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ELETTRONICA
… studiare, studiare ed ancora studiare,
è il solo modo di capire quanto possa
essere grande sia la propria ignoranza!
Massa
kilogrammo
kg
FORZA MAGNETOMOTRICE E FORZA MAGNETIZZANTE
Forza magnetomotrice e forza magnetizzante
Riprendendo in esame la formula che esprime
l’intensità del vettore induzione
all’interno di un solenoide
rettilineo, si possono definire altre due grandezze che interes-
-sano lo studio dei circuiti magnetici.
Il prodotto:
tra il numero di spire e l’intensità della corrente magnetiz
-zante è detto forza magnetomotrice (f.m.m.).
La sua unità di misura è l’ampere, dato che il numero di spire
è adimensionato.
Nella terminologia pratica si usa però misurare la f.m.m. in amperspire (Asp), per mettere in
risalto la funzione di N.
Analogamente alla f.e.m., che è la grandezza che produce la circolazione della corrente in un
circuito elettrico, la f.m.m. deve essere intesa come la grandezza che produce la magnetiz-
-zazione di un circuito magnetico.
Il rapporto:
tra la f.m.m. e la lunghezza della linea di forza sulla quale essa agisce può essere definito
come la forza magnetizzante e rappresenta il valore della f.m.m. per unità di lunghezza
della linea di forza.
Dalla relazione appena scitta, si ricava immediatamente la sua unità di misura, che è
l’amperspire su metro (Asp/m), equivalente all’ampere su metro (A/m).
Sostituendo l’espressione di H nella relazione iniziale, si ricava il legame tra B e H:
L’espressione, pur essendo stata ricavata per un caso particolare, è del tutto generale e
stabilisce la relazione tra l’induzione magnetica e la forza magnetizzante per ogni punto del
campo magnetico. Il rapporto fra le due grandezze, pari al valore della permeabilità
magnetica μ, dipende solo dal tipo di materiale entro il quale si sviluppa il campo magnetico.
Le appena scritte relazioni, possono essere interpretate nel seguente modo:
• la corrente elettrica che circola in una bobina di N spire produce una forza
magnetizzante H direttamente proporzionale alla f.m.m. Fm= NI e inversamente propor-
-zionale alla lunghezza della linea di forza interessata da tale f.m.m.; nel linguaggio
tecnico si parla di linea di forza concatenata con le N spire della bobina (figura A), nel senso
che la linea di forza passa attraverso tutte le spire della bobina;
•
la forza magnetizzante H non dipende dal tipo di materiale entro cui si sviluppa il
campo magnetico;
•
l’intensità del campo magnetico creato, indicata tramite il modulo del vettore
induzione magnetica
, dipende, invece, in misura direttamente proporzionale dalla
permeabilità del materiale magnetico, vale a dire che la stessa forza magnetizzante H
produce effetti diversi a seconda del mezzo magnetico interessato dal campo.
L’espressione può anche essere scritta in forma vettoriale:
In questo modo si introduce il vettore
che, essendo legato a
da una grandezza
scalare positiva, avrà le seguenti caratteristiche:
• direzione e verso coincidenti con quelli del vettore
;
• intensità legata a quella di
dalla relazione:
Esempio: Su un solenoide toroidale, di raggio medio r = 10 cm, sono avvolte 100 spire
percorse dalla corrente I = 5 A.
Calcolare il valore della f.m.m. e della forza magnetizzante.
Usando le consuete formule, si ha:
Permeabilità magnetica relativa, classificazione dei materiali magnetici
Nei paragrafi precedenti, sono state introdotte la permeabilità magnetica μ di un materiale e
quella del vuoto μo = 4 π × 10–7 H/m, detta permeabilità magnetica assoluta.
Riferendo il valore della permeabilità magnetica di un materiale a quella del vuoto, si ottiene
la permeabilità magnetica relativa, data dal rapporto:
Definizione
di permeabilità
magnetica relativa
che indica quante volte la permeabilità del materiale considerato è maggiore di quella del
vuoto, presa come riferimento. È evidente che la permeabilità relativa, essendo un rapporto
tra grandezze che hanno la stessa unità di misura, è un numero adimensionato.
A parità di forza magnetizzante H, l’induzione magnetica B creata in un materiale di
permeabilità μ e l’induzione Bo creata nel vuoto sono legate dal rapporto:
e quindi:
A seconda del valore di μr, i materiali magnetici possono essere classificati come di
seguito indicato.
Materiali diamagnetici, per i quali si ha μr : in questo caso il
campo prodotto nel materiale è meno intenso di quello che si produrrebbe nel vuoto, in
quanto il materiale stesso si oppone alla magnetizzazione.
Hanno tale comportamento, per esempio, l’acqua, l’argento e il rame. È da tenere presente
che il comportamento diamagnetico non è mai vistoso, nel senso che la permeabilità rela-
-tiva, anche se inferiore a 1, non si discosta molto dall’unità. Per esempio, la permeabilità
relativa del rame è pari a 1 – 10 × 10^-6.
Materiali paramagnetici, per i quali si ha : in questo caso il
campo prodotto nel materiale è più intenso di quello che si produrrebbe nel vuoto,
in quanto il materiale stesso favorisce la magnetizzazione.
Comportamento paramagnetico è presentato dall’alluminio, dal platino e, in misura molto
limitata, dall’aria, per la quale si considera, in pratica, μ = μ0. Anche il comportamento
paramagnetico è, in genere, poco vistoso e la permeabilità relativa supera di poco l’unità.
Per esempio, nel caso dell’alluminio, si ha: μr= 1 + 22 × 10 ^–6.
Materiali ferromagnetici, per i quali si ha : per questi
materiali il comportamento paramagnetico è molto accentuato, dato che hanno valori
della permeabilità migliaia di volte più elevati di quella del vuoto. Il loro uso consente di
ottenere induzioni molto intense con limitati valori di H e, quindi, di corrente magnetizzante.
Tra i metalli il più importante materiale ferromagnetico è il ferro (da cui la denominazione
attribuita a questi materiali); hanno questo comportamento anche il nichel e il cobalto.
Nelle applicazioni pratiche non vengono usati metalli allo stato puro, ma numerose leghe,
generalmente a base di ferro, e materiali particolari, denominati ferriti.
Tutti i materiali ferromagnetici perdono le loro peculiari caratteristiche e si comportano come
paramagnetici al disopra di una certa temperatura, detta temperatura di Curie, che è una
grandezza tipica del materiale. Per esempio, il ferro ha una temperatura di Curie di 770 °C.
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