Intensità del campo magnetico
La forza del campo magnetico è la misura dell'importanza di un campo magnetico . La sua unità nel Sistema internazionale di unità è la tesla (T). È talvolta usato gauss (G), in cui: .
1 G=10-4 T{\ displaystyle 1 \ \ mathrm {G} = 10 ^ {- 4} \ \ mathrm {T}}![1 \ \ mathrm {G} = 10 ^ {- 4} \ \ mathrm {T}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e6825de7885b2786b0eaa8c381f1608d948de829)
Ordine di grandezza delle intensità del campo magnetico
Fonte = cervello umano; campo misurato sulla superficie del cranio
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B≃10-15 T{\ displaystyle B \ simeq 10 ^ {- 15} \ \ mathrm {T}}
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Campo tipico nel vuoto interstellare, misurato da una sonda spaziale
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B≃10-6 T{\ displaystyle B \ simeq 10 ^ {- 6} \ \ mathrm {T}}
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Fonte = Terra; campo misurato in superficie |
B=4,7.10-5 T≃0,5 G{\ Displaystyle B = 4,7.10 ^ {- 5} \ \ mathrm {T} \ simeq 0,5 \ \ mathrm {G}}
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Sorgente = filo rettilineo infinito nel vuoto percorso da una corrente di I = 10 A; campo misurato ad una distanza r = 2 cm dal filo (le linee del campo sono quindi circolari centrate sul filo)
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B=μ0io2πr=10-4 T{\ displaystyle B = {\ frac {\ mu _ {0} I} {2 \ pi r}} = 10 ^ {- 4} \ \ mathrm {T}}
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Fonte = magnete permanente; campo misurato a pochi millimetri dalla sua superficie
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B≃0,1 a 1 T{\ Displaystyle B \ simeq 0,1 \ \ mathrm {a} \ 1 \ \ mathrm {T}}
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Source = elettromagnete di avvolgimento ; campo misurato all'interno
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B≃10 a 100 T{\ displaystyle B \ simeq 10 \ \ mathrm {a} \ 100 \ \ mathrm {T}}
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Fonte = magnetar , un tipo di stella di neutroni
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B≃10+11 T{\ displaystyle B \ simeq 10 ^ {+ 11} \ \ mathrm {T}}
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Forti campi magnetici
Produzione
La produzione di campi magnetici intensi (maggiori di 1 T) richiede l'uso di un elettromagnete costituito da una bobina di filo conduttivo chiamato solenoide attraverso il quale scorre una corrente elettrica.
Problemi riscontrati
Il dispositivo elettromagnetico è soggetto a due limitazioni:
- l'effetto Joule, che tende a fondere i fili dell'avvolgimento quando l'energia da dissipare sotto forma di calore diventa troppo grande per il materiale;
- "pressione magnetica", azione meccanica sull'avvolgimento derivante dalle forze di Lorentz sui fili. Questa pressione magnetica radiale è diretta verso l'esterno della bobina e tende a far scoppiare quest'ultima.
Soluzioni tecniche
- Per contrastare l' effetto Joule , vengono utilizzate due possibilità:
- l'uso di un materiale superconduttore al di sotto della sua temperatura critica. Questa possibilità è limitata, perché c'è un campo magnetico critico al di sopra del quale scompare la superconduttività del materiale.
- raffreddamento a liquido dell'avvolgimento per rimuovere l'energia Joule in eccesso. Una portata tipica di 300 litri di acqua al secondo permette di raggiungere una trentina di tesla ...
- Per contrastare la pressione magnetica è necessario utilizzare un conduttore più forte del rame e realizzare rinforzi meccanici all'esterno dell'avvolgimento.
Ordine di magnitudine
Campi statici
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Fonte = Elettromagnete di Faraday (1840)
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B≃1 T{\ displaystyle B \ simeq 1 \ \ mathrm {T}}
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Source = 50 tonnellate di elettromagnete installati in laboratorio Bellevue (inizio del XX ° secolo), che consumano 100 kW
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B≃7 T{\ displaystyle B \ simeq 7 \ \ mathrm {T}}
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Source = bobina di solenoide superconduttore (inizio del XXI ° secolo)
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B≃20 T{\ displaystyle B \ simeq 20 \ \ mathrm {T}}
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Source = solenoide liquido di raffreddamento (inizio del XXI ° secolo)
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B≃33 T{\ displaystyle B \ simeq 33 \ \ mathrm {T}}
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Fonte = elettromagnete ibrida (superconduttori + liquido di raffreddamento - inizio XXI ° secolo) consumando una potenza di 20 MW
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B≃45 T{\ displaystyle B \ simeq 45 \ \ mathrm {T}}
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Difficilmente si può fare di meglio al momento (il record ottenuto nel 2019 è di 45,5 T ). Per salire più in alto utilizziamo una corrente transitoria , che circola solo per breve tempo, in modo da far raffreddare l'avvolgimento in seguito. Produciamo così i cosiddetti campi pulsati .
Campi pulsati senza distruzione della sorgente
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Source = elettromagnete rinforzato monolitico (inizio del XXI ° secolo)
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B≃60 T penondanont 100 mS{\ displaystyle B \ simeq 60 \ \ mathrm {T} \ \ mathrm {ciondolo} \ 100 \ \ mathrm {ms}}
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Sorgente = bobine di nidificazione (22 giugno 2011 - record mondiale)
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B≃91.4 T penondanont quelqueS mS{\ displaystyle B \ simeq 91.4 \ \ mathrm {T} \ \ mathrm {ciondolo} \ \ mathrm {alcuni} \ \ mathrm {ms}}
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Campi pulsati con distruzione della sorgente
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Fonte = singolo giro della bobina (inizio del XXI ° secolo)
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B≃300 T{\ displaystyle B \ simeq 300 \ \ mathrm {T}}
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Source = generatore elettromagnetico compressione di flusso: necking assiale da forze elettromagnetiche (inizio XXI ° secolo)
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B≃600 T{\ displaystyle B \ simeq 600 \ \ mathrm {T}}
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Source = generatore di magneto-cumulativo : elettromagnete + confinamento magnetico dell'esplosivo da linee di campo (metà XX ° secolo)
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B≃2000 T{\ displaystyle B \ simeq 2000 \ \ mathrm {T}}
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Articoli Correlati
link esterno
Bibliografia
- Geert Rikken; Fisica in un campo magnetico intenso , conferenza tenuta all'Université de Tous Les Savoirs (18 luglio 2005). Video disponibile in formato Real Video .
Riferimenti
-
" Osservatorio magnetico a Chambon-la-Forêt " , su ipgp.fr (consultato il 30 settembre 2010 ) .
-
" Measurement of the Earth's Magnetic Field " , su chimix.com (consultato il 30 settembre 2010 ) .
-
(in) Seungyong Hahn Kwanglok Kim Kwangmin Kim, Hu Xinbo, Thomas Painter et al. , " Campo magnetico a corrente continua di 45,5 tesla generato con un magnete superconduttore ad alta temperatura " , Natura ,12 giugno 2019( DOI 10.1038 / s41586-019-1293-1 ).
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Christine Bohnet; Record mondiale: i campi magnetici più elevati vengono creati a Dresda , Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (comunicato stampa del 28 giugno 2011).
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