In questo articolo, discuteremo cosa produce l'intensità di un campo magnetico e i diversi fattori responsabili della sua formazione.
Ciò che produce l'intensità del campo magnetico è il flusso magnetico che passa attraverso una lunghezza unitaria del conduttore e aumenta all'aumentare della densità di flusso per unità di lunghezza.
Campo magnetico e sua intensità
Vediamo ora diversi metodi e alcuni fatti di un campo magnetico.
Prima di tutto, sapete tutti come è stato scoperto il magnete?
Un pastore chiamato Magnas che viveva in Grecia portava con sé un bastone per controllare il gregge di pecore e capre che aveva un ferro sotto il quale si attaccava alla roccia. La roccia era un magnete naturale, ricco di ferro (contenuto di Fe) chiamato Magnetite. Quindi la scoperta del magnete è avvenuta in Grecia e ora quel luogo si chiama Magnesia, un nome basato sulla scoperta del magnete.
Il intensità del campo magnetico della Terra è maggiore al polo nord e al polo sud, il magnete è sempre allineato nella direzione nord-sud e quindi viene utilizzato per localizzare la direzione dalle avventure marittime. In particolare, i clinometri vengono utilizzati per misurare l'angolo di elevazione delle rocce dalla maggior parte dei geologi.
Cosa produce la forza di un campo magnetico
L'intensità del campo magnetico è una forza necessario per generare una densità di flusso in un materiale per unità di lunghezza del materiale e rappresentato come:
H=(B/μ)-M
dove B è una densità di flusso magnetico,
M è magnetizzazione e
m è la permeabilità magnetica.
La forza magnetica dipende dalle linee del campo magnetico totale che sono pervasive attraverso l'area della sezione trasversale totale del materiale. Queste linee di campo magnetico sono note come flusso magnetico e la densità del flusso magnetico è direttamente correlata alla forza del campo. La densità del flusso magnetico dipende principalmente dal numero di spin dell'elettrone o dal momento di dipolo nel materiale.
In un atomo si trovano elettroni accoppiati con elettroni con spin opposto e si trova solitamente nel caso di gas nobili elementi che hanno il guscio di valenza esterno completo e tutti gli elettroni sono appaiati tra loro; un esempio di tali elementi sono Elio, Neon, Argon, Krypton, Xenon, Radon.
Crediti immagine: Allencany1983
Gli atomi che hanno elettroni spaiati si accoppiano con gli elettroni dell'altro atomo per completare il loro guscio esterno e diventare un elemento stabile. Quegli atomi con gli elettroni spaiati producono un campo magnetico. L'elettrone spaiato ruota attorno ai nuclei dell'atomo e il movimento degli elettroni liberi influenza l'origine del campo magnetico. All'aumentare del numero di elettroni liberi disponibili, aumenteranno anche gli effetti magnetici osservati nel materiale.
Quando la corrente viene fatta passare attraverso un conduttore, si verifica il movimento degli elettroni che induce forza elettromagnetica. Supponiamo di prendere una corrente che trasporta un filo e di posizionare un ago magnetico vicino ad esso, quindi identificherai la deflessione dell'ago magnetico. Questo perché gli elettroni in movimento nel conduttore che trasporta la corrente producono un campo magnetico nella direzione che si oppone al movimento degli elettroni.
Secondo la regola del pollice della mano destra, se il movimento della corrente è da sud a nord, il campo magnetico sarà in senso orario e la forza magnetica sarà sperimentata in direzione ovest. Se spostiamo il ago magnetico lontano dal filo percorso da corrente, lo stesso effetto diminuirà all'aumentare della distanza tra il filo e l'ago magnetico. Possiamo quindi notare che il l'intensità del campo magnetico diminuisce con la distanza.
Intensità del campo magnetico dipende anche dal momento magnetico intrinseco della particella. Il momento magnetico è una grandezza che determina la coppia vissuta dai dipoli in presenza del campo magnetico esterno.
In assenza di campo magnetico, i momenti magnetici sono orientati casualmente e non si produce magnetizzazione netta; quando viene applicato il campo magnetico questi momenti atomici si orientano nella direzione del campo applicato che si traduce nella magnetizzazione netta parallela al campo applicato. Quindi, la magnetizzazione dipende dalla densità del momento magnetico nel materiale, dal movimento degli elettroni negli atomi e dallo spin dell'elettrone o dei nuclei e definisce come un momento magnetico per unità di volume di un solido.
La forza del campo magnetico dipende anche da il momento magnetico stabilito per unità di volume del materiale in presenza di un campo esterno è noto come suscettività magnetica.
