Effetti dei campi magnetici (sintesi delle idee)
Ogni passaggio di corrente elettrica genera un campo magnetico. Invertendo il senso della corrente elettrica
si invertono anche le linee di forza del campo magnetico ad essa associato.
Un solenoide (una bobina, ad esempio) percorso da corrente elettrica si comporta come un magnete.
Un conduttore percorso da corrente elettrica immerso in un campo magnetico è sottoposto ad una forza che
tende a spostarlo (da qui nasce il motore)
Due conduttori percorsi da corrente elettrica sono sottoposti ad una forza repulsiva o attrattiva a seconda che
i versi delle correnti siano discordi o concordi. Campi magnetici di intensità variabile sono in grado di
produrre correnti elettriche nei conduttori in essi immersi. La forza elettromotrice indotta in un circuito è
presente soltanto per tutto il tempo in cui si ha una variazione di flusso magnetico concatenato.
La forza elettromotrice di autoinduzione ha verso tale da opporsi alla variazione che l'ha generata.
(legge di Lenz)
[Il coefficiente di mutua induzione tra due circuiti accoppiati dipende dalla posizione e dal tipo di
materiale tra loro interposto.]
Un induttore ideale in corrente continua si comporta con un cortocircuito.
L'elettromagnete è un dispositivo costituito da un solenoide percorso da corrente elettrica e avvolto
su di un nucleo di materiale ferromagnetico.
Le correnti parassite o di Foucault si originano nelle masse metalliche sottoposte a variazione di
flusso magnetico con esse concatenato.
Induzione elettromagnetica (effetto generatore) capitolo 12.4
Il movimento delle cariche elettriche all’interno di un conduttore produce un campo magnetico
circostante; in modo analogo è lecito pensare che: la variazione di un campo magnetico rispetto
ad un conduttore in esso immerso provoca una corrente elettrica nel conduttore stesso.
A questa logica supposizione, fatta dal fisico inglese Faraday nel 1831, corrispose poi la realtà.
Sperimentalmente Faraday verificò che ogni qual volta varia il flusso concatenato con un
conduttore, nel conduttore nasce una forza indotta (f.e.m.) capace di produrre una corrente elettrica
se il circuito conduttore è un circuito chiuso.
La f.e.m., la cui durata è pari al tempo per cui si ha la variazione di flusso concatenato con il
conduttore può essere ottenuta essenzialmente in due modi diversi:
• tenendo fermo il conduttore e variando il campo magnetico al quale è sottoposto (induzione
statica);
• muovendo in modo opportuno il conduttore all’interno di un campo magnetico costante
(induzione dinamica).
Correnti parassite o di Foucault (capitolo 12.9)
Non soltanto i soliti circuiti diventano sede di f.e.m. indotte quando ricorrono le condizioni di
variazione di flusso concatenato, ma ne sono soggette anche tutte le masse metalliche facenti parte
di macchine e apparecchiature elettriche, come per esempio i nuclei degli elettromagneti.
In quest’ultimo caso le correnti indotte si distribuiscono nelle masse metalliche e possono
raggiungere intensità elevatissime dando luogo a effetti termici considerevoli.
Tali correnti sono quindi causa di dissipazione nelle macchine elettriche (trasformatori, motori,
etc..) ed è per questo motivo che vengono chiamate correnti parassite o di Foucault.
Allo scopo di ridurre l’effetto di tali correnti i nuclei metallici delle apparecchiature elettriche non
vengono realizzati in un unico blocco ma sono costituiti da lamierini o fili conduttori
convenientemente isolati tra loro.
In tal modo si ha un aumento della resistenza elettrica del nucleo che comporta una diminuzione
delle intensità delle correnti parassite e di conseguenza anche una diminuzione degli effetti termici
ad esse associate (perdite per effetto Joule).
I lamierini costituenti i nuclei metallici solitamente sono di materiale ferromagnetico separati l’uno
dall’altro con vernice isolante o carta e disposti parallelamente alle linee di forza del campo
magnetico.
Le correnti parassite, di solito indesiderate, trovano però delle applicazioni pratiche nella frenatura
dei veicoli pesanti e dei dischi contatori dell’energia elettrica, negli
strumenti elettrici, etc…
Si prenda in esame, per esempio, la figura 1 in cui un peso aziona il
movimento di un disco, costituito da materiale conduttore ma non
magnetico, situato tra i poli di un elettromagnete. Applicando una tensione
ai morsetti dell’elettromagnete si può notare che il disco subisca una
frenatura per effetto delle correnti parassite che si creano nella parte del
disco immersa nel campo magnetico.
