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E1 Elettricità e magnetismo Magnetismo e macchine elettriche Magneti e campi magnetici Un magnete è un corpo in grado di generare un campo magnetico. Alcuni effetti del campo magnetico li possiamo osservare utilizzando delle comuni calamite. Esse, infatti, hanno le seguenti proprietà: • capacità di attirare oggetti di ferro. • capacità di attirare o respingere altri magneti. Ciò accade perché un magnete ha due poli (NORD e SUD). attrazione S N S S repulsione N N N S Accostando due poli opposti delle calamite (NORD e SUD), possiamo notare che queste si attraggono saldamente; se invece accostiamo due poli uguali (NORD e NORD oppure SUD e SUD) saranno in grado di respingersi con notevole http://www.tecnologiaedidattica.com/blog 1 Elettricità e magnetismo E1 forza. Anche se spezziamo in pezzi sempre più piccoli i magneti, essi presenteranno sempre due poli e saranno capaci di creare un campo di forza come quello rappresentato nella figura: Fig. 1 e 2 – Campo magnetico Esiste una stretta relazione tra magnetismo ed elettricità. Ciò è dovuto al fatto che entrambi sono aspetti dello stesso fenomeno che prende il nome di elettromagnetismo. Infatti, è possibile ottenere un campo magnetico con una corrente elettrica (elettromagneti) oppure una corrente elettrica con un campo magnetico (induzione elettromagnetica). Elettromagneti (o elettrocalamite) Una corrente elettrica che scorre in un filo di materiale conduttore genera intorno a sé un campo magnetico del tutto analogo a quello di una calamita; tale campo è più intenso se il filo di rame è avvolto intorno ad un nucleo di ferro. Un'elettrocalamita è un magnete temporaneo che si ottiene facendo scorrere una corrente elettrica in un filo di rame avvolto intorno a un nucleo di ferro. Fig. 3 – Elettrocalamita 2 E1 Elettricità e magnetismo Tale dispositivo prende il nome di elettromagnete o elettrocalamita; si tratta, tuttavia, di un magnete temporaneo, in quanto il campo magnetico scompare al cessare della corrente elettrica nelle spire. Si verifica che: • se la corrente che circola nella spirale è continua, il campo magnetico sarà costante, con i poli nord e sud fissi. • se la corrente è alternata, il campo magnetico sarà variabile, con una continua e rapida inversione dei poli nord e sud. Induzione elettromagnetica Se un filo di materiale conduttore viene a trovarsi all'interno di un campo magnetico variabile, in esso si genera una corrente elettrica. Tale fenomeno è noto come induzione elettromagnetica. La condizione necessaria affinché si generi una corrente elettrica è che il campo magnetico in cui si trova il conduttore sia variabile, ovvero che i poli magnetici del campo si invertano continuamente. Per fare ciò, abbiamo due possibilità: • mantenere fermo il magnete e ruotare la spira di materiale conduttore. • ruotare il magnete e lasciare ferma la spira di conduttore. Sfruttando il principio dell'induzione elettromagnetica è possibile costruire le macchine elettriche, come i seguenti dispositivi: il trasformatore, l'alternatore e i motori elettrici. http://www.tecnologiaedidattica.com/blog 3 Elettricità e magnetismo E1 Il trasformatore È un dispositivo in grado di modificare la tensione della corrente elettrica, alzandola o abbassandola secondo le esigenze di utilizzo (bassa e media tensione) o di trasporto (alta tensione). Il trasformatore è un dispositivo molto semplice da realizzare, ma funziona solo con la corrente alternata. Per il suo funzionamento, vedi il riquadro a destra. L'alternatore e i motori elettrici L'alternatore è il generatore utilizzato negli impianti di produzione dell'energia elettrica e si basa sul principio dell'induzione elettromagnetica. Si compone di una parte fissa, detta statore, in cui sono installati innumerevoli avvolgimenti di rame, e di una parte mobile che ruota all'interno dello statore, detto rotore. Il rotore è un magnete che viene messo in rotazione dalla forza dell'acqua o del vapore, generando un campo magnetico variabile che, per induzione, genera a sua volta corrente elettrica all'interno degli avvolgimenti nello statore. L'alternatore, pertanto, trasforma l'energia meccanica di rotazione in energia elettrica. I motori elettrici sono costruiti allo stesso modo degli alternatori e sono basati sullo stesso principio, ma usano l'energia elettrica per produrre energia meccanica di rotazione. Alcuni tipi di alternatore, infatti, possono funzionare come motori elettrici quando sono collegati corrente elettrica. 4 Il trasformatore si compone di due avvolgimenti di rame intorno a un nucleo di ferro. Nel primo avvolgimento entra la corrente alternata ad una certa tensione, che genera, per induzione elettromagnetica, una corrente alternata anche nel secondo avvolgimento, A seconda della quantità di spire del secondo avvolgimento, la tensione della corrente in uscita sarà maggiore o minore.
