Campo magnetico

Si definisce campo magnetico \(\vec{B}\) come un campo vettoriale solenoidale generato nello spazio, da un magnete oppure dal moto di una carica elettrica o da un campo elettrico variabile nel tempo, in cui sono osservabili forze magnetiche. Insieme al campo elettrico esso costituisce il campo elettromagnetico, responsabile dell’interazione elettromagnetica.

Sappiamo che particelle elementari, come gli elettroni, presentano un campo magnetico intrinseco, ossia che è una caratteristica propria così come lo è la loro massa (ad esempio); i campi magnetici dovuti agli elettroni in certe sostanze (come ad esempio nei magneti permanenti), si sommano formando un campo magnetico risultante e percepibile anche ad una certa distanza, mentre in altre si annullano.

Poli magnetici

Campo magnetico calamita

I poli magnetici sono due sorgenti di campo magnetico di natura opposta (così come accade per il campo elettostatico); i fenomeni di attrazione e repulsione sono gli stessi: così come due cariche opposte si attraggono e due cariche simili si respingono lo stesso vale per i poli magnetici.

I poli magnetici vengono chiamati rispettivamente polo nord e polo sud; prendendo ad esempio come magnete di riferimento la Terra il polo nord magnetico corrisponderà, grossomodo, al polo sul geografico, ed il polo sud magnetico corrisponderà (sempre grossomodo) al polo nord geografico.

Linee di campo: direzione e verso del campo magnetico

Il campo magnetico, essendo un campo vettoriale, possiede una direzione ed un verso: la direzione del campo magnetico è data dalla retta che unisce i poli nord e sud, mentre il verso del campo magnetico va dal polo sud al polo nord. La direzione del campo magnetico è sempre indicata dalla direzione delle linee di flusso magnetico.

I campi magnetici possono essere illustrati con delle linee di flusso, chiamate linee di campo magnetico. Le linee del campo magnetico hanno le seguenti proprietà:

  • sono sempre tangenti, in ogni punto, alla direzione del campo magnetico;
  • sono sempre uscenti dal polo nord ed entranti nel polo sud;
  • la loro densità è direttamente proporzionale all’intensità del campo magnetico.

Intensità del campo magnetico

L’intensità del campo magnetico \(\vec{B}\), detto anche vettore induzione magnetica, è una grandezza vettoriale diretta parallelamente alla direzione di forza nulla:

\[\vec{B}=\dfrac{\vec{F}_B}{|q|\vec{v}}\]

dove \(|q|\) rappresenta l carica elettrica di una particella di test, e \(\vec{v}\) il vettore velocità della particella carica. Secondo la forza di Lorentz una carica ferma non è soggetta ad alcuna forza ad opera di una sorgente di campo magnetico; mentre quando è in movimento si sviluppa una forza ortogonale alla velocità. Dunque la forza di Lorentz non compie alcun lavoro, essa modifica la direzione del moto dei una particella carica che si muove ad una certa velocità (ma non ne modifica la sua energia cinetica). In particolare, si riscontra che la direzione della velocità \(\vec{v}\) per cui non si misura alcuna forza magnetica coincide con la direzione del campo magnetico; in altre parole: il vettore \(\vec{v}\) è parallelo al vettore \(\vec{B}\).

Campo magnetico terrestre (campo geomagnetico)

La Terra è sede di un campo magnetico di forma approssimativamente dipolare la cui origine, e soprattutto il cui mantenimento, è dovuta alla dinamica del ferro fluido presente nel nucleo esterno del pianeta che da vita a correnti elettriche. L’intensità del campo geomagnetico sulla superficie terrestre varia da 25 a 65 microtesla (o da 0.25 a 0.65 gauss).

I poli magnetici terrestri non sono coincidenti con quelli geografici, dato che l’asse magnetico è inclinato di circa 11° rispetto all’asse di rotazione terrestre. La convenzione internazionalmente riconosciuta per indicare l’intensità del campo magnetico terrestre è il vettore induzione \(\vec{B}\).

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