Sulla base di questa proprietà, i materiali sono classificati in diamagnetici, paramagnetici o ferromagnetici. È noto che il materiale ferromagnetico ha un'elevata suscettività magnetica perché mostra elevate proprietà magnetiche e mantiene le sue proprietà magnetiche anche in assenza di un campo magnetico esterno. Ferro, nichel, cobalto sono alcuni dei materiali ferromagnetici.
Gli elettroni in movimento nel campo magnetico subiscono la forza che è perpendicolare alla propria velocità e la forza magnetica B è rappresentata come:
FA=qvB
Dove q è una carica
v è la velocità della carica
B è un campo magnetico
La proprietà del materiale di respingere il flusso magnetico attraverso di esso è chiamata permeabilità magnetica. Si dice che il materiale ha un'elevata permeabilità se il flusso magnetico massimo lo attraversa.
Per saperne di più su Campo di forza
Unità SI dell'intensità del campo magnetico
La densità del flusso magnetico è misurata come flusso per unità di area che è Weber/ m2 che è uguale a un Tesla. Oppure possiamo dire, è misurato in termini di forza richiesta per indurre il flusso magnetico in un'unità di lunghezza in metri per unità di Ampere e dato come N/Am
L'unità SI della suscettività magnetica è data come Newton per ampere quadrato N/A2 e quello della magnetizzazione è rappresentato come Ampere per metro A/m. Sostituendo questo nell'eq. (1), otteniamo:
(N/Am)*(A2/N)=(A/M)
Sulla base di questo, otteniamo l'unità SI dell'intensità del campo magnetico come Ampere per metro. Nell'unità CGS, è Oersted, dal nome dello scienziato danese Hans Christian Oersted che per primo trovò la relazione tra elettricità e magnetismo.
L'intensità del campo magnetico viene misurata utilizzando un magnetometro. Magnetometro a induzione, magnetometro a bobina rotante, magnetometro ad effetto Hall, magnetometro NMR, magnetometro fluxgate sono alcuni esempi di magnetometri.
L'effetto Hall è un metodo utilizzato per determinare la densità numerica del vettore e i tipi di vettore. Quando il campo magnetico viene applicato perpendicolarmente al conduttore, la tensione viene impostata nel conduttore perpendicolare al campo magnetico così come la corrente.
Gouy Balance è un metodo tradizionale utilizzato per scoprire la suscettibilità magnetica del materiale che si basa sull'idea della gravità.
Domande Frequentis
Come calcolare l'intensità del campo magnetico nel solenoide che è lungo 5 m e ha 2000 spire, portando una corrente di 2000 A?
Innanzitutto, scopri il numero di loop per unità di lunghezza del filo
Numero di loop per unità di lunghezza
=Numero di spire/Lunghezza del filo
= 2000 / 500
= 4 cm-1
L'intensità del campo magnetico dipende dalle dimensioni del conduttore?
Sì, secondo la legge di Biot - Savart il campo magnetico dipende dalla lunghezza unitaria del conduttore. Maggiore è la dimensione del conduttore, maggiore sarà il valore integrale della lunghezza infinitesima e quindi maggiore sarà l'intensità del campo magnetico.
Se la corrente che scorre in due circuiti diversi è 1A e 12A, in quale circuito la forza magnetica sarà maggiore dell'altra?
La forza magnetica sarà maggiore per un circuito che trasporta corrente 12A.
Cos'è il materiale magnetico superconduttore?
Un magnete superconduttore viene utilizzato per creare un intenso campo magnetico.
Il materiale magnetico superconduttore è un elettromagnete costituito da una bobina di un filo superconduttore fabbricato a basse temperature. Al suo stato superconduttore, il filo non ha resistenza e conduce una corrente elettrica molto più elevata.
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Ciao, sono Akshita Mapari. Ho fatto il M.Sc. in Fisica. Ho lavorato su progetti come la modellazione numerica dei venti e delle onde durante i cicloni, la fisica dei giocattoli e le macchine da brivido meccanizzate nei parchi di divertimento basati sulla meccanica classica. Ho seguito un corso su Arduino e ho realizzato alcuni mini progetti su Arduino UNO. Mi piace sempre esplorare nuove zone nel campo della scienza. Personalmente credo che l'apprendimento sia più entusiasmante quando appreso con creatività. Oltre a questo mi piace leggere, viaggiare, strimpellare la chitarra, individuare rocce e strati, fotografare e giocare a scacchi.