IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE

II campo magnetico è la regione dello spazio in cui si sente l'azione della forza magnetica; esso è un campo vettoriale generato nello spazio da un conduttore attraversato da corrente o da un magnete, cioè da un corpo, che comunemente definiamo calamita, che ha la capacità di attirare verso di sé la limatura di ferro: ciò accade perché le calamite contengono un minerale di ferro, detto magnetite, cioè Fe₃0₄ . Ogni calamita è caratterizzata da un polo nord e un polo sud, che sono inseparabili, infatti se si prova a dividere una calamita in un numero infinito di parti, ci rendiamo conto che ogni piccolo frammento rappresenterà a sua volta un'altra piccola calamita avente un polo nord e un polo sud. Per individuare nello spazio la presenza di un campo magnetico, basta usare un ago magnetico, cioè una lamina metallica che risente del campo magnetico orientando le sue estremità e indicando, quindi, un polo nord e un polo sud. Il campo magnetico è un campo non conservativo, cioè è quella regione dello spazio in cui il lavoro non dipende dalla posizione iniziale e dalla posizione finale, ma solo dalla traiettoria, e dove non si può definire il potenziale, perciò si ricorre alla circuitazione, cioè al calcolo del lavoro lungo una linea chiusa. Il campo magnetico, essendo un campo vettoriale, cioè un campo in cui ad ogni punto corrisponde un determinato vettore, ha un verso, una direzione ed una intensità. Il verso e la direzione sono rappresentati dal verso e dalla direzione della retta che congiunge il polo nord ed il polo sud. Prima di parlare dell'intensità del campo magnetico, bisogna dire che esso è anche caratterizzato da linee di campo, cioè da curve chiuse che, partendo dal magnete, ritornano di nuovo sul magnete. Le linee di campo sono chiuse, altrimenti si potrebbe calcolare il potenziale(lavoro compiuto per spostare la carica da un punto dello spazio all'infinito) e ciò indurrebbe a pensare che il campo magnetico è un campo conservativo.

  L'intensità del campo magnetico è la forza che esso esercita punto per punto sul conduttore percorso da corrente elettrica. Supponiamo di trovarci in un campo magnetico, le cui linee di campo sono parallele tra di loro e supponiamo di avere un filo conduttore attraversato da corrente. Il campo magnetico esercita sul conduttore una forza che è nulla se il filo è parallelo rispetto alle linee di campo, è minima se il conduttore si trova in una posizione obliqua rispetto alle linee di campo ed è massima se il conduttore è perpendicolare rispetto alle linee di campo; in quest'ultimo caso avremo che la forza F= Bil, dove B è l'intensità del campo magnetico; i è l'intensità della corrente che attraversa il nostro filo conduttore; 1 rappresenta, invece, la lunghezza del filo. Dalla formula inversa di questa formula ci possiamo ricavare l'intensità del campo magnetico: B=F/il ; B viene misurata in T (=tesla) e 1T=1N/1A*1m. Nel caso in cui il conduttore si trova in una posizione obliqua rispetto alle linee di campo del campo magnetico, la F= B il; proiettando B su B e chiamando a l'angolo compreso tra i due vettori, per il teorema dei triangoli rettangoli, otteniamo che B =B sena => F = Bil sena. 

GEOGRAFIA ASTRONOMICA:

