stato quasi puro, le proprietà magnetiche dell’elettrocalamita (bobina con nucleo di ferro), utilizzata per esempio nel trasporto di rottami, aumentano. Un nucleo di acciaio invece non si presta a questo scopo poiché la sua magnetizzazione dura a lungo. Il campo elettrico di un solenoide, è simile a quello di un magnete a forma di sbarretta, già descritto e illustrato in figura superiore. La legge sull’intensità del campo magnetico H, fu formulata da Laplace. Chiudendo il circuito elettrico di solenoidi di diverse grandezze sperimentalmente si dimostra, che in ognuno di essi, la forza magnetica è direttamente proporzionale all’intensità di corrente e al numero di spire n e inversamente proporzionale alla lunghezza l del solenoide. L’intensità del campo magnetico nella parte centrale interna, aumenta quindi, accrescendo sia l’avvolgimento in spire della bobina che l’intensità di corrente, o diminuisce, riducendo sia l’avvolgimento, sia l’intensità di corrente. Rispetto alla lunghezza del solenoide, le proprietà invece sono inverse.
In questa formula la costante di proporzionalità h, può assumere diversi valori.
Utilizzando il Sistema Internazionale h ha valore uno (h=1), e così pure i (i=1A), l (l=1m) e n (n=1).Quest’unità di misura utilizzata è detta amperspira al metro (Asp/m).
Nel sistema CGS di Gauss si ha:
Il valore di c rappresenta la velocità della luce. Inoltre, volendo ottenere l'intensità H del campo magnetico, i si misura in statampere e l in centimetri. Quest’unità di misura utilizzata è detta “oersted” (Oe).
Nel Sistema (CGS) il rapporto tra l’unità elettromagnetica ed elettrostatica dell’intensità di corrente, ottenuta dalla formula di un campo H, è espresso dallo stesso numero, che misura la velocità della luce:
c =3.1010 cm/s.
James Clerk Maxwell, matematico e fisico scozzese, ha dimostrato che la luce è un fenomeno elettromagnetico e per questo i due valori coincidono.
Treni a levitazione magnetica o “ maglev”.
Per attrazione-repulsione magnetica i treni con particolari motori elettrici, detti a levitazione magnetica o treni maglev sono sollevati, senza alcun contatto, alla distanza di circa 15 cm dalla “via di guida”, una rotaia centrale, con un circuito di alimentazione. Evitando l’attrito per strofinio sulle rotaie dei normali treni, superano la velocità di 500 km/h. Questi treni sono a grande risparmio energetico e non inquinano l’ambiente, ma è sconosciuto il loro impatto sulla salute.