Il campo magnetico
Fenomeni magnetici
I fenomeni magnetici sono noti sin dall'antichità. Ad esempio Talete di Mileto, VI sec. a.C., riporta le proprietà della magnetite, capace di attirare piccoli pezzi di ferro. La magnetite è un minerale del ferro che deriva il suo nome dalla città di Magnesia, nell'Asia Minore, nota appunto per l'estrazione della magnetite.
Le sostanze ferromagnetiche, come il ferro o l'acciaio, possono essere magnetizzate, ad esempio ponendole a contatto con un pezzo di magnetite. Ogni magnete è caratterizzato dalla presenza di due poli: un polo Nord e un polo Sud. Poli magnetico dello stesso tipo si respingono, mentre poli di tipo diverso si attraggono, in maniera simile a ciò che avviene per le cariche elettriche. I poli magnetici hanno però la peculiarità di non poter essere separati. Infatti, se prendiamo un magnete con un polo Nord e un polo Sud e lo dividiamo a metà otteniamo due magneti distinti, ognuno caratterizzato dalla presenza di un polo Nord e di un polo Sud.
Un magnete modifica lo spazio circostante generando un campo magnetico che solitamente si indica con la lettera B e che può facilmente essere visualizzato disponendo nelle vicinanze del magnete della limatura di ferro. Il campo magnetico è un campo vettoriale: la sua direzione e il suo verso sono quelle in cui si dispone un ago magnetico posto nel campo, il verso è quello indicato dal polo Nord.
Un campo magnetico può anche essere descritto tramite le linee di campo magnetico che sono tangenti punto per punto al campo magnetico e vanno dal polo Nord al polo Sud dei magneti. In base alla convenzione di Faraday le linee del campo magnetico hanno una densità che è proporzionale all'intensità del campo, in altre parole le linee sono tanto più fitte quanto più il campo è intenso. Un campo magnetico uniforme ha la stessa intensità in ogni punto: le linee del campo pertanto risultano essere parallele, equidistanti e la loro densità è costante in tutto lo spazio.
Il campo magnetico che abbiamo appena introdotto ha molte proprietà in comune con il campo elettrico: in particolare entrambi sono descritti da linee di forza e sono campi associati a una forza che può essere in entrambi i casi attrattiva (tra poli o cariche di tipo diverso) o repulsiva (tra poli o cariche dello stesso tipo). Sia l'elettrizzazione che la magnetizzazione possono avvenire per contatto ma, mentre nell'elettrizzazione c'è un passaggio di cariche elettriche, nella magnetizzazione non si ha trasferimento di poli magnetici. Inoltre, le cariche elettriche possono sempre essere isolate, mentre un magnete presenta sempre sia il polo Nord che il polo Sud.
Se non abbiamo a disposizione ferro o magnetite, come possiamo creare dei campi magnetici? Il fisico danese Oersted nel 1820 osservò che, se mettiamo un magnete in prossimità di un circuito elettrico percorso da corrente, l'ago ruota e si dispone su un piano perpendicolare al filo. L'intensità B del campo magnetico in un punto P è regolata dalla legge di Biot-Savart: B = km i / d dove km è una costante che nel vuoto ha il seguente valore km = 2 · 10-7 N / A2, i è la corrente che circola nel filo e d è la distanza del punto P dal filo. Le linee di campo sono delle circonderenze con centro nel filo rettilineo e con il verso individuato dalle dita della mano destra, una volta che abbiamo orientato il pollice nel verso della corrente.
Dalla legge di Biot-Savart possiamo ricavare l'unità di misura del campo magnetico nel Sistema Internazionale: 1 N / A2 · 1 A / 1 m = 1 N / (1 A · 1 m) = 1 T. L'unità di misura del campo magnetico, che abbiamo indicato con la lettera T, prende il nome di Tesla. Le esperienze di Oersted e di Biot e Savart sono importantissime perché mettono per la prima volta in luce la connessione esistente tra elettricità e magnetismo. La corrente elettrica può produrre effetti magnetici ma, come vedremo, vale anche il viceversa: agendo in maniera opportuna sui campi magnetici possiamo produrre delle correnti elettriche.
Il campo magnetico B è μT.
