Differenza tra campo magnetico e campo elettrico

Quali sono le differenze tra il campo magnetico e il campo elettrico?

In questa lezione, dopo avere introdotto brevemente il campo magnetico e il campo elettrico, vedremo cosa accomuna e cosa differenzia questi due campi; iniziamo ad analizzare le analogie tra i due campi.

Analogie tra il campo magnetico e il campo elettrico

Iniziamo con elencare le analogie tra i due campi:

1) Sono entrambi campi vettoriali di forza ovvero descritti in ogni punto dello spazio tramite linee di campo per cui è univocamente possibile prevedere quale sarà il vettore forza (elettrica o magnetica) in quel preciso punto.

2) Entrambi godono del principio di sovrapposizione: il campo elettrico totale prodotto in un punto da più cariche è la somma vettoriale dei campi elettrici generati dalle cariche considerate singolarmente così come il campo magnetico totale generato in un punto dello spazio da più correnti è uguale alla somma vettoriale dei campi magnetici generati dalle singole correnti elettriche.

3) Esistono due tipi di cariche elettriche (positive e negative) così come esistono due tipi di polo (nord e sud). Inoltre per entrambi i campi vale la stessa proprietà che cariche/poli concordi si respingono mentre cariche/poli opposti si attraggono.

4) È possibile elettrizzare o magnetizzare un conduttore inizialmente scarico o non magnetico.

Differenze tra campo elettrico e campo magnetico

Esistono notevoli ed importanti differenze tra i due campi che elenchiamo qui di seguito:

1) Il campo elettrostatico è generato da cariche elettriche ferme.

Il campo magnetico è generato da cariche elettriche che si muovono uniformemente.

2) È possibile isolare le cariche elettriche negative e positive.

Non è possibile isolare i poli di un magnete, non esiste il monopolo magnetico.

3) Le linee di campo elettrostatico si generano sulle cariche positive (sorgenti) e vanno verso l'infinito oppure provengono dall'infinito e convergono verso quelle negative (pozzi) si tratta quindi di linee aperte.

Le linee di campo magnetico sono sempre linee chiuse che hanno verso che va dal polo nord al polo sud di un magnete e continuano al suo interno attraversando il magnete stesso.

4) Si utilizza una carica di prova per rilevare il campo elettrico: si tratta di una carica elettrica ferma posta in una regione dello spazio e si verifica se su di essa agisce una forza sintomo della presenza di un campo elettrico.

Si utilizza un magnete di prova cioè un ago magnetico per rilevare un campo magnetico.

5) Il campo elettrostatico è un campo conservativo cioè il lavoro svolto dalle forze del campo non dipende dal percorso seguito ma solo dalla posizione iniziale e da quella finale. Se esse coincidono (percorso chiuso) allora il lavoro è nullo. Essendo il campo elettrico conservativo è possibile definire una grandezza scalare come l'energia potenziale elettrica ed il potenziale elettrico.

Il campo magnetico è un campo non conservativo per cui il lavoro svolto dalle forze del campo dipende dal percorso scelto e quindi non è possibile definire un'energia potenziale o un potenziale.

6) Il teorema di Gauss per il campo elettrico afferma che il flusso del campo elettrico attraverso una qualsiasi superficie chiusa è sempre pari al rapporto tra la somma algebrica delle cariche elettriche contenute all'interno della superficie e la costante dielettrica nel vuoto ε₀. Ciò significa che le linee di campo si originano dalle cariche positive e vanno verso l'infinito (sorgenti) oppure dall'infinito convergono verso le cariche negative (pozzi).

Il teorema di Gauss per il campo magnetico afferma che il flusso del campo magnetico attraverso qualsiasi superficie chiusa è sempre pari a zero. Ciò significa che le linee di campo magnetico sono sempre chiuse e partono dal polo nord del magnete verso il polo sud rientrando nel magnete stesso. Non è dunque possibile isolare un polo magnetico cioè non è possibile avere in natura un monopolo magnetico.

7) Nei fenomeni di elettrizzazione di un corpo vi sono cariche in movimento che determinano lo stato di carica positivo o negativo di un corpo. In particolare un eccesso di elettroni rendono il corpo carico negativamente mentre un difetto di essi rendono il corpo carico positivo.

Nei processi di magnetizzazione dei materiali ferromagnetici non ci è alcun passaggio di poli.

8) La forza elettrica che agisce su una carica è determinabile a partire dal campo elettrico come il prodotto tra campo elettrico e carica elettrica. Dunque la direzione della forza elettrica e quella del campo elettrico coincideranno: F = E ∙ q (in grassetto le grandezze vettoriali).

La forza magnetica che agisce su una carica in moto in un campo magnetico (detta forza di Lorentz) è un prodotto vettoriale tra il vettore velocità della carica e il vettore campo magnetico: F = q ∙ v ⋀ B (⋀ è il simbolo del prodotto vettoriale). La direzione e il verso della forza magnetica allora non saranno sullo stesso piano in cui si trovano i vettori velocità e campo magnetico.

9) Se una particella carica viene inserita all'interno di una regione dello spazio in cui è presente un campo elettrico essa seguirà una traiettoria rettilinea o parabolica a seconda che la direzione della velocità della particella coincida con la direzione del campo elettrico oppure sia differente. In ogni caso sulla carica agisce un'accelerazione che fa variare il modulo della velocità pertanto il moto può essere rettilineo uniformemente accelerato o moto parabolico.

Per una particella carica inserita in un campo magnetico possono verificarsi tre casi:

a) se la velocità iniziale della carica ha la stessa direzione del campo magnetico la carica procede di moto rettilineo uniforme a velocità costante non subendo alcuna forza (prodotto vettoriale tra velocità e B nullo essendo l'angolo 0 e sen0=0);

b) se la velocità iniziale della carica è perpendicolare alla direzione del campo magnetico la carica si muoverà di moto circolare uniforme;

c) se la velocità iniziale della carica forma un angolo diverso da 90° con la direzione del campo la traiettoria della carica sarà di tipo elicoidale ma il modulo della velocità non varierà in quanto la forza di Lorentz non compie lavoro sulla particella (forza e spostamento, che ha la stessa direzione della velocità sono perpendicolari).

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