Forze magnetiche

INTRODUZIONE

Se un filo conduttore percorso da corrente è immerso in un campo magnetico uniforme B, su di esso agisce una forza magnetica data da:
                                       (1)

dove i è l’intensità di corrente, L è il vettore avente modulo pari alla lunghezza del conduttore e orientamento come quello della corrente.

DESCRIZIONE DELL’APPARATO SPERIMENTALE

L’apparato a disposizione permette di studiare l’interazione tra un conduttore percorso da corrente stazionaria e un campo magnetico statico, permettendo misure relative alla dipendenza della forza dall’intensità di corrente, dalla lunghezza del conduttore e dall’intensità del campo magnetico.

Un supporto di ferro, che può alloggiare fino a sei magneti permanenti uguali e rimuovibili, viene posto sul piatto di una bilancia elettronica di precisione (sensibilità 0.01 g), la cui lettura viene azzerata sul peso del supporto coi magneti. Inserendo un conduttore nella zona di campo uniforme dei magneti, il supporto risente di una forza verticale, il cui verso dipende dalla direzione di scorrimento della corrente. Dalla differenza misurata dalla bilancia quando non passa o quando passa corrente si può ricavare la forza d’interazione.
I conduttori sono realizzati su circuiti stampati, di diversa lunghezza, indicata sui conduttori stessi, e vengono inseriti su un braccio articolato, che ne permette il posizionamento e l’alimentazione.  L’alimentatore fornisce una corrente fino a 10A,  il cui valore può essere misurato con precisione tramite un multimetro.

Inserire il conduttore tra i poli del magnete in modo che si trovi equidistante tra essi e parallelo al magnete. Allora L e B sono perpendicolari tra loro, la forza risulta diretta perpendicolarmente al piano che contiene i e B, con modulo dato da F = iLB e verso che dipende dal verso in cui circola la corrente nel conduttore.

SVOLGIMENTO DELL’ESPERIENZA

L’apparato a disposizione permette di verificare la legge (1) rispetto a ciascuna delle grandezze in gioco:

1. Scelto uno dei conduttori disponibili e utilizzando il magnete completo si misura la forza al variare della intensità di corrente. Si costruisce un grafico di F verso i con cui dimostrare l’esistenza di una relazione lineare. Si ricavano i parametri della retta interpolante, direttamente dal grafico o utilizzando il metodo dei minimi quadrati. Nota la lunghezza del conduttore si ricava il valore di B. Si può confrontare il valore ottenuto per B con quello misurato usando una sonda di Hall.
2. Si fissa un valore di corrente e si ripete la misura della forza per i quattro conduttori a disposizione. Si costruisce un grafico di F verso L con cui dimostrare l’esistenza di una relazione lineare. Noto il valore dell’intensità di corrente si ricava il valore di B che può essere confrontato con quelli precedenti.
3. Scelto un conduttore e fissato un valore per la corrente si ripete la misura della forza variando il numero di componenti nel magnete. Si misura B utilizzando la sonda di Hall e si costruisce un grafico di F verso B con cui dimostrare l’esistenza di una relazione lineare.

In ciascun caso si può verificare che cambiando il verso di scorrimento della corrente nel conduttore (invertendo i morsetti nell’alimentatore) la forza misurata sulla bilancia è la stessa ma con verso opposto (il peso letto sulla bilancia risulta positivo/negativo).