Il campo magnetico

Dalla bussola alla Terra: che cosa ci dice l'ago?

Fisica · 4A · lunedì 19 ottobre 2026

La tabella del 4 settembre

Un campo si conosce solo attraverso la risposta di una sonda. Oggi riempiamo la seconda colonna.

	Campo elettrico \vec E	Campo magnetico \vec B
Sonda	carica di prova q	?
Risposta	una forza, \vec F = q\vec E	?

La bussola punta al Nord

La punta rossa dell'ago si chiama polo nord.
Si orienta verso il Nord geografico, ovunque la si porti.
Fra due calamite, poli opposti si attraggono.

Previsione

Se poli opposti si attraggono, che cosa c'è al Nord geografico?

L'ago ha il polo nord rivolto lassù. Quindi lassù c'è…

un polo nord
un polo sud
non lo so

Una calamita ha due poli

Che cosa fa il campo all'ago?

Angolo dell'ago φ60°

Intensità del campo

Campo uniforme: le due forze sono uguali e opposte. Nessuna traslazione: resta la rotazione.

La sonda del campo magnetico

Definizione

Un dipolo magnetico (magnetic dipole) ha due poli. Immerso in un campo \vec B non subisce una spinta: ruota, fino ad allinearsi.

	Campo elettrico \vec E	Campo magnetico \vec B
Sonda	carica di prova q	dipolo: l'ago magnetico
Risposta	una forza	una rotazione

Che cosa c'è al Nord geografico?

Vicino al Nord geografico c'è un polo sud magnetico: è lui che attrae il polo nord dell'ago.

Le vostre previsioni:

Mappiamo il campo con le bussole

Che cosa mappiamo

Muoviamo la calamita: le sonde la seguono

Orientazione0°

Le bussole sono ferme: è la calamita a muoversi. Ogni ago ruota fino a mettersi lungo B nel suo punto.

PERCHÉ È QUI: la slide precedente era un campo fermo osservato punto per punto; qui il campo «cambia» perché la sorgente si muove, e ogni sonda lo segue. Prima di muovere chiedete: se porto la calamita in alto a destra, che cosa fanno le bussole della prima riga? (Ruotano verso di lei.) Trascinate la calamita (o «Anima»); poi ruotatela con il cursore: gli aghi rifanno la mappa. Fermatevi su un ago DENTRO la calamita (le sonde sono disegnate anche sopra di essa): punta da S verso N; lo stesso fanno gli aghi sull'asse, fuori dalla calamita, mentre gli aghi di lato, sopra e sotto, puntano all'indietro (da N verso S). Collegamento con il 21/9: là spostavate le cariche e le frecce di E cambiavano; qui spostate il dipolo e gli aghi ruotano. «Mostra le linee» sovrappone le curve tangenti agli aghi: seguono la calamita come un corpo rigido. Il campo è calcolato con il modello a solenoide, non disegnato.

Che cosa notiamo

	Campo elettrico (21/9)	Campo magnetico (oggi)
Linee	nascono sulle cariche + e finiscono sulle −	sempre chiuse: dentro la calamita proseguono
Sorgente isolata	la carica puntiforme esiste	un polo isolato non esiste: solo coppie N–S
Che cosa indica la sonda	la forza è tangente alla linea	l'ago è tangente alla linea

Attenzione: la linea di campo non è la traiettoria di una carica.

In che verso vanno le linee?

Fuori: escono dal polo N e rientrano nel polo S.
Dentro: proseguono da S a N. Sono chiuse.
Momento magnetico \vec m (magnetic moment): da S a N, come \vec B dentro.

Schema qualitativo: fuori, modello a poli; dentro, modello a solenoide.

Perché proprio così?

Convenzione	Il verso di \vec B è quello in cui punta il polo N dell'ago, l'estremo che indica il Nord geografico.
Non è convenzione	Dentro il verso è obbligato: le linee sono chiuse. Se fuori vanno da N a S, dentro tornano da S a N.
A che serve	Un solo vettore \vec m (da S a N) descrive la calamita: l'ago ruota fino ad allineare \vec m a \vec B.
Confronto con E	Dipolo elettrico: \vec p va da − a +, ma dentro \vec E va da + a −: opposti. Magnetico: \vec m e \vec B dentro sono concordi.

La Terra: il suo \vec m punta verso il Sud geografico.

Quattro clic, quattro righe. 1) È una convenzione storica: chiamiamo «nord» l'estremo dell'ago che punta al Nord geografico, e il verso di B è quello in cui punta quell'estremo (è coerente con la definizione di B tramite la forza su una carica in moto, F = qv×B, che vedremo). 2) Questa invece è una conseguenza, non una scelta: i monopoli non esistono, quindi le linee non hanno inizio né fine e dentro devono tornare indietro (Gauss per B, 28/10). 3) Il momento magnetico m è il «vettore carta d'identità» della calamita, come la carica lo è per E; mercoledì: τ = m × B. Sull'asse (dentro e fuori) B è parallelo a m; sul piano equatoriale esterno è antiparallelo. 4) Contrasto con il 21/9: nel dipolo elettrico il campo dentro è opposto a p; qui no. Chiusura: la Terra come grande calamita con S magnetico vicino al Nord geografico: m va da S a N dentro la Terra, cioè verso il Sud geografico (slide 8).

La Terra è una calamita

Ricostruire il campo della Terra con la bussola

Latitudine geomagnetica λ45°

Modello di dipolo: asse magnetico verticale, asse di rotazione inclinato di circa 10°. Dati reali: 25–65 µT.

Fonte: NOAA NCEI, «Magnetic field» (intensità 25 000–65 000 nT; asse del dipolo ≈ 11° dall'asse di rotazione).

