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La risonanza magnetica

L’esplorazione interna  dell’organismo umano mediante Risonanza Magnetica è indiscutibilmente vantaggiosa in quanto non invasiva e sicura.

Il macchinario che esegue queste analisi diagnostiche è denominato tomografo.




Tipico tomografo usato per la risonanza magnetica

Un parametro che caratterizza i tomografi è l’intensità del campo magnetico statico che viene prodotto in essi.

Sono molto diffuse apparecchiature ad alta intensità di campo B di oltre 3 Tesla (T); negli ultimi anni sono stati raggiunti valori più elevati per applicazioni di ricerca (fino a 9.4T, ed ancora in fase di progetto, 11.7T).

Ad oggi sono 32 i sistemi con campo magnetico ≥ 7 T che risultano installati nel mondo e questo numero continua a crescere. Sistemi a campo magnetico ancora maggiore (tre da 9.4T) sono già installati e stanno cominciando ad acquisire dati. Infine è imminente la costruzione di uno scanner da 11.7T al centro NeuroSpin di Parigi.

Il campo magnetico terrestre (geomagnetico) ha valori di qualche decina di Gauss (1 G = 10⁻⁴ T).

Pertanto campi magnetici generati dai tomografi (1T, 1,5T, 2T e addirittura 3T) sono altissimi, rispetto a quello naturale geomagnetico.

Vediamo con quale tecnica si producono questi campi e quali sono le principali problematiche a riguardo.

La geometria per realizzare un campo magnetico così intenso è quella solenoidale.

Per un solenoide vale la seguente relazione:

 

Ricavando la corrente, fissato un numero di spire per metro lineare pari a N/L=1000, otteniamo:

L'effetto Joule vale:

 

Per fissare il valore della resistenza, prendiamo un cavo elettrico di rame avente le seguenti caratteristiche:

La potenza dissipata per effetto Joule vale: P =280W.
L'avvolgimento non potrebbe resistere a questo calore.
Pertanto, per eliminare il problema del calore, L’avvolgimento, che può raggiungere una lunghezza di oltre 20 km, è realizzato con fili di Nichel-Titanio (Ni-Ti) o Niobio-Titanio (No-Ti) intrecciati e incamiciati in una matrice di Rame ed è mantenuto ad una temperatura prossima allo zero assoluto (4,2 K, circa –269oC) per immersione in un bagno di elio liquido. In tal modo viene garantito il mantenimento delle proprietà superconduttive che consentono il passaggio di corrente senza dispersione di energia sotto forma di calore.



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Campi magnetici e forze sui fili percorsi da corrente

Un circuito elettrico è collegato ad un generatore a c.c.; è incernierato in due punti A e B, in modo che sono possibili le rotazioni intorno all'asse AB, come in figura A.
Una parte di questo circuito è costituito da una barretta metallica lunga 20 cm avente massa 0,085 Kg, posto all'interno di un campo elettrico di intensità 0,075 T.

figura A - circuito aperto

 

Chiudiamo il circuito. Attraverso di esso fluirà una corrente pari 40A.
La barretta all'interno del campo magnetico sarà soggetta, oltre alla forza peso, anche alla forza magnetica F. (vedi figura B). Troviamo la posizione di equilibrio.

figura B - circuito chiuso

La direzione di F si ottiene applicando la regola della mano destra (vedi figura C).
Il pollice indica il verso della corrente (per convenzione dal polo + al polo - del generatore), le altre dita puntando nel verso dell'intensità del campo magnetico B e la forza è perpendicolare al palmo della mano (destra).


Figura C - Regola della mano destra applicata all'esercizio

 

Calcoliamo il modulo di F.
Sappiamo che :              F = iLBsen(teta)
dove:                              i è la corrente espressa in A                      i=40A
                                       L è la lunghezza in m                                L=0,20m
                                       B è l'intensità del campo magnetico in T  B=0,075 T
                                       teta è l'angolo che la corrente forma con il campo magnetico.
Nel nostro caso teta=90° ; tale angolo rimane costante durante la rotazione.
                                       F=40(A)*0,20(m)*0,075(T)sen90°=0,6N
I fili verticali che sostengono la barretta sono disposti parallelamente al campo magnetico nella fase iniziale e pertanto non sono soggetti ad alcuna forza (teta=0);
Successivamente poiché la sbarretta si sposta ed il sistema ruota, i fili verticali formeranno un angolo con il campo magnetico (fi). Su di essi la forza non sarà nulla.
Dobbiamo però osservare che la corrente ha versi opposti sui due fili, infatti dal lato della cerniera B la corrente scende mentre dal lato della cerniera A sale. Le forze che nascono sui due fili verticali hanno stessa intensità ma versi contrari.
La sbarretta si sposterà in direzione di F, ma essendo incernierato il circuito, il sistema ruoterà fino a trovare l'equilibrio.
Le forze cui è sottoposta la sbarretta sono: la forza peso P=mg, la forza magnetica F e la tensione T sui due fili verticali.(figura D)

Figura D - Equilibrio

Nel triangolo delle forze in equilibrio, si nota che F=P*tg(fi), pertanto:
(fi)= arctg (F/P) = arctg (iLB / mg) = 35,7°. 

Esame di stato: facciamo chiarezza sulla seconda prova d’esame

I ragazzi che frequentano l’ultimo anno del liceo scientifico dovranno sostenere, come previsto dalla normativa in vigore, l’Esame di Stato.

L’anno scorso, nei vari ambienti scolastici e ministeriali, si dava per certo che la materia oggetto della seconda prova fosse fisica.

Il ministero inviò alle scuole una simulazione di prova esperta di fisica per far prendere dimestichezza ai ragazzi dell’ultimo anno, ma ci furono molte lamentele a riguardo. In alcuni casi i temi della prova non erano ancora stati svolti per svariati motivi, in altri casi gli alunni conoscevano gli argomenti ma non possedevano le capacità richieste per risolvere bene le problematiche proposte.

Cosa succederà quest’anno?

Le quotazioni di fisica sono molto in rialzo!

Cosa devono studiare i nostri alunni per prepararsi all’esame?

Di seguito ho caricato le unità didattiche previste dal Ministero!

 

 

Per chi volesse saperne di più:

 

https://drive.google.com/file/d/0B1Ixfy4IMDvmMlJPMG4xM1BlNFE/view?usp=sharing

Buongiorno a tutti.
Un nuovo anno scolastico sta per cominciare!
I ragazzi del liceo scientifico sanno che, con buona probabilità, la seconda materia dell'esame di Stato potrebbe essere FISICA.
Con questo blog cercherò di tenervi informati a riguardo.

Per ora faccio un grande in bocca al lupo a tutti voi.