Le correnti indotte producono a loro volta un campo magnetico di verso tale
da opporsi alla causa che l’ha generato; come risultato si ha la creazione di
una forza agente in senso opposto alla rotazione del disco e di conseguenza
una frenatura di esso.
Annullando la corrente circolante dell’elettromagnete non si ha più variazione di flusso e viene a
cessare l’effetto frenante del disco.
Su tale principio sono basati i freni elettromagnetici utilizzati, per esempio, nei locomotori
ferroviari.
L’alternatore. Il concetto di reattanza. I filtri passa alto e passa basso.
Un alternatore è una macchina elettrica che trasforma energia meccanica in energia elettrica.
Una grandezza alternata è una grandezza periodica a valore medio nullo.
In un resistore sottoposto ad una tensione alternata vale la legge di Ohm V = R I.
L'opposizione al passaggio di corrente alternata in una induttanza è chiamata reattanza induttiva. La
sua unità di misura è l' ohm.
L'opposizione al passaggio di una corrente alternata in una capacità è detta reattanza capacitiva. La
sua unità di misura è l' ohm.
I valori assunti dalle reattanze dipendono dalla frequenza.
L'opposizione al passaggio di una corrente alternata (a.c.) in un circuito costituito da una resistenza
e da una reattanza è detta impedenza. La sua unità di misura è l' ohm.
I circuiti elettrici contenenti impedenze introducono uno sfasamento tra corrente e tensione
applicata.
A seconda del carattere dell'impedenza (induttivo o capacitivo) la corrente risulta sfasata in ritardo
o in anticipo rispetto alla tensione applicata. Questo fatto crea una serie di problemi che vanno
risolti con diversi accorgimenti.
In un circuito puramente resistivo o ohmico la corrente e la tensione applicata risultano in fase.
Un circuito serie R-L-C in cui la reattanza induttiva eguaglia quella capacitiva viene detto risonante
(la risonanza è il principio su cui si basano i sintonizzatori delle radio e delle TV)
Alla frequenza di risonanza corrente e tensione applicata sono in fase.
Gli apparecchi di riscaldamento elettrico, le cucine elettriche, i ferri da stiro funzionano
indifferentemente in corrente alternata e in corrente continua.
Un filtro passivo è un circuito in grado di attenuare in modo diverso l'ampiezza di un segnale
d'ingresso a seconda della sua frequenza.
Filtri comuni sono quelli R-C e C-R conosciuti rispettivamente come filtro passa-basso (fa passare
bene le basse frequenze) e passaalto (fa passare bene le alte frequenze).
Uso degli alternatori e centrale idroelettrica
L'energia idroelettrica è quella ottenuta dallo sfruttamento delle cadute d'acqua: naturali o artificiali.
Viene prodotta in centrali situate nei pressi di tali cadute d'acqua. Le centrali idroelettriche sono in
grado di funzionare con un buon rendimento soltanto dove l'acqua precipiti a valle da grande
altezza, oppure quando vi è a disposizione una portata d'acqua elevata, poiché soltanto così
acquisisce energia sufficiente ad azionare grandi turbine e quindi gli alternatori. Nel primo caso è
necessario costruire una diga in modo da accumulare l'acqua in un grande bacino molto al di sopra
della centrale.
Da tale bacino, attraverso condotte forzate, l'acqua è fatta precipitare a grande velocità fino alla
centrale, dove mette in azione le turbine idrauliche collegate, mediante alberi di trasmissione, agli
alternatori che di conseguenza generano corrente elettrica. Una volta scaricata dalle turbine, l'acqua
viene poi restituita la suo corso naturale.
Es. centrale idroelettrica
Impianto di illuminazione: uso dei relè
Il relè più utilizzato dagli elettricisti nell'ambito civile è il relè passo-passo; questo relè ha bisogno
di un comando impulsivo (dato attraverso un pulsante) per cambiare lo stato del contatto da aperto a
chiuso e viceversa.
Nella figura è riportato un esempio di impianto di illuminazione realizzato mediante relè
