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Magnetismo

Magneti e poli, linee di campo e bussole, campo magnetico terrestre, elettromagneti e il loro impiego nei motori e nei generatori. Nel laboratorio dell'energia puoi esplorare le linee di campo con una bussola e modificare il numero di spire e la corrente di una bobina.

Progressi

Informazioni sul corso

Nel 1600 il medico inglese William Gilbert pubblicò De Magnete, un libro sui propri esperimenti con i magneti. Scolpì un pezzo di magnetite a forma di sfera, mosse piccoli aghi di bussola sulla superficie e sostenne che la Terra si comporta come un grande magnete. Autori precedenti avevano sospettato un legame tra Terra e bussola, ma il libro di Gilbert fu il primo a esprimerlo chiaramente. L'idea spiega ancora il funzionamento della bussola: il polo magnetico vicino al Polo Nord geografico è, in termini magnetici, un polo sud; per questo vi punta l'estremità nord dell'ago.

Le cinque unità iniziano dai magneti e dai loro poli. Tagliando a metà un magnete a barra ottieni due magneti, ciascuno con un proprio polo nord e sud. Seguono campi magnetici e linee di campo: il campo terrestre in superficie misura circa 25-65 microtesla, mentre quello dentro il solenoide di una risonanza magnetica ospedaliera è decine di migliaia di volte più intenso. Un'unità sul campo terrestre riprende Gilbert. L’unità sugli elettromagneti mostra che una bobina di 200 spire in 10 cm, percorsa da 2 A, produce al suo interno circa 5 mT, circa 100 volte il campo terrestre. L'ultima unità tratta motori e generatori: un filo di 5 cm percorso da 20 A trasversalmente a un campo di 1.5 T subisce una forza di 1.5 N; applicare l'idea a una spira dà un motore. Il laboratorio dell'energia disegna linee di campo da esplorare con una bussola e la Terra come magnete inclinato. Modifichi spire e corrente di una bobina di 10 cm; invertendo la corrente ne scambi i poli.

Prima di iniziare

Le prime tre unità su poli, linee di campo e campo terrestre non richiedono niente prima. Elettromagneti, motori e generatori dipendono dalla corrente, quindi fare prima Elettricità renderà molto più facile seguire la seconda metà.

Alla fine

Alla fine saprai prevedere se due poli si attraggono o si respingono, disegnare le linee di campo e spiegare perché non si incrociano mai e dire perché l'estremità nord di una bussola punta verso quello che, in termini magnetici, è un polo sud. Saprai stimare il campo dentro una bobina, calcolare la forza su un filo percorso da corrente in un campo e spiegare come quella forza fa girare un motore.

  1. 1I magneti e i loro poliTagliando a metà una calamita a barra ottieni due magneti, ciascuno con un polo nord e un polo sud.
  2. 2Campi magnetici e linee di campoAlla superficie terrestre il campo è compreso tra circa 25 e 65 microtesla; dentro il solenoide di un'apparecchiatura ospedaliera per la risonanza magnetica è decine di migliaia di volte più forte.
  3. 3Il campo magnetico terrestreIl polo magnetico vicino al Polo Nord geografico è, nel linguaggio dei magneti, un polo sud: per questo attira l'estremità nord della bussola.
  4. 4ElettromagnetiUna bobina con 200 spire in 10 cm, percorsa da 2 A, produce all'interno un campo di circa 5 mT, pari a circa 100 volte quello terrestre.
  5. 5Motori e generatoriUn filo lungo 5 cm percorso da 20 A, disposto trasversalmente a un campo di 1.5 T, subisce una forza di 1.5 N. Applica questa idea a una spira per farla ruotare e ottieni un motore.

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Fonti di questo corso (16)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 22.1 Magnets (all magnets have N and S poles, north-seeking and south-seeking, like poles repel and unlike attract, poles cannot be separated, the magnetic pole near the geographic North Pole is a south magnetic pole, sunspots come in N/S pairs)
  • 22.2 Ferromagnets and electromagnets (iron, cobalt, nickel, gadolinium; neodymium alloys; domains grow to millimetre size; Curie temperature of iron 1043 K (770 °C); Oersted saw a compass needle deflected by a current; electromagnets in scrapyard cranes, particle accelerators and MRI; electric current is the source of all magnetism; no monopoles observed)
  • 22.3 Magnetic fields and field lines (direction = where a compass north end points; four rules: tangent, density = strength, never cross, closed loops from N to S outside)
  • 22.7 Magnetic force on a current-carrying conductor (F = I l B sin θ, 1 T = 1 N/(A·m), example 20.0 A, 5.00 cm, 1.50 T gives 1.50 N; motors)
  • 22.9 Magnetic fields produced by currents (Oersted 1820, right hand rule 2, B = μ0 I ÷ (2π r), μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A, Earth's field about 5.0 × 10⁻⁵ T, 25 A at 5.0 cm gives twice that; loop centre B = N μ0 I ÷ 2R; solenoid B = μ0 n I, 2000 loops over 2.00 m with 1600 A gives 2.01 T, MRI; ferromagnetic cores)
  • 23.1 Induced emf and magnetic flux (Faraday's iron-ring apparatus, emf only while the field changes, magnet pushed into a coil, faster motion gives more emf, generators, Φ = B A cos θ)
  • NIST CODATA 2022 vacuum magnetic permeability μ0 = 1.25663706127(20) × 10⁻⁶ N/A² (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?mu0)
  • NOAA NCEI Geomagnetism Frequently Asked Questions (ncei.noaa.gov/products/geomagnetism-frequently-asked-questions): field like a dipole at Earth's centre, over 90% from the outer core, intensity roughly 25,000 to 65,000 nT (0.25 to 0.65 gauss)
  • 1 gauss = 100,000 nT, declination = angle between magnetic north and true north (east positive)
  • inclination, dip poles, dipole axis 9.41° from the rotation axis (WMM2020, 2020.0)
  • north magnetic pole moving about 55 km per year north-northwest (2001 and 2007 surveys)
  • last reversal about 750,000 to 780,000 years ago, reversals spaced 5 thousand to 50 million years, a reversal would take several thousand years, models renewed every five years, blackout zones where H < 2000 nT, compass balance weights differ by hemisphere, true bearing = magnetic bearing + declination
  • NOAA NCEI news "World Magnetic Model 2025 Released" (17 December 2024)
  • NOAA NCEI "December 2025 State of the Geomagnetic Field" (north dip pole 36 km/yr and south dip pole 9 km/yr since 1 January 2025)
  • USGS, "Pre-gilbertian conceptions of terrestrial magnetism" (pubs.usgs.gov/publication/70009843): Gilbert's De Magnete (1600) first suggested that Earth behaves as a great magnet. Royal Institution, Michael Faraday's ring-coil apparatus (rigb.org): made August 1831, success on 29 August 1831, the first electric transformer
  • APS News "This Month in Physics History" (Aug 2001): Faraday's electromagnetic rotation experiments of September 1821, the principle behind the electric motor.

Consultato il: 2026-10-17