L'intensità è una caratteristica importante non solo di un generico campo magnetico, ma anche del campo magnetico terrestre, cioè del campo magnetico che esiste intorno alla superficie terrestre. Tale campo è caratterizzato da un polo nord magnetico e da un polo sud magnetico, che, però, non devono essere confusi con i poli terrestri, infatti la congiungente dei poli magnetici non coincide con l'asse terrestre che attraversa il centro della Terra, ma dista da quest'ultimo circa 1200 km; inoltre tra l'asse terrestre e l'asse magnetico esiste un angolo di circa 11°, detto DECLINAZIONE MAGNETICA. Non dobbiamo considerare i poli magnetici come dei veri e propri punti geometrici, poiché essi sono localizzati entro zone di estensione variabile. Il campo magnetico terrestre è anche caratterizzato, come ho già detto, da un'intensità, cioè dalla forza che esso esercita punto per punto sulla superficie terrestre. L'intensità del campo magnetico terrestre non è sempre costante e stabile, ma può variare; esistono variazioni a breve periodo, cioè variazioni diurne o annuali, che dipendono dal moto di rivoluzione terrestre, e altre che hanno una periodicità secolare. Col passare del tempo l'intensità continua a diminuire, infatti dal 1830 ad oggi l'intensità è diminuita del 5%. Si risente del campo magnetico terrestre anche al di sopra della superficie terrestre, in una zona che viene chiamata MAGNETOSFERA e che rappresenta una specie di scudo contro le radiazioni cosmiche, infatti molte particelle ionizzate provenienti dal vento solare vengono catturate dal campo magnetico terrestre e finiscono per concentrarsi in due zone: le FASCE DI VAN ALLEN, che difendono la Terra dalle radiazioni solari. Una è situata a 3000 km dalla Terra ed è costituita da protoni; l'altra, la più esterna dista dalla Terra 25000 km ed è costituita da elettroni. Il campo magnetico terrestre può subire delle importanti variazioni, cioè le INVERSIONI di polarità, cioè il polo nord prende il posto del polo sud e viceversa; le inversioni sono state scoperta grazie al magnetismo fossile, cioè grazie allo studio del campo magnetico terrestre sulla base dei fossili. La causa delle inversioni è ancora un mistero; secondo alcuni geofisici esse sono causate dalle correnti convettive che periodicamente si verificano nel nucleo esterno. Per quanto riguarda le conseguenze di queste inversioni, alcuni scienziati ritengono che queste inversioni causino un annullamento del magnetismo terrestre e la ssa delle fasce di Van Allen: la Terra è soggetta alle radiazioni cosmiche molto dannose per l'uomo.

  Ma da dove ha origine il campo magnetico terrestre? Varie sono state le ipotesi offerte a tale domanda: in un primo momento si è pensato che il nucleo ferroso si comporti come un'enorme calamita capace, quindi di creare un campo magnetico. Questa ipotesi è caduta quando si è dimostrato che il ferro alla temperatura di 950°(tale soglia prende il nome di PUNTO DI CURIE) perde le proprie proprietà magnetiche; poiché il ferro presente nel nucleo è caratterizzato da una temperatura di gran lunga superiore di 950°, non si può accettare tale ipotesi. L'altra teoria prende il nome di TEORIA DI RITMANN, secondo cui se la Terra avesse un nucleo simile a quello solare, la materia all'interno sarebbe costituita da plasma a causa delle alte temperature e della forte pressione; inoltre i protoni e gli elettroni sarebbero liberi di muoversi e non ben distribuiti. Tale teoria fu poi superata da quella della GEODINAMO. Nella dinamo,la rotazione di una spira metallica in un campo magnetico genera un campo elettrico. D'altra parte, è anche vero che il passaggio di corrente elettrica in un filo genera, come una calamità, un campo magnetico. La geodinamo viene anche definita dinamo ad autoinduzione o autoeccitata o autoalimentata. Vediamo perché. La rotazione della Terra e il calore rilasciato dal decadimento radioattivo fanno circolare il ferro fuso nel nucleo esterno. Nei suoi movimenti, il fluido conduttore interagisce con un campo magnetico iniziale. Questa interazione produce un campo elettrico, così come avviene lungo un filo che si muove in un campo magnetico. La corrente elettrica genera a sua volta, grazie al suo movimento, un campo magnetico, che, aggiungendosi a quello iniziale, lo incrementa, lo rinforza. Per questo motivo la geodinamo viene definita autoalimentata. Ma a questo punto ci chiediamo da dove tragga origine il campo magnetico iniziale. Secondo alcuni scienziati esso è imputabile al campo magnetico solare, secondo altri è il risultato delle correnti casuali che si verificano tra il mantello e il nucleo esterno.