INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

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1 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Faraday scoprì che muovendo rapidamente un magnete vicino ad una bobina, in questa passava una corrente elettrica che cessava di esistere quando il magnete era in quiete. Questo fenomeno mostrava un nuovo legame tra elettricità e magnetismo

2 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA L effetto si riproduce anche se è la bobina a muoversi rispetto al magnete

3 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA oppure se la variazione di campo magnetico sulla bobina è prodotto da un altra bobina in cui passa una corrente variabile

4 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Faraday ne concluse che una qualsiasi variazione di campo magnetico prodotta in una bobina determina l insorgere di una differenza di potenziale nella bobina stessa, ovvero che un campo magnetico variabile ha effetti elettrici. Questo fenomeno prende il nome di induzione elettromagnetica

5 INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Le scoperte di Faraday ebbero enormi implicazioni sia teoriche che pratiche: di fatto tutti gli apparecchi elettrici derivano da queste scoperte

6 DINAMO Facendo ruotare una serie di bobine (di solito 2 o 4) tra i poli di un magnete si genera corrente nelle bobine: questa è la dinamo

7 ALTERNATORE Facendo ruotare una serie di magneti o elettromagneti in presenza di bobine fisse si genera in esse corrente: questo è l alternatore. Gli alternatori sono usati per la produzione di massa di corrente e possono avere grandi dimensioni

8 TRASFORMATORE Accoppiando due bobine, il passaggio in una di esse di corrente alternata induce nell altra una corrente alternata con differenti voltaggio e amperaggio: questo è il trasformatore

9 MOTORE ELETTRICO Del resto, anche se la prima scoperta va a Oersted, Faraday fu anche uno dei pionieri dello studio dell interazione tra magneti e correnti, da cui deriva il motore elettrico

10 LA TEORIA DEL I.E.M. S B Consideriamo una sottile bobina circolare, che contorna una superficie S, e orientata rispetto al vettore campo magnetico B (che prendiamo come normale alla spira) con la regola della mano destra (pollice come B, le altre dita indicano il verso della linea)

11 LA TEORIA DEL I.E.M. S B o B ΔB Se l intensità del campo diminuisce (ovvero se la variazione del campo ha verso opposto a B) allora la corrente nella bobina circola concordemente col verso fissato CORRENTE

12 LA TEORIA DEL I.E.M. ΔB B o S CORRENTE B Se l intensità del campo aumenta (ovvero se la variazione del campo ha verso concorde con B) allora la corrente nella bobina circola in verso opposto a quello fissato

13 LA TEORIA DEL I.E.M. ΔB B o S CORRENTE B In altre parole, la variazione di B e la corrente indotta hanno sempre verso opposto (ovvero, se la variazione di B è concorde con la normale alla spira allora la corrente è discorde con l orientamento della spira e viceversa)

14 LA TEORIA DEL I.E.M. B L effetto viene prodotto anche quando la bobina ruota all interno di un campo magnetico uniforme

15 LA TEORIA DEL I.E.M. B Invece non si produce se la bobina rimane tangente alle linee del campo, ovvero se queste non tagliano la superficie della bobina, anche se il campo subisce una variazione

16 LA TEORIA DEL I.E.M. α B Questo prova che il fenomeno non è legato tanto alla variazione del campo magnetico, ma alla variazione del flusso del campo attraverso la superficie della bobina S Φ S ( B) = B S cosα

17 LA TEORIA DEL I.E.M. α S B Gli esperimenti mostrano che l effetto dell induzione elettromagnetica, misurabile o in termini di corrente o di differenza di potenziale prodotta, è tanto maggiore quanto maggiore è la variazione di flusso magnetico

18 LA TEORIA DEL I.E.M. α S B Inoltre, dagli esperimenti risulta che il passaggio di corrente, e quindi la differenza di potenziale che si stabilisce nella bobina, è tanto maggiore quanto più velocemente si attua la variazione di flusso, ovvero quanto minore è il tempo

19 LEGGE DI FARADAY- NEUMANN-LENZ Tutti questi fatti portarono alla formulazione di una legge fondamentale, della legge di Faraday- Neumann-Lenz V = ΦS ( B) t Cioè, la differenza di potenziale indotta in una spira in un tempo Δt è uguale al rapporto tra la variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie della spira e il tempo, cambiato di segno

20 LEGGE DI FARADAY- NEUMANN-LENZ Questa è, in effetti, solo una approssimazione: la legge esatta non fa riferimento a tempi finiti ma infinitamente piccoli, ovvero alle derivate dφ B V S ( ) = dt Cioè, la differenza di potenziale indotta in una spira è uguale alla derivata rispetto al tempo del flusso del campo magnetico attraverso la superficie della spira, cambiata di segno

21 LEGGE DI FARADAY- NEUMANN-LENZ Il segno -, introdotto da Lenz, deriva dal fatto indicato nelle diapositive precedenti che il verso in cui circola la corrente, è sempre opposto, nel senso della regola della mano destra, alla variazione del flusso del campo magnetico

22 AUTOINDUZIONE Quando in una bobina circola una corrente variabile questa produce intorno a sé un campo magnetico variabile, il quale a sua volta produce nella bobina stessa una corrente indotta che si sovrappone a quella originaria: questo fenomeno è detto autoinduzione

23 AUTOINDUZIONE La corrente autoindotta, essendo sempre opposta alla variazione che l ha prodotta, ha l effetto di ostacolare la variazione di corrente nella bobina, ed è quindi assimilabile ad un attrito. Questo fenomeno può essere sia utile che dannoso, a seconda dei casi, e quindi le bobine verranno studiate in modo da rendere massimo o minimo questo effetto.