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MAGNETISMO NATURALE
MAGNETISMO NATURALE
Per rilevare magnetismo in un punto dello spazio possiamo utilizzare un piccolo ago magnetico esploratore (bussola) che si orienta secondo direzione e verso ben precisi indicando, con il suo nord, il polo sud della sorgente.
Si osservi come la presenza di materiali ferromagnetici (che da soli non sono sorgenti magnetiche) altera le linee di forza della sorgente
I fenomeni magnetici naturali sono dovuti soprattutto alla magnetite che attira i materiali ferrosi. Si elencano le caratteristiche principali:
L'azione è più intensa in corrispondenza dei due estremi del magnete, detti poli.
Due magneti interagiscono tra loro in modo tale che poli opposti si attraggono, mentre se il magnete è da solo si orienta secondo il meridiano terrestre, dato che la terra si comporta come un'enorme calamita.
I poli non si possono separare e si parla di dipolo magnetico.
I materiali ferromagnetici, se posti in prossimità di un materiale magnetico, hanno la proprietà di magnetizzarsi a loro volta.
E' possibile ottenere fenomeni magnetici con intensità, direzione e verso a piacere grazie alle correnti elettriche.
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UNA CORRENTE ELETTRICA
CAMPO MAGNETICO GENERATO DA UNA CORRENTE ELETTRICA
Legge di Biot- Savart.
Un semplice esperimento descrivibile con questa legge è l'orientamento della limatura di ferro (piccoli aghetti) posta in prossimità di una corrente elettrica su un piano perpendicolare.
Un conduttore percorso da una corrente I genera, in un punto P dello spazio circostante, distante d dal conduttore, effetti magnetici rappresentati dal vettore induzione B di intensità
B= (u I ) /2π d con u, permeabilità magnetica.
La permeabilità magnetica rappresenta gli effetti del materiale nel punto considerato. Alcuni materiali (ferromagnetici) anche se da soli inizialmente non producono effetti, sottoposti all'azione di una sorgente esterna, per induzione forniscono un loro contributo esaltando gli effetti della della sorgente esterna. Quindi u non è un parametro costante.
Per definire la direzione e il verso di B bisogna:
immaginare il piano perpendicolare al conduttore passante per P
tracciare in questo piano la circonferenza passante per P e di centro il conduttore (come la circonferenza formata dalla limatura di ferro).
B ha direzione tangente alla circonferenza e verso secondo la regola del cavatappi: mano destra che forma OK, pollice la corrente e verso di B le 4 dita.
Se la regione dello spazio in cui bisogna calcolare B è interessata da più correnti bisogna sommare vettorialmente i vari contributi.
Si introduce anche il vettore H, indipendente dal mezzo, secondo la relazione B= u * H
FORZE MECCANICHE TRA CORRENTI. AZIONI ELETTRODINAMICHE
FORZE MECCANICHE TRA CORRENTI. AZIONI ELETTRODINAMICHE
Consideriamo due conduttori paralleli percorsi da due correnti. Ognuno genera nello spazio circostante un campo magnetico che interagisce con la corrente dell'altro conduttore generando su di esso una forza.
In funzione del verso delle correnti le due forze possono risultare attrattive (correnti concordi) o repulsive (correnti discordi).
SOLENOIDE
SOLENOIDE
bobina, avvolgimento
Si prenda la punta di trapano di diametro conosciuto e si avvolga su di essa un conduttore isolato per una certa lunghezza l e con un certo numero di spire N. Gli effetti sono straordinari e furono scoperti da Ampere.
All'interno del solenoide si genera un vettore induzione B uniforme con direzione assiale e intensità B=u0 NI/l
Questo significa che è possibile ottenere valori di B elevati con I basse, aumentando semplicemente N.
Per il verso vale una seconda versione della regola del cavatappi: mano destra OK, pollice B, le 4 dita la corrente.
Il prodotto N*I prende il nome di forza magneto-motrice e si misura in Ampere-spire [Asp].
Il vettore induzione B all'esterno del solenoide è molto debole perchè dovuto a contributi in opposizione.
La fig. mostra lo schema di principio di un relè con contatto normalmente chiuso, NC.
Il nucleo ferromagnetico interno al solenoide esalta l'intensità dell'induzione magnetica, diretta secondo l'asse della bobina.
Facendo circolare corrente nelle spire, si genera l'induzione magnetica e la relativa forza magnetica che attrae l'ancora di materiale ferroso; questa ancora agisce sul contatto (una molla) tra A e B che si apre.
Se la corrente cessa di scorrere, l'ancora, a causa della molla, ritorna nella condizione normale.
Questo è un esempio di utilizzo della bobina come attuatore, apre e chiude meccanicamente un contatto, grazie alla forza magnetica. Vedremo altri impieghi dovuti alla particolare relazione tensione corrente
Consideriamo la figura accanto.
Facendo circolare corrente, si genera l'induzione e la relativa forza magnetica che attrae l'ancora n. 4 di materiale ferroso; questa ancora agisce sul contatto (una molla) tra i punti 8 e 9, che si apre, mentre il contatto tra 8' e 9' si chiude.
Se la corrente cessa di scorrere, l'ancora, a causa della molla 11, ritorna nella condizione normale.
Questo è un esempio di utilizzo della bobina come attuatore che scambia meccanicamente un contatto, grazie alla forza magnetica. Vedremo altri impieghi dovuti alla particolare relazione tensione corrente
Il relè offre diversi vantaggi:
il circuito di comando, interessato da tensioni e correnti basse, è galvanicamente separato dal contatto di uscita che può essere interessato da correnti e tensioni molto elevate. Questo garantisce la protezione dell'operatore e della logica di comando.
può essere un elemento di memoria (bistabile), vedi autoritenuta e circuiti logici
come monostabile risolve diverse problematiche (luci scale....)
Di contro è ingombrante, costoso, lento nella commutazione e presenta un limitato numero di commutazioni.
Es. Documentarsi sui magneti permanenti di interesse pratico, studiando l'andamento delle linee di forza: altoparlanti, hard disk, motore DC....
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