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Il campo magnetico descrive l'interazione tra magneti, correnti e cariche in moto: dalle proprietà fondamentali del campo e dalle sue linee si passa alla forza di Lorentz su cariche e conduttori, fino ai campi generati dalle correnti (filo, spira, solenoide) e al teorema di Ampère. È uno dei nuclei centrali dell'elettromagnetismo del quinto anno e mostra il legame profondo, scoperto da Ørsted e Ampère, fra elettricità e magnetismo. L'argomento è pienamente parte del programma valutabile all'Esame di Stato (seconda prova e colloquio).
5sezionica. 20min di lettura4competenzeLivelloBase 1 · Standard 3 · Approfondimento 1Verificato · 06/2026
livello base
Per tutti gli indirizzi liceali è richiesta la padronanza qualitativa e quantitativa di campo magnetico, forza di Lorentz, campi delle correnti elementari e teorema di Ampère applicato a casi simmetrici.
livello avanzato
Nel Liceo Scientifico (e nell'opzione Scienze Applicate) si approfondiscono la trattazione vettoriale completa, il moto elicoidale, la deduzione quantitativa di B per spira e solenoide e i collegamenti con l'induzione e le equazioni di Maxwell.
Lesetiefe: Approfondimento
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Linee del campo magnetico di un magnete a barra
Gauss magnetico
Il flusso del campo magnetico attraverso una qualunque superficie chiusa S è sempre nullo: non esistono cariche magnetiche (monopoli) sorgenti del campo.
Un magnete a barra è racchiuso interamente all'interno di una superficie chiusa (per esempio una scatola immaginaria). Quanto vale il flusso del campo magnetico attraverso questa superficie? Giustifica la risposta.
Il flusso di B attraverso una superficie chiusa è regolato dal teorema di Gauss per il magnetismo.
Poiché non esistono cariche magnetiche isolate, ogni linea di campo che entra nella superficie deve anche uscirne: il bilancio dei flussi entranti e uscenti è esattamente nullo.
Indipendentemente da dove sia il magnete dentro la scatola e da quanto sia intenso il suo campo, il flusso totale è zero.
Risultato: Il flusso del campo magnetico attraverso la superficie chiusa è nullo: \Phi_S(\vec{B}) = 0.
Errori frequenti
Ripasso attivo
Spiega, anche con un disegno, perché spezzando in due un magnete permanente non si ottiene un monopolo magnetico, e collega questo fatto al teorema di Gauss per il campo magnetico.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Forza di Lorentz e regola della mano destra
Forza di Lorentz
Forza su una carica q in moto con velocità v in un campo B; il modulo è F = |q|vB\sin\theta, la direzione è perpendicolare al piano di v e B.
Raggio
Raggio della traiettoria circolare di una carica che entra perpendicolarmente in un campo magnetico uniforme.
Periodo
Periodo del moto circolare: dipende solo da massa, carica e campo, non dalla velocità (frequenza di ciclotrone).
Un protone (massa m = 1.67 × 10⁻²⁷ kg, carica q = 1.6 × 10⁻¹⁹ C) entra con velocità v = 2.0 × 10⁶ m/s perpendicolarmente a un campo magnetico uniforme di intensità B = 0.50 T. Determina il raggio della traiettoria e il periodo del moto.
Velocità perpendicolare a B: la forza di Lorentz è centripeta e il moto è circolare uniforme.
Si applica r = mv/(qB). Numericamente: (1.67e-27 × 2.0e6) / (1.6e-19 × 0.50) = 3.34e-21 / 8.0e-20.
r ≈ 4.18 × 10⁻² m, cioè circa 4.2 cm.
Si applica T = 2πm/(qB) = (2π × 1.67e-27) / (1.6e-19 × 0.50) = 1.049e-26 / 8.0e-20.
T ≈ 1.31 × 10⁻⁷ s, cioè circa 131 ns, indipendente dalla velocità.
Risultato: Raggio r ≈ 4.2 cm; periodo T ≈ 1.3 × 10⁻⁷ s.
Errori frequenti
Ripasso attivo
Un protone entra perpendicolarmente in un campo magnetico uniforme. Discuti come variano raggio e periodo della sua traiettoria se la velocità raddoppia, e spiega perché l'energia cinetica resta costante.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Forza tra due fili paralleli percorsi da corrente
Forza sul filo
Forza su un tratto rettilineo di filo di lunghezza L percorso da corrente i in un campo B; modulo F = iLB\sin\theta.
