La bilancina delle correnti si basa sulla forza di tipo magnetico che si esercita fra due fili paralleli percorsi da corrente elettrica. Questa forza è attrattiva se i due fili sono percorsi da correnti elettriche nello stesso senso, è repulsiva se i due fili sono percorsi da correnti in verso opposto, è direttamente proporzionale alla lunghezza dei due fili ed al prodotto delle correnti:
Ciascun filo in effetti è immerso nel campo magnetico prodotto dall'altro filo.
Un filo rettilineo
percorso da corrente elettrica produce un campo magnetico
Legge di Biot e Savart: in un
punto P distante r dal filo elettrico si avrà un campo magnetico il cui
modulo è dato da:
Le linee di forza di questo campo
magnetico sono delle circonferenze che giacciono su di un piano
perpendicolare al filo stesso ed hanno il centro su di esso.
Un campo magnetico esercita una forza
su di una particella di carica q dotata di velocità v.
Questa forza si chiama forza di Lorentz:
La moltiplicazione del
vettore velocità (moltiplicata per q) per il vettore B viene chiamata
prodotto vettore perchè il risultato è una forza che giace su di una
direzione perpendicolare al piano dove si trovano v e B.
Questa forza è massima
quando v e B sono perpendicolari, ed è zero se v e B sono paralleli.
Per una particella
carica negativamente si possono considerare le tre dita della mano
destra pollice (forza), indice (B), medio (velocità) per formare una
terna con tre direzioni perpendicolari.
Su di un filo percorso
da corrente immerso in un campo magnetico agisce una forza che
scaturisce dalla forza di Lorentz esercitata sugli elettroni in moto.
Un filo di lunghezza l, percorso dalla corrente i e immerso nel campo magnetico B perpendicolare ad l, subirà una forza:
F=B i l
ricavando B:
B=F/(i l)
Da questa formula è
facile ricavare l'unità di misura del campo magnetico nel S.I. chiamata
Tesla (simbolo T):
1 T = 1 N/(A m)
Tornando al discorso
dei due fili
paralleli percorsi da elettricità, si può pensare che ciascun filo crea
un campo magnetico; la corrente elettrica sull'altro filo non è altro
che elettroni in moto che subiranno la forza di Lorentz perchè
sono particelle cariche dotate di velocità immerse in un campo
magnetico perpendicolare alla velocità.
Si può spiegare così la
forza di attrazione o di repulsione che intercorre fra due fili.
La forza che si esercita fra due fili percorsi da corrente è in
generale molto debole.
Si
cerca di aumentare la lunghezza del filo costruendo bobine a sezione
rettangolare: la lunghezza aumenta all'aumentare del numero di spire o
giri che compie il filo elettrico.
La bilancina delle correnti è
costituita da due
bobine di filo di rame verniciato: una fissa ed una mobile e cioè
che può oscillare perchè in equilibrio su due lamette
(attenzione a non tagliarsi).
Queste due bobine sono collegate in serie e quindi la corrente elettrica che circola in ciascuna di esse è la stessa.
Si pone in equilibrio la bobina mobile in assenza di
elettricità.
Quando si accende l'alimentatore, il lato della bobina mobile più vicino alla bobina fissa interagisce con i due lati paralleli di quest'ultima: l'effetto è che si perde l'equilibrio e la bobina mobile subirà una rotazione tanto più grande quanto maggiore è l'intensità della corrente elettrica.
Il rettangolo disegnato è la bobina fissa, il
segmento al centro raffigura il lato più vicino della bobina
mobile. Sono evidenziati i versi della corrente ed il vettore forza
risultante.
E' curioso osservare che invertendo il polo positivo con il negativo dell'alimentatore, la forza risultante non cambia di verso:
