ELETTROTECNICA. Elettromagnetismo. Livello 13. Andrea Ros sdb

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1 ELETTROTECNICA Livello 13 Elettromagnetismo Andrea Ros sdb

2 Livello 13 Elettromagnetismo

3 Sezione 1 Campi magnetici e correnti elettriche Nel 1820 il fisico Oersted scoprì che il passaggio di una corrente elettrica in un filo conduttore provoca la deviazione di un ago magnetico posto nelle sue vicinanze. Le linee di forza di questo campo hanno la forma di circonferenze disposte perpendicolarmente al conduttore e aventi per centro il filo stesso. Questa scoperta dimostra che la corrente elettrica genera un campo magnetico. L esperimento di Oersted. 2

4 Sagomando un conduttore a forma di spira le linee di forza del campo magnetico vi entrano a fascio dando luogo al suo interno a un campo magnetico molto più intenso. Una bobina (o solenoide) è un filo avvolto a spirale: si tratta in pratica di più spire collegate tra loro in serie. All interno del solenoide si genera un campo magnetico molto intenso, dovuto alla somma degli effetti magnetici delle singole spire. Una spira percorsa da corrente presenta sulle due facce due poli magnetici Nord e Sud, e si comporta quindi come un magnete elementare. Il più delle volte le bobine sono avvolte su un nucleo di materiale ferromagnetico che amplifica il campo prodotto. Il solenoide si comporta come un magnete rettilineo e può quindi esercitare l attrazione o la repulsione nei confronti di un magnete o di un altro solenoide percorso dalla corrente elettrica. 3

5 Sezione 2 Forze elettromagnetiche Se immergiamo ora una spira percorsa da corrente in un campo magnetico essa è sottoposta a una coppia di forze che la fa ruotare: Immergendo un conduttore percorso da corrente in un campo magnetico che abbia le linee di forza perpendicolari al filo si viene a creare una forza elettromagnetica in grado di spostare il filo: F =B I l Questo effetto è utilizzato negli strumenti di misura a bobina mobile e nei motori elettrici in generale. la forza si può quindi calcolare come prodotto tra B = induzione magnetica [T] I = intensità della corrente che percorre il filo [A] 4 l = lunghezza del filo [m]

6 Sezione 3 Forza tra due conduttori Dato che le correnti elettriche generano campi magnetici e i campi magnetici generano delle forze nei conduttori percorsi da corrente, è intuitivo pensare che tra due conduttori percorsi dalla corrente elettrica si eserciti un attrazione reciproca: il campo magnetico generato da ognuno dei due attira l altro. Il fisico francese Ampère verificò questo fenomeno scoprendo che i due fili si attraggono se sono percorsi da correnti con lo stesso verso e si respingono se le correnti hanno direzioni opposte. La forza con cui i due conduttori si attraggono è data da: k I1 I2 l F= d dove: k è una costante pari a I1 e I2 sono le correnti che percorrono i fili l è la loro lunghezza d è la distanza a cui si trovano 5

7 Sezione 4 Induzione elettromagnetica Come abbiamo visto il movimento delle cariche elettriche all interno di un conduttore produce un campo magnetico... Nel 1831 Faraday ipotizzò che potesse valere anche il contrario. Scoprì allora che la variazione di un campo magnetico provoca in un conduttore immerso in esso una forza elettromotrice, e cioè una forza capace di muovere le cariche, e produrre così una corrente. Questa f.e.m. può essere ottenuta: tenendo fermo il conduttore e variando il campo magnetico (induzione statica): su questo fenomeno si basa il funzionamento del trasformatore muovendo il conduttore all interno di un campo magnetico costante (induzione dinamica): su questo fenomeno si basa il funzionamento degli alternatori delle centrali elettriche (e anche della dinamo della bicicletta) 6

8 La legge di Faraday-Neumann permette di calcolare l entità della f.e.m. indotta in una bobina: E = N ΔΦ Δt E è la f.e.m. indotta [V] N è il numero di spire della bobina ΔΦ la variazione del flusso concatenato [Wb] Δt la durata della variazione [s] Il segno meno nella formula prende il nome di legge di Lenz: ci dice che la f.e.m. prodotta ha sempre un verso tale da opporsi alla causa che l ha generata. In questo video potrai vedere l induzione elettromagnetica all opera. E interessante notare che la f.e.m. è inversamente proporzionale alla durata della variazione: avvicinando un magnete a una bobina più velocemente si produce una f.e.m. maggiore... per questo motivo se un alternatore ruota più velocemente produce una tensione maggiore. 7