L induzione elettromagnetica
1. La corrente indotta Una corrente elettrica genera un campo magnetico. Un campo magnetico può generare una corrente? In un circuito senza generatori può circolare corrente.
La corrente indotta Il campo magnetico all'interno della bobina diventa più intenso se la calamita si avvicina e viceversa; un campo magnetico che varia genera una corrente indotta: il fenomeno si chiama induzione elettromagnetica (e.m.). Un altro modo di generare un B variabile è un circuito con una resistenza variabile R, nel quale la corrente i e quindi il campo magnetico aumenta (R piccola) o diminuisce (R grande).
La corrente indotta Mettiamo vicino al circuito senza batteria (circuito indotto) un secondo circuito in cui varia l'intensità di corrente (circuito induttore):
Il ruolo del flusso del campo magnetico Gli esperimenti mostrano che la corrente indotta dipende da tre grandezze: la rapidità di variazione del campo magnetico esterno; l'area del circuito indotto; l'orientazione del circuito.
Il ruolo del flusso del campo magnetico Ad esempio, la corrente indotta è più intensa quando:
Il ruolo del flusso del campo magnetico Si ha corrente indotta quando varia il flusso del campo magnetico attraverso l'area che ha come contorno il circuito. Infatti, ricordando che, per B costante, è vediamo che la variazione del flusso di B dipende proprio: dalla variazione di B, dalla superficie S e dall'orientamento di essa (l'angolo α).
L'espressione della legge di Faraday-Neumann Legge di Faraday-Neumann: la forza elettromotrice indotta in un circuito è uguale al rapporto, cambiato di segno, tra la variazione del flusso del campo magnetico attraverso il circuito, in un intervallo di tempo t, e t stesso.
L'espressione della legge di Faraday-Neumann Φ/ t rappresenta la rapidità con cui varia il flusso di B; il segno rappresenta la legge di Lenz (vedremo in seguito); conoscendo la resistenza R del circuito possiamo calcolare il valore della corrente indotta:
3. La legge di Lenz Quando una calamita si avvicina ad un circuito, il campo B nella zona del circuito aumenta; la variazione di flusso Φ genera una corrente indotta, che a sua volta genera un campo magnetico indotto. Vi sono due campi magnetici: che crea il Φ,.
La legge di Lenz Qual è il verso della corrente indotta? Ci sono due possibilità:
La legge di Lenz Caso A): ci sarebbe un aumento del flusso totale, corrente indotta più intensa: un processo senza fine che produrrebbe energia gratis. Questo non è possibile perché viola il principio di conservazione dell'energia. Quindi la corrente indotta deve circolare come nel caso B), secondo la Legge di Lenz: il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi alla variazione di flusso che la genera.
La legge di Lenz Significato della legge di Lenz: una corrente indotta, causata da un aumento B di un campo magnetico esterno B, genera un campo magnetico indotto che ha verso opposto a quello di B; una corrente indotta, causata da una diminuzione B di un campo magnetico esterno B, genera un campo magnetico indotto che ha lo stesso verso di B.
4. L'autoinduzione e la mutua induzione Si può avere induzione elettromagnetica anche senza un campo magnetico esterno: infatti la variazione dell'intensità di corrente in un circuito causa una forza elettromotrice indotta nel circuito stesso. Questo fenomeno è l'autoinduzione, che accade, ad esempio, quando si aziona un interruttore di un circuito elettrico.
L'autoinduzione e la mutua induzione Quando si chiude un interruttore: la corrente i parte da 0 ed aumenta rapidamente, generando un campo magnetico crescente attraverso la superficie del circuito; il flusso del campo aumenta e si genera una corrente indotta, che si oppone all'aumento di i; l'effetto complessivo di queste due correnti opposte è quello di rallentare l'aumento della corrente nel circuito.
L'autoinduzione e la mutua induzione Quando si apre un interruttore: la corrente i diminuisce, generando un campo magnetico decrescente attraverso la superficie del circuito; il flusso del campo diminuisce e si genera una corrente indotta, nello stesso verso di i; l'effetto complessivo è che la corrente non si annulla immediatamente.