ITCG CATTANEO CON LICEO DALL’AGLIO - via M. di Canossa - Castelnovo ne’ Monti (RE)
SEZIONE I.T.I.
Induzione Elettromagnetica
Il fenomeno che consiste nella nascita, in particolari condizioni, di forze elettromotrici e
correnti elettriche “indotte” all’interno di circuiti privi di generatore.
Faraday studiò a fondo il fenomeno, descritto in modo completo dalle sue quattro famose
esperienze.
1° Esperienza
Alla chiusura del circuito primario (A) si osserva la nascita di
una corrente nel secondario (B)
All’apertura del primario (A) si osserva in B la nascita di una
corrente di verso opposto a quella precedente
In condizioni di regime (circuito primario chiuso
permanentemente) non si osservano correnti in B
2° Esperienza
Mentre si avvicina il magnete all’avvolgimento si osserva il
passaggio di corrente nel circuito .
Mentre si allontana il magnete all’avvolgimento si osserva il
passaggio di una corrente di verso opposto al precedente
nel circuito
La corrente si manifesta soltanto durante il movimento
3° Esperienza
Campo Magnetico B=cost. con spira che può ruotare attorno
al proprio asse
Si osserva una corrente “indotta” solamente mentre la spira
gira .
A spira ferma non c’è corrente indotta.
4° Esperienza
Campo Magnetico B=cost. (verso uscente dal foglio)
Con una spira che può traslare (senza ruotare intorno al
proprio asse)
Si ha corrente indotta se la spira è in movimento stando in
parte fuori ed in parte dentro il Campo Magnetico B
Se la spira è completamente immersa nel Campo
magnetico B, pur facendola traslare non si osserva corrente
indotta nel circuito
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Faraday mise in relazione il fenomeno con la variazione del numero di linee di forza che
attraversano il circuito indotto.
In effetti successivamente capì che l’induzione era legata alle variazioni del flusso del campo
magnetico attraverso i circuiti indotti.
f.e.m. indotta = è uguale a quella che bisognerebbe applicare alla spira o al circuito
indotto per avere una corrente come quella indotta
FLUSSO DEL CAMPO MAGNETICO CONCATENATO CON UNA SPIRA
Si definisce Flusso del Campo Magnetico B attraverso una spira l’espressione :
øB = BScosα
øB =n*BScosα
caso di 1 spira
caso di n spire
in cui :
B = intensità del campo Magnetico
S = area della superficie racchiusa dalla spira
α = Angolo tra la normale al piano della spira e le
linee di forza del C.M.
Il flusso concatenato con la spira øB può variare per :
- variazione di B
è il caso delle esperienze n. 1 e n.2
- variazione di α
- variazione di S
è il caso della esperienza n. 3
è il caso della esperienza n. 4
Nel caso n.4 se la spira è completamente immersa nel C. Magnetico il flusso concatenato
non varia quindi non si osserva il fenomeno dell’induzione.
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Ogni volta che in un circuito immerso in un <campo magnetico di genera una
variazione del flusso concatenato øB nasce, durante la variazione, una f.e.m.
indotta quindi una corrente indotta.
Legge di Faraday-Neumann (Lenz)
Δø/Δt non è altro che la velocità con cui varia il flusso øB .
Si può quindi concludere che il valore della f.e.m. indotta dipende dalla velocità di
variazione del flusso ; per ottenre f.e.m. indotte elevate sarà quindi necessario produrre
variazioni di flusso molto veloci ovvero, come accade spesso far ruotare molto velocemente
un avvolgimento all’interno di un Campo Magnetico .
Utilizzando la legge di Ohm , noto il valore della
resistenza è possibile calcolare l’intensità della corrente
indotta :
Legge di Lenz
Il verso della corrente indotta è tale da opporsi , per mezzo del Campo
magnetico da essa prodotto, alla causa che l’ha generata, cioè alla
variazione di flusso concatenato
Vediamo in modo più semplice cosa significa :
Se
Se
ΔøB > 0
ΔøB < 0
la corrente indotta genera un Campo Magnetico che ha verso
opposto a quello esistente (che quindi tende a riportare il
flusso al valore iniziale, cioè si oppone al suo aumento)
la corrente indotta genera un Campo Magnetico che ha lo
stesso verso di quello esistente (che quindi tende a riportare il
flusso al valore iniziale, cioè si oppone alla sua diminuzione)
La legge di Lenz matematicamente è condensata nel segno negativo che compare nella
legge di Faraday-Neumann
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Le Correnti di Foucault
Il fenomeno dell’induzione avviene anche all’interno di un conduttore massiccio immerso in
un Campo Magnetico il cui flusso attraverso il conduttore stesso varia nel tempo.
Poiché in genere i conduttori massicci hanno resistenze molto basse il valore raggiunto dalle
correnti indotte può essere particolarmente elevato.
ES. : Pendolo
Se un pendolo metallico viene fatto oscillare passando
all’interno delle espansioni di un magnete come indicato in
figura si verifica che il suo moto viene frenato dal campo
Magnetico esterno.
Questo deriva dal fatto che le correnti indotte sono tali da dare
in ogni istante un campo Magnetico opposto a quello esterno ;
il disco del pendolo si comporta come un magnete le cui
polarità sono disposte al contrario di quelle del magnete
esterno per cui le forze di attrazione tra poli opposti tendono a
frenare il movimento oscillatorio.
L’effetto frenante può essere ridotto cercando di limitare il
valore delle correnti indotte nel disco del pendolo.
Se il disco viene sagomato come in
figura, con tagli radiali , quindi
ortogonali alle correnti indotte , che
ostacolano ilo movimento delle cariche,
si determina un notevole aumento della
resistenza, una diminuzione drastica
delle correnti e quindi anche dell’effetto
frenante.
Su fenomeni di questo tipo si basa il funzionamento dei freni
elettromagnetici (Pasqualini) che oggi sono obbligatori sui mezzi pesanti come camions o
pullman (un disco collegato all’albero motore viene frenato da un elettromagnete comandato
dal guidatore che, regolando la intensità del campo prodotto dall’elettromagnete, può dosare
la frenata ).
Le correnti di Foucault sono dette anche “parassite” perché producono riscaldamento dei
conduttori attraversati dalle correnti indotte quindi dispersione di energia sotto forma di calore
(“effetto joule” ; come ad esempio nei trasformatori).
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