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Magneti: attrazione e repulsione

Scuola primariaFisicaForza tra dipoli puntiformi coassiali ed energia di magnetizzazione indotta lineare per campioni di prova in posizioni fisse

Fai clic su uno dei due magneti per invertirne i poli. Scegli un campione di prova dal vassoio, trascina per modificare la distanza oppure cambia l'intensità del magnete A, quindi confronta forza ed energia.

3D

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Quaderno delle misurazioni

Modifica la configurazione, verifica una previsione e salva il risultato. Vengono conservate fino a 12 istantanee.

Informazioni su questo esperimento

Inverta un magnete, ne modifichi l’intensità oppure sostituisca il secondo magnete con un campione di materiale. Misuri la forza a una distanza controllata e confronti le interazioni dei magneti permanenti forti con le deboli risposte paramagnetiche e diamagnetiche.

Obiettivi di apprendimento

  • Preveda come l’inversione dei poli modifica la forza di un dipolo permanente.
  • Confronti l’attrazione paramagnetica con la repulsione diamagnetica.
  • Metta in relazione la soglia di rilevamento della visualizzazione della forza con una risposta calcolata diversa da zero.

Come si usa

  1. 1Misuri innanzitutto la forza predefinita tra due magneti, poi inverta un magnete e confronti il segno della forza.
  2. 2Modifichi la distanza e verifichi la dipendenza della forza di dipoli coassiali dalla quarta potenza inversa della distanza.
  3. 3Sostituisca il magnete B con alluminio, rame e il campione efficace di ferro.
  4. 4Aumenti l’intensità del magnete A e confronti la forza calcolata esattamente con la soglia di risoluzione del display di 0,1 µN.

Il modello

I momenti con segno determinano se i dipoli coassiali si attraggono o si respingono.
Una risposta indotta lineare dipende dal quadrato del campo, quindi invertire solo la sorgente non inverte la forza.

Ipotesi

  • Le posizioni rimangono fisse. Le lunghezze delle barre e delle frecce della forza sono simboliche, e l’approssimazione del dipolo puntiforme esclude il contatto tra i magneti.
  • Il volume del campione indotto è di 10 cm³. Le suscettività effettive sono valori indicativi: ferro 1, alluminio 2,2×10⁻⁵, rame −1×10⁻⁵, legno −8×10⁻⁶ e plastica −1×10⁻⁵.
  • La magnetizzazione indotta lineare non tiene conto dell’isteresi, della remanenza, della geometria smagnetizzante né della saturazione. Il campione effettivo di ferro non è un vero campione di ferro calibrato.
  • Le forze inferiori a 0,1 µN vengono mantenute nelle letture numeriche, ma contrassegnate come inferiori alla risoluzione di visualizzazione scelta.

Provalo in classe

  1. Q1Perché invertendo un magnete permanente si inverte la forza esercitata su un altro magnete permanente?
  2. Q2Perché l’inversione della sorgente lascia invariata la forza sul materiale indotto?
  3. Q3Una forza inferiore alla risoluzione può comunque essere diversa da zero?

Domande frequenti

Perché rame, legno e plastica si respingono debolmente?

Le suscettività indicative selezionate sono negative e producono una piccola forza diamagnetica diretta lontano dal campo più intenso.

Perché i magneti restano fermi nonostante la forza?

Sono montati su un banco delle forze virtuale a posizione fissa. La distanza è un parametro controllato, quindi non viene integrato alcun moto traslatorio.