Elettromagnetismo (5/6) L'induzione elettromagnetica Lezione 23, 7/1/2019, JW , 27.6

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1 Elettromagnetismo (5/6) L'induzione elettromagnetica Lezione 23, 7/1/2019, JW , L esperimento di Faraday Una corrente elettrica produce un campo magnetico. Vale anche per l opposto! L esperimento di Faraday: Chiudendo l interruttore nel circuito primario si produce un campo magnetico e si induce una corrente nel circuito secondario. solo mentre la corrente nel primario sta cambiando. 1

2 1. L esperimento di Faraday Finché la corrente nel circuito primario è costante, la corrente nel secondario è nulla. Quando il campo aumenta, passa una corrente nel circuito secondario. Quando il campo diminuisce, passa una corrente nella direzione opposta. L intensità della corrente indotta è proporzionale alla velocità con cui varia il campo magnetico. 1. La forza elettromotrice indotta Nel circuito secondario circola corrente senza che ci sia contatto tra i circuiti. La corrente indotta si comporta come come quella prodotta da una batteria. Per quello si dice che nel circuito secondario si crea una forza elettromotrice indotta. 2

3 1. La forza elettromotrice indotta Qualsiasi modo per variare il campo magnetico crea una forza elettromotrice indotta 2. Il flusso del campo magnetico Per indurre una fem in una bobina si può Variare l intensità del campo magnetico che l attraversa. Variare l angolo tra la bobina e il campo Variare l area della sezione trasversale della bobina Tutte e tre variazione corrispondono alla variazione del flusso del campo magnetico o flusso magnetico Il flusso magnetico è una misura del numero di linee del campo magnetico che attraversano un area data. 3

4 2. Il flusso del campo magnetico È solo la componente di! perpendicolare alla superficie a contribuire al flusso magnetico Il campo magnetico! che attraversa una superficie " con un angolo # rispetto alla normale ha un flusso magnetico Φ =!" cos # Nel SI si misura in tesla per metro quadro (T m 2 = weber, Wb) 4

5 3. La legge dell induzione di Faraday Legge di Faraday: in una bobina si manifesta una fem indotta quando il flusso magnetico che l attraversa varia nel tempo. Per una bobina di! avvolgimenti: ℇ =! Φ Δ( =! Φ )*+,-. Φ *+*/*,-. ( )*+,-. ( *+*0*,-. Michael Faraday Il segno meno indica che la fem indotta si oppone alla variazione del flusso magnetico 5

6 3. La legge dell induzione di Faraday I dispositivi che sfruttano la legge di Faraday sono numerosi. Il pickup di una chitarra elettrica Il registratore a nastro magnetico 4. La legge di Lenz Una corrente indotta scorre sempre nel verso che si oppone alla variazione che l ha causata. Se il campo magnetico aumenta il campo generato dalla corrente indotta sarà diretto nel verso opposto; Ne deriva una forza repulsiva che si oppone al moto del magnete Se il campo diminuisce, il campo indotto sarà diretto nello stesso verso. La forza attratttiva che ne risulta si oppone al moto del magnete 6

7 4. La legge di Lenz La legge di Lenz vale indipendentemente da come viene fatto variare il flusso magnetico. Anche un campo magnetico che varia nel tempo può produrre una corrente indotta. 4. La legge di Lenz La legge di Lenze è connesso alla conservazione di energia: Una barretta metallica chiude un circuito immersa in un campo magnetico costante. La sua caduta fa diminuire il flusso magnetico, inducendo una corrente. 7

8 4. La legge di Lenz La forza dovuta alla corrente indotta è diretta verso l alto e tende a frenare la caduta della barretta. L energia potenziale gravitazionale viene convertita in energia elettrica. 6. Lavoro meccanico ed energia elettrica Consideriamo un apparato simile: Una sbarretta scivola orrizontalmente senza attrito su un filo a forma di U collegato a una lampadina di resistenza!. Tutto immero in un campo magnetico " uscente. La sbaretta è spinta con una forza esterna $ %&'%()* verso destra a velocità costante +. In un tempo - la sbareta si sposta di + - e l area aumenta di (+ -)l Il flusso magnetico aumenta di Φ = " 3 = "(+ -)l 8

9 La fem indotta è E = # % & 6. Lavoro meccanico ed energia elettrica = '(l & & = *+l L intensità della corrente nel circuito è, = E - = '(l -. La forza magnetica sulla sbaretta è. =,l* = '(l l* = '/ (l / - - La potenza meccanica dalla forza esterna =.+ = '/ ( / l / - La potenza elettrica dissipata 0 272&&8634 =, 9 : = '(l - Esattamente uguale! 9 : = ' / ( / l / - 9

10 6. Lavoro meccanico ed energia elettrica Con l aiuto di un campo magnetico possiamo trasformare direttamente la potenza meccanica in potenza elettrica. Su questo principio funziona il generatore elettrico. ℇ = $ & ℇ $ se radoppia $, radoppia ℇ '( ℇ = $ & '( = +, '( = 0,4T 1 1, m 7 s 49 = 0,68mV 10