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Esperienza di Ampere

Spiegazione dell'esperienza di Ampere

L’esperienza di Ampere dimostra l’esistenza di una interazione tra correnti elettriche spiegabile a partire dai fenomeni magnetici ad esse connessi.

Campo magnetico generato da un filo percorso da corrente

Dall’esperienza di Oersted sappiamo che un filo conduttore percorso da corrente genera attorno a se un campo magnetico le cui linee sono circonferenze concentriche al filo.

Tale proprietà è evidenziabile spargendo ad esempio della limatura di ferro attorno al filo: in assenza di corrente la limatura risulta posta in maniera disordinata attorno al filo. Nel momento in cui si fa circolare la corrente nel filo invece i pezzettini di ferro di dispongono proprio su linee di circonferenze concentriche al filo.

Per determinare invece il verso si può utilizzare la regola della mano destra in cui il pollice segue il verso della corrente e le dita restituiscono il verso con cui le linee circondano la corrente.

verso del campo magnetico

Forza magnetica su un filo percorso da corrente e soggetto a campo magnetico

L’espressione della forza totale agente su di un filo conduttore percorso da corrente i, di lunghezza L ed immerso in un campo magnetico di intensità B è data dal prodotto vettoriale del vettore diretto lungo la direzione del filo nel verso della corrente ed il vettore campo magnetico moltiplicato per la corrente i:

Forza totale agente sul conduttore

Per stabilire direzione e verso della forza magnetica agente sul filo conduttore percorso da corrente è necessario invece applicare la regola della mano destra.

Regola della mano destra per un filo percorso da corrente

Esperienza di Ampere

L’esperienza di Ampere consiste nel determinare l’interazione esistente tra due fili conduttori disposti parallelamente a distanza d tra di loro e percorsi da correnti:

Due fili conduttori paralleli

Possiamo avere due casistiche: la prima è quella relativa al fatto che i due fili sono percorsi da correnti elettriche aventi lo stesso verso, la seconda è quando le correnti sono di verso opposto.

Partiamo con l’analizzare il caso di correnti equiverse:

Due fili paralleli percorsi da correnti equiverse

Il filo 1 genera attorno a sé un campo magnetico di intensità B1 che ha direzione e verso stabiliti dall’esperienza di Oersted. Per cui sul filo due, che rappresenta un filo conduttore percorso da corrente immerso in un campo magnetico, si manifesterà una forza diretta verso il primo filo secondo la regola della mano destra.

Verso della forza di fili paralleli percorsi da correnti equiverse

Anche il filo 2 però genera a sua volta un campo magnetico di intensità B2 che agirà sul filo 1 e creerà in quest’ultimo una forza diretta verso il filo 2:

Verso della forza di fili paralleli percorsi da correnti equiverse secondo filo

Si conclude quindi che due fili percorsi da corrente e disposti parallelamente tra di loro si attraggono se le correnti sono equiverse.

Analizziamo adesso il caso di correnti opposte invertendo il verso di una delle due correnti:

Due fili paralleli percorsi da correnti di verso opposto

Facendo lo stesso ragionamento visto prima per costruzione tramite la regola della mano destra si arriva alla conclusione che i due fili stavolta si respingono:

Verso della forza di fili paralleli percorsi da correnti di verso opposto

Per cui si evince che due fili conduttori percorsi da corrente e disposti parallelamente tra di loro si respingono se le correnti sono discordi.

La legge di ampere

La forza, in modulo, che il filo 1 esercita sul filo 2 sarà data dal prodotto di:

F12 = i2 ∙ L ∙ B1

in cui i2 è l’intensità di corrente che scorre nel secondo filo, L la lunghezza del filo (uguale per i due fili) e B1 l’intensità del campo magnetico generato dal primo filo.
Mentre B1 avrà un’intensità data dalla legge di Biot Savart:

con d distanza tra i due fili. Combinando le due:

Tale espressione è la stessa per entrambi i fili si conclude quindi che ogni filo sente la stessa forza in modulo e direzione ma di verso opposto.

La forza con cui si attraggono o si respingono due fili percorsi da corrente è pari al prodotto della permeabilità magnetica nel vuoto per le due intensità di corrente che percorrono i due fili per la loro lunghezza diviso 2 volte pi greco per la distanza a cui sono posti i fili:

La costante di permeabilità magnetica nel vuoto vale 4∙π∙10-7 N/A2.

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