Il campo magnetico all’esterno di un solenoide è tipicamente nullo o molto debole perché le linee del campo magnetico prodotte dalle bobine del solenoide che trasportano corrente sono confinate all’interno del solenoide stesso. Questo confinamento si verifica perché le linee del campo magnetico generate da ciascuna spira di filo nel solenoide si avvolgono attorno all’interno della bobina e non si estendono oltre le estremità del solenoide in misura significativa. Pertanto, all’esterno del solenoide, le linee del campo magnetico si annullano a vicenda a causa delle loro direzioni opposte, risultando in un campo magnetico netto trascurabile o nullo.
Quando un solenoide è posto in un campo magnetico uniforme, la forza subita dal solenoide nel suo insieme può essere zero in determinate condizioni. Ciò si verifica quando la direzione e l’intensità del campo magnetico esterno sono tali che le forze magnetiche esercitate su ciascun lato del solenoide si annullano a vicenda. Ad esempio, se il campo magnetico è uniforme e parallelo all’asse del solenoide, le forze magnetiche sui lati opposti del solenoide potrebbero bilanciarsi tra loro, risultando in una forza netta pari a zero.
Similmente a un solenoide, anche un toroide (una bobina avvolta a forma di anello o di ciambella) presenta un campo magnetico vicino allo zero all’esterno della sua struttura. Le linee del campo magnetico prodotte dalla corrente che circola attraverso la bobina del toroide sono confinate all’interno del nucleo del toroide a causa del percorso circolare delle linee del campo magnetico attorno al nucleo toroidale. Questo confinamento impedisce al campo magnetico di estendersi significativamente all’esterno del toroide, risultando in un campo magnetico quasi nullo nello spazio circostante.
All’interno di un solenoide, il campo magnetico è più forte rispetto all’esterno perché le linee del campo magnetico generate dalle bobine trasportate da corrente si sommano coerentemente lungo l’asse del solenoide. All’interno del solenoide, le linee del campo magnetico sono fitte e parallele all’asse della bobina, risultando in un campo magnetico relativamente uniforme e forte. Questa intensità di campo interno dipende da fattori quali il numero di spire della bobina del solenoide, la corrente che la attraversa e la permeabilità del materiale del nucleo, se presente.
Per derivare matematicamente il campo magnetico all’esterno di un solenoide, si applica tipicamente la legge di Ampère, che mette in relazione il campo magnetico attorno a un circuito chiuso con la corrente racchiusa dal circuito e la permeabilità del mezzo. Considerando la geometria e la simmetria del solenoide, è possibile calcolare il campo magnetico in diversi punti all’esterno del solenoide utilizzando metodi di calcolo integrale, assumendo uno scenario idealizzato con un lungo solenoide in cui gli effetti finali sono trascurabili. Questa derivazione fornisce una comprensione quantitativa del motivo per cui il campo magnetico è zero o debole all’esterno del solenoide rispetto al suo interno.
