Forza di Lorentz

Relazione di Fisica

Titolo: forza di Lorentz.

Scopo: verificare l'esistenza di una forza generabile dal movimento di cariche elettriche all'interno di un campo di induzione magnetica e calcolarlo.

Materiale: generatore di corrente continua, resistore fili conduttore, struttura magnetica,parte rigida contenente fili di l= 80mm e l=40mm.

Strumenti: voltmetro analogico, bilancia ad alta sensibilità.

Procedimento: si costruisce un circuito (vedi in ura) dotato di generatore, voltmetro, e resistore con r=10Ω (per non generare un corto circuito). Caratteristica di questo circuito è quella di possedere una parte rigida contenente solamente un prolungamento dello stesso. Questo prolungamento del cavo viene inserito all'interno di una struttura magnetica (formata da 12 cubetti di materiale ferromagnetico) il quale viene posto su di una bilancia ad altissima sensibilità. Questa disposizione del materiale , unita al bloccaggio del circuito ad un asta , permette di rilevare sulla bilancia la forza che viene esercitata dal magnete: si può ben capire utilizzando la 3° legge di Newton ogni azione provoca una reazione uguale e contraria su corpi differenti.

Si fornisce al circuito corrente continua (legge di circuitazione non viene disturbata dalla presenza del magnete) e attraverso il valore indicato dalla bilancia si cerca di capire cosa accade nella parte di filo avvolta dal campo magnetico al variare della lunghezza del filo,della tensione, e dell'intensità del campo magnetico B.

Si nota come dai dati rilevati in precedenza vi sia una relazione di proporzionalità diretta fra I e F quella forza esercitata dal magnete sul filo in cui passano i portatori di carica in questo caso abbiamo utilizzato un filo di lunghezza l=80mm.

Ora andiamo a vedere al variare della lunghezza del filo ne utilizziamo uno di l=40mm.

Anche in questo caso si può notare come permanga il rapporto di proporzionalità diretta e ne deduciamo che vi è questo rapporto anche tra la lunghezza del filo ovviamente solo quello immerso nel campo B.

L'ultima verifica che effettuiamo è dimezzare il campo magnetico B togliendo dalla nostra struttura magnetica 6 cubetti, filo di l=80mm ed una I=0,4A troviamo un forza di 5,8*10^-4 e confrontandola con l'ultimo dato della prima tabella possiamo dire che troviamo anche un rapporto di proporzionalità diretta fra campo magnetico B e forza magnetica trovando la formula:  

Visione dall'altro

Bilancia

Resistore

Quando il campo è diretto orrizzontalmente, la forza magnetica sarà diretta verso l'alto, viceversa sarà diretta verso il basso.

Per memorizzare questa relazione, usa la regola della mano sinistra fatta con la destra.

I passaggi operativi sono questi:

Tieni le tue dita nel verso delle cariche.

Torci le dita nella direzione del campo magnetico.

Il tuo pollice indicherà la direzione della forza magnetica.

La formula da noi individuata sperimentalmente è una formula macroscopica ora tramite delle astuzie algebriche proviamo a trasformarla in una formula microscopica.

q=I*Δt  d=densità di carica S=sezione del filo V=velocità media delle cariche

q=d*S*V* t

I* t=d*S*V* t I=d*S*V

all'interno della formula Fb=B*I*l andiamo a sostituirci la I appena calcolata.

Fb=B*d*S*V*l d=n*qe/v n=numero di cariche che si spostano lungo il filo solo quello immerso nel campo magnetico qe=valore di una carica l=lunghezza del filo

S*l=v v=volume

Fb=B*V*((n*qe)/ v )* v= n*qe*V*B

Quando una carica elettrica q si muove con velocità v in un campo di induzione magnetica B, su di essa si sviluppa una forza Fb le cui caratteristiche (direzione, verso, intensià) sono individuate dalla relazione vettoriale seguente    Fb=q*v^(prodotto vettoriale)B.