Fili paralleli
Forza per unità di lunghezza tra due fili paralleli a distanza d: attrattiva se le correnti sono concordi, repulsiva se discordi.
Due fili rettilinei paralleli, distanti d = 10 cm, sono percorsi da correnti concordi i₁ = 5.0 A e i₂ = 3.0 A. Calcola la forza per unità di lunghezza tra i due fili e stabilisci se è di attrazione o di repulsione (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A).
Si usa la forza per unità di lunghezza tra fili paralleli.
F/L = (4π × 10⁻⁷ × 5.0 × 3.0) / (2π × 0.10). Si semplifica 4π/(2π) = 2: F/L = (2 × 10⁻⁷ × 15) / 0.10.
F/L = (30 × 10⁻⁷) / 0.10 = 3.0 × 10⁻⁶ / 0.10 = 3.0 × 10⁻⁵ N/m.
Le correnti sono concordi, quindi i fili si attraggono.
Risultato: F/L = 3.0 × 10⁻⁵ N/m, forza di attrazione.
Errori frequenti
Ripasso attivo
Due fili paralleli distanti 10 cm sono percorsi da correnti concordi di 5.0 A e 3.0 A. Calcola la forza per unità di lunghezza tra i fili e indica se è attrattiva o repulsiva.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Campo magnetico di un solenoide percorso da corrente
Filo rettilineo
Campo magnetico a distanza r da un filo rettilineo indefinito percorso da corrente i (legge di Biot-Savart).
Spira (centro)
Campo magnetico al centro di una spira circolare di raggio R percorsa da corrente i.
Solenoide
Campo magnetico uniforme all'interno di un solenoide ideale con n = N/L spire per unità di lunghezza.
Un solenoide lungo L = 25 cm è costituito da N = 500 spire ed è percorso da una corrente i = 2.0 A. Calcola l'intensità del campo magnetico al suo interno (μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A).
Numero di spire per unità di lunghezza: n = N/L = 500 / 0.25 = 2000 spire/m.
Si usa la formula del campo interno del solenoide.
B = 4π × 10⁻⁷ × 2000 × 2.0 = 4π × 10⁻⁷ × 4000 = 16000π × 10⁻⁷.
B = 16000 × 3.1416 × 10⁻⁷ ≈ 5.03 × 10⁻³ T.
Risultato: B ≈ 5.0 × 10⁻³ T (circa 5.0 mT), diretto lungo l'asse del solenoide.
Errori frequenti
Ripasso attivo
Un solenoide lungo 25 cm è formato da 500 spire ed è percorso da una corrente di 2.0 A. Calcola l'intensità del campo magnetico al suo interno.
Richiamo attivo
Ricorda i punti chiave — poi rivela.
Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Teorema di Ampère: linea amperiana attorno a un filo
Teorema di Ampère
La circuitazione di B lungo una linea chiusa è μ₀ per la somma algebrica delle correnti concatenate con la linea.
Filo da Ampère
Applicando il teorema a una circonferenza di raggio r concentrica al filo si ritrova la legge di Biot-Savart.
Applicando il teorema di Ampère a una linea circolare di raggio r concentrica a un filo rettilineo indefinito percorso da corrente i, ricava l'espressione del campo magnetico B a distanza r dal filo.
Per simmetria, lungo una circonferenza di raggio r centrata sul filo, B ha modulo costante ed è tangente alla circonferenza in ogni punto.
Essendo B parallelo a dl e costante, la circuitazione è il prodotto B per la lunghezza della linea: B × 2πr.
La sola corrente concatenata è i, quindi B × 2πr = μ₀ i.
Isolando B si ottiene la legge di Biot-Savart.
Risultato: B = μ₀ i / (2π r): il campo è inversamente proporzionale alla distanza dal filo, in accordo con la legge di Biot-Savart.
Errori frequenti
Ripasso attivo
Utilizzando il teorema di Ampère con una linea circolare concentrica, ricava la legge di Biot-Savart per il campo a distanza r da un filo rettilineo indefinito percorso da corrente i.
Richiamo attivo
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Fonti: Indicazioni Nazionali per i Licei (DPR 89/2010, DM 211/2010) — Obiettivi Specifici di Apprendimento (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM)) · Esame di Stato del secondo ciclo — quadri di riferimento e griglie di valutazione (Ministero dell'Istruzione e del Merito (MIM))
Riferimenti e fonti