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
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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
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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.
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Elettricità e magnetismo
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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.
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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.
