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Come calcolare il valore dell’intensità del campo magnetico in tre fili ai vertici di un triangolo

  Testo

Tre fili paralleli lunghi 100 m sono disposti in modo da passare per i vertici di un triangolo equilatero di lato 4 cm e vengono percorsi da una corrente concorde di 5 A.

  • Calcola il valore dell’intensità del campo magnetico nel punto medio di uno dei lati.
  • Spiega in sole 3 righe il motivo per cui nel baricentro del triangolo il campo magnetico è nullo.

Soluzione

2.1        Punto 1

Secondo quanto affermato dal problema i fili sono paralleli e passanti per i vertici di un triangolo equilatero. Una rappresentazione della situazione è data dalla disposizione spaziale dei fili proposta in Figura 1.

Figura 1 Disposizione spaziale dei fili. Le X rappresentano correnti con verso entrante rispetto all’illustrazione. I fili hanno direzione perpendicolare al piano in cui si trova il triangolo.

Il campo magnetico generato dai fili in un punto medio di un lato, scelto a caso, del triangolo equilatero può essere calcolato considerando che ci sono tre vettori campo magnetico che entrano in gioco, ciascuno dei quali viene generato dai tre fili.

Il campo magnetico generato dal filo uno \(B_1\) si trova a una distanza dal filo pari all’altezza del triangolo equilatero. La formula da utilizzare è la seguente

\(B_{1}=\frac{\mu_{0} I_{1}}{2 \pi r}\)

Da cui \(r\) è l’altezza del triangolo equilatero. Per cui se  è il lato del triangolo si ha che:

\(r=l \cos 30^{\circ}=4 \cdot 10^{-2} m \frac{\sqrt{3}}{2}\)

Quindi:

\(B_{1}=\frac{\mu_{0} I_{1}}{2 \pi r}=\frac{\left(4 \pi \cdot 10^{-7} \frac{H}{m}\right)(5 \mathrm{~A})}{2 \pi\left(2 \sqrt{3} \cdot 10^{-2} m\right)} \approx 2.887 \cdot 10^{-5} T\)

Per quel che riguarda \(B_2\)e \(B_3\) invece essi si annullano. Perciò il campo è circa \(2.9\cdot 10^{-5}T\)

figura 2

      Punto 2

Il ragionamento sul campo nullo al centro del triangolo segue da una considerazione geometrica dei vettori magnetici al centro del triangolo. Come si può notare dalla Figura 2 i vettori al centro del

triangolo hanno tutti modulo uguale. Perché calcolati tutti alla stessa distanza dai fili percorsi dalla stessa corrente e inoltre formano tra loro angoli di 120°. Tre vettori in questa posizione formano tra loro una risultante nulla, perché scelto un vettore qualunque e sulla base di esso fissata la direzione, la proiezione degli altri su tale direzione è sempre, per costruzione geometrica, la metà della base di un triangolo equilatero.

Perciò è evidente che, scelto un vettore e sulla basa di questo fissata una direzione, verrebbero sempre sommati tre vettori di cui due sono a verso concorde e di modulo pari alla metà di quello a verso opposto. Per quel che riguarderebbe le altre due componenti, perpendicolari alla direzione scelta, esse sarebbero sulla stessa direzione, con stesso modulo ma verso opposto fornendo risultato nullo.