Tre angoli, tre nomi

Nome	Che cosa misura
Declinazione D	angolo fra il nord magnetico (la direzione dell'ago) e il Nord geografico. Cambia da luogo a luogo e nel tempo.
Inclinazione I	angolo fra il vettore \vec B e il piano orizzontale, positivo verso il basso: 0° all'equatore, 90° ai poli (nel modello di dipolo).
Inclinazione dell'asse	l'asse del dipolo è inclinato di circa 10° rispetto all'asse di rotazione: è un'altra cosa.

Fonte: NOAA NCEI (declinazione e inclinazione; asse del dipolo ≈ 11°, WMM2020: 9,41°).

Da dove nasce: il geodinamo (geodynamo)

1 nucleo interno: ferro solido, raggio ≈ 1200 km

2 nucleo esterno: ferro liquido, fino a ≈ 3500 km dal centro

3 mantello: roccia, fino a 6371 km

Il calore genera convezione nel fluido conduttore.
La rotazione terrestre torce i moti in spirali.
Le correnti generano il campo, il campo sostiene le correnti: dinamo autosostenuto.
Non è una calamita permanente: all'interno fa troppo caldo.

Fonti: NOAA NCEI (oltre il 90% del campo nasce nel nucleo esterno); Jones, «The geodynamo for non-geophysicists» (arXiv 1912.13158). Schema in scala dei raggi, moti stilizzati.

Dal Sole alla Terra: vento e tempesta (Approfondimento)

Vento solare

Flusso continuo di plasma (protoni, elettroni) dal Sole. Stamattina, 19/10 alle 07:41 UT: 375 km/s.

Brillamento (flare)

Emissione improvvisa di radiazione, luce e raggi X: ci mette circa 8 minuti ad arrivare.

CME (coronal mass ejection)

Nube di plasma e di campo magnetico espulsa dal Sole: più lenta della luce, arriva in ore o giorni.

Tempesta geomagnetica

Un vento veloce o una CME investe la magnetosfera, soprattutto con il campo interplanetario diretto a sud: aurore, disturbi a satelliti e reti.

Fonti: Bureau of Meteorology (Australia), Space Weather Services, dato del 19/10/2026 07:41 UT e legame vento veloce – tempeste; luce Sole–Terra: 1 UA / c ≈ 8,3 minuti.

Chi ci protegge da che cosa (Approfondimento)

Strato	Che cosa fa
Magnetosfera	devia le particelle cariche del vento solare e dei raggi cosmici. Non ferma la luce.
Atmosfera (ozono)	assorbe gli ultravioletti, che la magnetosfera non può fermare.
Ionosfera	alta atmosfera ionizzata, a quote da decine a centinaia di km: ci si formano le aurore. Non è uno scudo come la magnetosfera.

La magnetosfera e il vento solare (Approfondimento)

Campo (rispetto a oggi)1,00

Vento solare (pressione)×1

Modello illustrativo: distanza della magnetopausa R ∝ B^1/3·P^−1/6, riferita a 10,7 raggi terrestri (R_T) oggi. Moti stilizzati.

La Terra giovane: uno scudo più debole (Approfondimento)

Distanza della magnetopausa dalla Terra, in raggi terrestri (R_T)

Oggi	10,7
3,4 miliardi di anni fa (stima)	4–5

Meno di 5 R_T secondo le fonti; circa 4 R_T nel modello più estremo.

Il campo era circa la metà di quello attuale (rocce sudafricane).
Il vento solare del Sole giovane era molto più intenso.
Effetto probabile: perdita graduale di idrogeno, quindi di acqua, in centinaia di milioni di anni. Stime da pochi siti.

Fonti: Tarduno et al., Science 2010 (via ScienceDaily); Tarduno et al., «Detecting the oldest geodynamo…», arXiv 1502.04410.

Marte: senza scudo (Approfondimento)

Oggi Marte non ha un campo magnetico globale forte.
Ipotesi: il campo si è spento circa 4 miliardi di anni fa.
Il vento solare ha poi eroso l'atmosfera: la sonda MAVEN ha mostrato che gran parte è andata persa nello spazio.
Ancora oggi Marte perde atmosfera. L'atmosfera marziana è oggi molto più sottile di quella terrestre.

Fonti: Space.com, «Mars' Lost Atmosphere: MAVEN Probe Scientist Explains New Finding» (B. Jakosky); jatan.space, «NASA's MAVEN spacecraft revealed how Mars lost its atmosphere and water».

Torniamo alla bussola: e se la spezzo?

Pezzi: 1 · poli isolati trovati: 0

Prevedete: che cosa trovo se spezzo l'ago in due?

La tabella, completata

	Campo elettrico \vec E	Campo magnetico \vec B
Sonda	carica di prova q	dipolo (l'ago)
Risposta	forza	rotazione
Sorgente isolata	esiste: la carica	non esiste
Linee	nascono e finiscono sulle cariche	sempre chiuse

Mercoledì 21/10

Quanto vale la rotazione? Il momento torcente \vec\tau=\vec m\times\vec B.

Mercoledì 28/10

Se le linee sono chiuse, che flusso hanno? Gauss per \vec B.

In sintesi

La bussola è un dipolo: risponde al campo ruotando.
L'ago punta al Nord geografico perché lì c'è un polo sud magnetico.
Con la bussola si ricostruisce il campo: linee chiuse, circa 25–65 µT sulla Terra.
Il campo nasce nel nucleo esterno liquido (geodinamo) e forma la magnetosfera.
Spezzando una calamita si trovano sempre due poli: il monopolo non esiste.