Induzione Elettromagnetica.

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1 Induzone Elettomagnetca. Alcun cas n cu s osseva coente ndotta N S f.e.m. ndotta quando s azona l nteuttoe A S avvcna/allontana l magnete A Qu non c è moto elatvo fa ccut. Che hanno n comune quest cas? Un ccuto uota n un campo magnetco esteno. f.e.m. ndotta n pesenza d moto elatvo.

2 f.e.m. ndotta La f.e.m. ndotta ha le seguent popetà: aumenta all aumentae della veloctà elatva o alla apdtà de cambament camba segno se s nvete l veso del moto, o fa apetua e chusua dell nteuttoe aumenta all aumentae del campo nducente (magnete pù fote...) l veso della coente/fem ndotta è tale da oppos alla causa che lo poduce In tutte le espeenze pecedent camba l flusso del campo concatenato al ccuto. Tutte le ossevazon s assumono nella: ε IND = dφ dt Legge d Faaday-Neumann Φ è l flusso concatenato al ccuto Punt da chae: che s ntende pe flusso concatenato ad un ccuto? qual è l sgnfcato del segno -?

3 Flusso del campo magnetco concatenato ad una lnea. A) Flusso attaveso una supefce pana (apeta) dφ = nds J A Φ ( S) = [ Φ ] = Tm = = Vs Wb = nds ds nomale alla supefce ndca l veso pescelto s è sempe palato d flusso attaveso una supefce esstono nfnte supefc avent pe lmte una lnea chusa (ccuto) (ad es. S 1 e S ) lnea chusa γ S 1 s tova che Φ ( S ) = Φ ( ) 1 S l flusso non dpende dalla supefce consdeata (puché delmtate dalla stessa lnea). S 1 e S delmtano una supefce chusa, qund: Φ ( S ) = Φ ( S ) + Φ ( S ) 0 1 = S I due fluss sono ugual n modulo. Lo sono anche n segno se la nomale alla supefce (apeta) vene scelta n modo oppotuno.

4 Induzone E.M La convenzone è che l veso postvo della f.e.m. e quello d Φ sano legat fa loo dalla egola della mano desta. La scelta del veso postvo è abtaa, ma non s possono sceglee ndpendentemente. veso postvo d Φ Β veso postvo della f.e.m. E In questo senso s deve ntepetae l segno: un aumento del flusso Φ n fgua nduce una coente detta n veso oao e vcevesa. Inolte: la coente (f.e.m.) ndotta è tale da oppos alla causa che la poduce. N S N S ndotta s oppone alla vaazone d Φ e poduce una foza epulsva sul magnete che s avvcna

5 Come s spega la pesenza d coent ndotte? A) Ccuto moble n un campo costante IND una sbaetta scvola su gude conduttc n campo unfome v sulle caca d conduzone agsce una foza d Loentz, che poduce una coente nel veso d F L ) Ccuto fsso n un campo vaable la vaazone d genea un campo elettco (ndpendentemente dal ccuto, anche nel vuoto) Il campo elettco ndotto, a dffeenza del caso elettostatco, non è consevatvo. La ccutazone d E IND non è nulla, ma è uguale alla f.e.m. ndotta Il betatone ε = s dφ E d = dt v F L Espanson pola d un magnete. unfome ma vaable lnee d foza d E ndotto

6 Flusso concatenato ad un ccuto. A) Flusso d un campo podotto da un alto ccuto 1 entante Φ Φ 1 M 1 M: coeffcente d mutua nduzone o mutua nduttanza M>0 o M< 0 Esempo: tasfomatoe. ) Flusso d un campo podotto dal ccuto stesso. spa ccolae Φ Φ L L: autonduttanza (sempe L>0) Wb A Vs A [ M ] = [ L] = = = Ω s = H

7 Alcune conseguenze dell autonduzone. ε R alla chusua del ccuto la coente non passa mmedatamente al valoe fnale, a causa della f.e.m ndotta ε/r t ε R all apetua del ccuto, la coente non va mmedatamente a zeo, sempe a causa della f.e.m. ndotta =ε/r ε Schematcamente, l ccuto s appesenta così R L Notae che, alla chusua, ε > R qund ε > R l geneatoe eoga pù potenza d quella dsspata nella esstenza. Dove fnsce questa enega? S può povae che è mmagazznata nel campo magnetco ed è esttuta all apetua del ccuto. t Al campo magnetco è assocata una denstà d enega: 1 u = µ 0 nel vuoto

