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Induzione elettromagnetica

Che cos'è l'induzione elettromagnetica?

Nel 1820 il fisico danese Oersted osservò per primo che un filo percorso da corrente era in grado di generare attorno a se un campo magnetico (vedi esperienza di Oersted).

Un decennio dopo il fisico inglese Michael Faraday si chiese se fosse possibile anche il fenomeno inverso cioè se un campo magnetico potesse essere in grado di generare una corrente elettrica.

Vi sono tre esperimenti che dimostrano che un campo magnetico è in grado di generare una corrente elettrica in un circuito.

  • Esperimento n. 1

Immaginiamo di avere un circuito in cui è presente un solenoide ed una resistenza ad esempio una lampadina.

In questo circuito non è presente alcun generatore di tensione quindi per quello che sappiamo dai fenomeni elettrici non ci sarà alcuna corrente di conduzione in quanto gli elettroni nel conduttore elettrico si trovano allo stesso potenziale e la lampadina rimarrà spenta.

Prendiamo adesso un magnete e muoviamolo all'interno del solenoide. Verificheremo che durante il movimento della calamita all'interno del conduttore la lampadina si accenderà e la sua luce sarà tanto più intensa quanto più veloce è il movimento del magnete.

Induzione elettromagnetica esperimento 1

Da questo esperimento si può trarre questa conclusione: il movimento della calamita all'interno del conduttore rappresenta un campo magnetico variabile nel tempo le cui linee sono concatenate alla superficie racchiusa dal circuito e questo fa sì che circoli una corrente al suo interno.

  • Esperimento n. 2

Immaginiamo di avere un circuito di forma rettangolare con tre lati fissi ed uno mobile che può scorrere su due guide e quindi ad esempio cadere verso il basso per gravita.

Al circuito è collegato un utilizzatore ad esempio una lampadina e tutto il circuito è immerso in un campo magnetico uniforme ad esempio quello generato da un magnete a ferro di cavallo tra le sue espansioni polari.

Non vi è alcun generatore di tensione collegato quindi in teoria non dovrebbe scorrere alcuna corrente e la lampadina non dovrebbe accendersi. Tuttavia notiamo che quando il lato mobile del circuito si muove nel circuito score una corrente e la lampadina si accende.

Induzione elettromagnetica esperimento 2

Da questo esperimento si può trarre questa conclusione: la variazione nel tempo della superficie del circuito esposta al campo magnetico fa sì che nel circuito si generi una corrente elettrica.

  • Esperimento n. 3

Immaginiamo di avere adesso una spira connessa ad un amperometro ed inserita tra le espansioni polari di un magnete e quindi immersa in un campo magnetico uniforme e costante.

Supponiamo di ruotare la spira all'interno di questo campo magnetico. Non essendo collegato alcun generatore di tensione al circuito in teoria non dovrebbe esserci nessuna corrente elettrica rilevata dall'amperometro.

Tuttavia notiamo che durante la rotazione della spira l'amperometro rileva la presenza di una corrente che ha intensità tanto più elevata quanto più elevata è la velocità di rotazione della spira.

Induzione elettromagnetica esperimento 3

Da questo esperimento si può trarre questa conclusione: una variazione nel tempo dell'angolo tra il vettore perpendicolare alla superficie del circuito e le linee di campo magnetico generano una corrente elettrica nel circuito.

Induzione elettromagnetica e corrente indotta

L'induzione elettromagnetica è quel fenomeno per cui in un circuito elettrico si genera una corrente elettrica anche in assenza di generatore di tensione dovuta alla variazione o dell'intensità del campo magnetico concatenato alla superficie del circuito o della superficie del circuito immersa nel campo magnetico o dell'angolo tra la normale alla superficie e le linee di campo magnetico. Tale corrente che si origina in questa condizioni si dice corrente indotta.

Le tre variazioni che abbiamo appena elencato corrispondono in realtà ai tre fattori con cui si calcola il flusso del campo magnetico attraverso una superficie.

Infatti il flusso del campo magnetico attraverso una superficie S è dato dal prodotto dell'intensità del campo magnetico B per la superficie S attraversata dalle linee del campo per il coseno dell'angolo tra la normale alla superficie e le linee di campo:

Φs (B) = B∙ S ∙ cosα

Diremo allora che la condizione affinché si generi in un circuito corrente indotta è che vi sia una variazione nel tempo del flusso del campo magnetico calcolato attraverso la superficie che ha per contorno il circuito stesso.

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