L’induzione elettromagnetica
1. La corrente indotta
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Una corrente
magnetico.
Un campo
corrente?
elettrica
magnetico
genera
può
un
campo
generare
una
In un circuito senza generatori può circolare
corrente.
La corrente indotta
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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
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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
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Gli esperimenti mostrano che la corrente indotta
dipende da tre grandezze:
la rapidità di variazione del campo magnetico
esterno;
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l'area del circuito indotto;
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l'orientazione del circuito.
Il ruolo del flusso del campo magnetico
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Ad esempio, la corrente indotta è più intensa
quando:
Il ruolo del flusso del campo magnetico
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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
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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
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∆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
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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,
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La legge di Lenz
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Qual è il verso della corrente indotta? Ci sono
due possibilità:
La legge di Lenz
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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
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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
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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
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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
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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.
