INDUZIONE ELETTROMAGNETICA DI FARADAY
Il 29 agosto 1831 M. Faraday scoprì il fenomeno dell’induzione elettromagnetica (vedi le tappe storiche dell’eletrromagnetismo). Ma che cos’è l’induzione elettromagnetica di Faraday?
L’induzione elettromagnetica di Faraday
è quel fenomeno per cui la variazione del flusso del campo B concatenato con una spira (non alimentata) genera una forza elettromotrice indotta (f.e.m.i.) ai morsetti della spira:
Nel caso di N spire la precedente diventa: f.e.m.i. = N ·ΔΦ/Δt.
Se si è già a conoscenza dei concetti di derivata la formula precedente è espressa da:
Nel caso di N spire la precedente diventa:
f.e.m.i. = N ·dΦ/dt
Se tale spira è chiusa su una resistenza (ad es. su una lampadina) all’interno della spira si genera una corrente detta corrente indotta e il corrispondente campo B generato da questa corrente si chiama campo B indotto.
L’induzione elettromagnetica di Faraday può essere meglio compresa con il seguente video dove si può meglio comprendere cosa si intende per variazione del flusso del campo B concatenato: le linee bianche rappresentano le linee del campo B e dal video si vede bene come varia il loro concatenamento con le spire e di conseguenza come varia la f.e.m. indotta.
Consiglio di provare la simulazione al seguente link in modo che possa rimanere maggiormente impressa nella vostra memoria il fenomeno descritto. Quando aprite il simulatore cliccate anche, in basso a sinistra, su “Linee di campo” in modo da far apparire le linee bianche del campo B.
Secondo la legge di Lenz, il verso della corrente indotta deve essere tale da generare un campo magnetico indotto che si oppone alla variazione del flusso del campo magnetico. Per cui la legge di Faraday-Neumann corretta da Lenz diventa:
Nel caso di N spire la precedente diventa:
f.e.m.i. = – N ·ΔΦ/Δt
Se si è già a conoscenza dei concetti di derivata la formula precedente è espressa da:
Nel caso di N spire la precedente diventa:
f.e.m.i. = – N ·dΦ/dt
Per quanto riguarda il segno meno davanti alla formula (correzione apportata da Lenz) il suo significato è il seguente:
- se il flusso concatenato nella spira aumenta, il verso della corrente indotta è tale che il campo B indotto ha verso opposto a quello del campo B concatenato: B indotto contrasta il B concatenato;
- se il flusso concatenato nella spira diminuisce, il verso della corrente indotta è tale che il campo B indotto ha lo stesso verso del campo B concatenato: B indotto aiuta il B concatenato;
In poche parole: la f.e.m.i. (e quindi il verso della corrente indotta) è tale da opporsi, tramite il flusso magnetico da esso generato, alle variazioni di flusso in atto.
Il seguente video fa comprendere meglio il contributo della legge di Lenz all’induzione elettromagnetica: i pallini blu rappresentano gli elettroni (ricordo che il verso della corrente è opposto a quello degli elettroni); quando il magnete è fermo il campo B è verso destra (uscente dal polo Nord) e il suo flusso (eccitante) concatenato con le spire non varia => la corrente indotta è nulla; quando avvicino il magnete, come visto nel video precedente, il flusso di B (le linee di campo concatenate) aumenta => gli elettroni vanno verso il basso cioè la corrente indotta va verso l’alto, chiudendo le dita della mano destra nel verso della corrente indotta il pollice (e quindi il campo B indotto) va verso sinistra (verso opposto al B eccitante) e si oppone all’aumento di B (all’aumento delle linee di campo concatenate che vanno verso destra); la spira si comporta come un magnete con il polo Nord rivolto al polo Nord del magnete eccitante e quindi esercita una forza di repulsione sul magnete in avvicinamento. Quando il magnete si allontana, il flusso di B concatenato diminuisce, gli elettroni si muovono verso l’alto e quindi la corrente indotta si muove verso il basso; chiudendo le dita della mano destra nel verso della corrente indotta, il pollice indica verso destra e quindi il B indotto è verso destra (nello stesso verso del B eccitante) e cerca di rafforzarlo in modo da opporsi alla sua diminuzione. In questo caso le spire si comportano come un magnete con il polo Sud rivolto al polo Nord del magnete eccitante esercitando una forza di attrazione sul magnete che si sta allontanando.
Consiglio di provare la simulazione al seguente link in modo che possa rimanere maggiormente impressa nella vostra memoria il fenomeno descritto. Quando aprite il simulatore cliccate su “Bobina”.
Entrambi i video sono stati realizzati grazie alla simulazione messa a disposizione da:
PhET Interactive Simulations
University of Colorado Boulder
http://phet.colorado.edu