8 Effett del campo elettomagnetco d bassa fequenza A lvello atomco-molecolae (Chmca e ologa) le foze domnant sono elettomagnetche. F q ( E + v ) = foza d Loentz I camp E.M. esten possono nfluenzae pocess bologc? Effett (negatv) sulla salute? Pe l ICNIRP (Intenatonal Commsson on Non-Ionzng Radaton Potecton) (Health Phys. 75 (4) 44, 1998) ν< 100kHz. Assobmento d enega tascuable 100kHz<ν<0MHz assobmento cesce con ν, mpotante pe gambe e collo 0MHz<ν<00MHz Assobmento dstb. su tutto l copo 300MHz<ν<10GHz Assobmento localzzato ν>10ghz Assobmento supefcale. In geneale s sono ossevat effett pe fot assobment d enega, cospondent ad aumento d tempeatua d 1 C. Pe basse fequenze (ELF) stud d laboatoo evdenzano effett (non necessaamente nocv) pe >10mT e E>100mV/m Nel caso de 50/60Hz s dscute dal lavoo d Wetheme e Leepe, Am.Jou.Epd. 109, 73 (1979)

9 Effett del campo elettomagnetco d bassa fequenza Il caso ν=50/60hz. A ν=50hz la lunghezza d onda EM è λ = c/ν = 6000 km S possono tattae camp geneat ad es. da un flo pecoso da coente come quas statco : ( t) µ 0 π Consdeazon qualtatve d tpo fsco (odn d gandezza) su possbl effett del campo EM a 50Hz. ( t) In possmtà d elettodott esste campo E e Il copo umano è un conduttoe: ρ=1ωm E EXT E INT Se l campo fosse statco, E INT =0 Campo E esteno (n assenza del conduttoe) Il copo umano è conduttoe (ρ=1ωm). In ealtà se E EXT osclla, le cache ndotte oscllano: c è una coente. Qund un campo elettco E=ρJ

10 Effett del campo elettomagnetco d bassa fequenza S dmosta che E INT = 3 K ε 0 ωρe EXT 50Hz K: costante numeca (K=1 pe una sfea) ω = πν=314 s -1. Il sultato è: E INT 10 7 E EXT E INT fotemente dotto: anche E EXT =10 4 V/m dà E INT =1mV/m Lo schemaggo elettostatco è ancoa molto effcente. Il campo magnetco peò può penetae, e geneae un campo elettco ndotto. E = 1 EXT ω è una dmensone caattestca, dell odne d 10cm. Quanto vale EXT? Nelle abtazon tpcamente EXT < 0.1µT Pesso Elettodott fno a 100µT, ma dmnusce apdamente con la dstanza (v. esemp) Un esposzone a EXT < 5µT non dovebbe ceae poblem.

11 Effett del campo elettomagnetco d bassa fequenza Alt effett. E INT E CEL membana dlpdca. Spessoe d=7nm Alta esstvtà. La caduta d tensone V s concenta nella membana Cellula (1-100µm) Se E INT =1mV/m E MEM =10V/m (valo fsologc 10 7 V/m) E CEL =10-5 E INT Valo tpc d V ndotto nella cellula non supeano 0.1 µv, mno delle fluttuazon ntnseche dell odne d 3µV Tal camp sono anche mno de camp d ogne fsologca: un elettocadogamma fonsce V = 1mV a 0.5 m d dstanza e l campo elettco può aggungee anche 1V/m n possmtà del cuoe. IN CONCLUSIONE Non c è evdenza suffcente d dann povocat da camp EM della ete elettca Anche sultat postv non fonscono un quado coeente: ad es. non è ma stata dmostata una elazone dose-sposta Manca un meccansmo mcoscopco cedble.

12 Secondo l ICNIRP ( Al 1998 solo 5 stud su 15 potano un maggo scho n elazone ad una maggoe esposzone al campo EM Alcun degl stud pù goos non mostano dpendenza Anche quando c è coelazone, non c è andamento chao n funzone del campo (es. coelaz. >0.mT, che peò dmnusce pe maggo) Gl stud d laboatoo su cellule o volonta evdenzano effett solo pe camp molto pù ntens (>10mT, E~100mV/m Non c è attualmente un evdenza convncente d effett canceogen d quest camp. Inutle de che quest agoment sono fotemente contestat dagl ambentalst (v. )

13 ete telefonn 6V/m Lnee guda ICNIRP (adottate UE 1999) E l Itala? 10µT 3µT