Formulario di fisica: le forze tra correnti
Il mondo delle forze magnetiche, che governa molti fenomeni quotidiani, rappresenta uno dei capitoli più affascinanti della fisica. Dal semplice atto di avvicinare due magneti e sentire la loro attrazione o repulsione, alle sofisticate tecnologie magnetiche incorporate nelle moderne apparecchiature elettroniche, la forza magnetica permea la nostra vita quotidiana. Tuttavia, oltre ai magneti permanenti, esiste un altro giocatore fondamentale nel panorama magnetico: le correnti elettriche. Quando la corrente scorre attraverso un conduttore, essa genera un campo magnetico circostante, e, reciprocamente, la presenza di un campo magnetico può influenzare il movimento delle cariche elettriche in un conduttore.
Ma cosa succede quando due correnti elettriche si avvicinano l’una all’altra? Quali forze agiscono tra loro a causa dei loro rispettivi campi magnetici? Scopriamo insieme le formule relative a questo fenomeno!
Cosa sono le forze tra le correnti
Le forze tra le correnti sono il risultato diretto dell’interazione dei campi magnetici generati da correnti elettriche che scorrono in conduttori vicini. Immagina due fili paralleli attraverso i quali scorre la corrente: questi fili, a causa della corrente al loro interno, genereranno un campo magnetico. Quando questi campi magnetici si intersecano o interagiscono, essi esercitano forze l’uno sull’altro. Queste forze possono essere di attrazione o di repulsione, a seconda della direzione della corrente in ciascun filo.
Il principio fondamentale che sta dietro a queste interazioni è la legge di Ampère, che stabilisce una relazione tra la corrente elettrica che scorre in un circuito e il campo magnetico che essa produce. Quando due o più correnti si incrociano, le loro forze magnetiche si combinano in modi che possono essere descritti matematicamente. Queste formule non solo ci danno una comprensione delle forze in gioco, ma sono anche fondamentali per la progettazione e la realizzazione di dispositivi elettrici ed elettronici, dai trasformatori agli elettromagneti.
Le formule della legge di Ampere
La legge di Ampère, proposta dal fisico e matematico francese André-Marie Ampère nel XIX secolo, è una delle fondamenta dell’elettromagnetismo. Essa stabilisce una relazione quantitativa tra la corrente elettrica che scorre attraverso un circuito chiuso e il campo magnetico associato che circonda quel circuito.
Questa legge rivela come una corrente elettrica, scorrendo attraverso un conduttore, produce un campo magnetico circolare intorno al conduttore. Ma quando due conduttori sono vicini l’uno all’altro, i campi magnetici che essi producono possono interagire, dando origine a forze di attrazione o repulsione, a seconda della direzione delle correnti. Se le correnti scorrono nella stessa direzione, i conduttori si attraggono, mentre se scorrono in direzioni opposte, si respingono.
Due fili conduttori rettilinei di lunghezza £$l$£, percorsi rispettivamente da corrente £$i_1$£ e £$i_2$£ e posti a distanza £$d$£ l’uno dall’altro, interagiscono con una forza attrattiva o repulsiva a seconda del verso delle due correnti (correnti nello stesso verso: forza attrattiva, correnti in versi opposti: forza repulsiva), la cui intensità è: $$F= \frac{\mu_0}{2\pi} \frac{i_1 i_2 l}{d}$$
dove £$\mu_0= 4\pi \cdot 10^{-7} \, \dfrac{N}{A^2}$£ è la permeabilità magnetica del vuoto.