schema degli argomenti sull`induzione - Digilander

PROGRAMMA PER L’INTERROGAZIONE/COMPITO – teoria
Il programma SEMBRA pieno di calcoli! Ma in realtà si riduce a ben poche formule: il calcolo del flusso (l’unica
formula che vale la pena di ricordare), il calcolo della fem indotta, il calcolo della corrente indotta, il calcolo
della potenza indotta e, nel caso dell’alternatore, il calcolo del momento. Se vi ricordate come queste formule
si ricavano l’una dall’altra vi basterà ricordare la prima e, con rapidissimi calcoli, ottenere tutte le altre.
INDUZIONE
 ESPERIMENTI CHE DIMOSTRANO L’INDUZIONE
o Magnete avvicinato/allontanato da una bobina (fatto in laboratorio da noi)
o Esperimenti del Video “Induzione_Intro” , commentati in classe
o Video “Video_Storia”
 Legge di Faraday-Newmann-Lenz :  = -/t : come ci si arriva? Studia gli appunti presi in classe!
FEM CINETICA
 Calcolo del flusso magnetico su di un circuito la cui area cambia con il tempo (sbarretta che
scende/sale: vedi applet Forza elettromotrice indotta da movimento 1 o sbarretta che si muove verso
destra: vedi applet Forza elettromotrice indotta da movimento 2).
 Calcolo della fem cinetica.
 Calcolo della corrente indotta da una fem cinetica.
 Calcolo della potenza elettrica di una fem cinetica.
TRASDUZIONE
 Come è possibile che, apparentemente dal nulla, il circuito guadagni energia elettrica grazie
all’induzione? Facciamo un’analisi quantitativa della situazione.
 Calcolo della forza magnetica applicata al circuito: osservate che la forza magnetica rallenta il circuito!
 ho guadagno di energia elettrica, contemporaneamente perdo energia cinetica.
 Calcolo della potenza prodotta dalla forza magnetica.
 Verifica che la potenza della forza magnetica è uguale in modulo a quella della potenza elettrica  ciò
che guadagno in potenza elettrica lo perdo in potenza cinetica  l’induzione permette il passaggio da
energia cinetica ad energia elettrica (trasduzione) senza però modificare l’energia complessiva  la
conservazione dell’energia è rispettata (nella trasduzione l’energia non si crea né si distrugge ma
cambia solo forma).
 Legge di Lenz e sua importanza affinché la legge di conservazione dell’energia sia soddisfatta.
CAMPO ELETTRICO INDOTTO
 Cosa rende possibile la trasduzione? Fino ad ora, non avevamo mai incontrato niente di simile: i campi
elettrici facevano passare l’energia da potenziale a cinetica e viceversa, come ogni altra forza
conservativa, ma non determinavano un passaggio di energia da una forma ad un’altra (cioè: da
cinetica meccanica ad elettrica).
 Prima osservazione: le correnti indotte sono circolari, cioè si chiudono su loro stesse: non hanno né un
polo di partenza (polo “+”) né un polo di arrivo (polo “-“).
 Se non ho poli non ho nemmeno un potenziale elettrico, visto che i poli sono dovuti al potenziale!
Come è possibile ciò? Prima di rispondere facciamo una seconda osservazione.
 Seconda osservazione: il campo elettrico è concorde alla corrente e perciò ruota anch’esso su se stesso
 la sua circuitazione è diversa da zero! Infatti, la circuitazione del campo elettrico indotto è proprio
uguale alla fem indotta ( ∮ 𝐄𝐢𝐧// 𝐒 =  )  Ein non è conservativo.
 Ecco la spiegazione della trasduzione! Il fatto che il campo elettrico indotto non sia conservativo gli
permette di fornirere Lavoro alla corrente tutte le volte che essa percorre un giro (altrimenti, se fosse
conservativo, il Lavoro dopo un giro completo sarebbe rigorosamente nullo, come già dimostrato al IV
anno, e non ci sarebbe nessun guadagno di potenza elettrica).
 Abbiamo poi svolto un secondo esempio di fem cinetica: Esempio n°5 pag. 1269-1271. Anche in questo
caso abbiamo calcolato il flusso, la fem, la corrente indotta, la potenza elettrica, la forza magnetica e la
potenza della forza magnetica. Abbiamo visto che anche in questo caso abbiamo trasduzione.
ALTERNATORE
 Guarda l’Applet Alternatore
 Calcolo del flusso magnetico su di una spira dell’Alternatore.
 Calcolo della fem cinetica.
 Calcolo della corrente indotta da una fem cinetica.
 Calcolo della potenza elettrica di una fem cinetica.
 Cosa accade al flusso, alla fem ed alla corrente se invece di una spira ho Nspire? Le equazioni di cui
sopra sono moltiplicate per “Nspire” (semplice dimostrazione).
 Cosa accade alla potenza se invece di una spira ho Nspire? Essa viene moltiplicata per Nspire2
(semplice dimostrazione).
MOMENTO DI UN ALTERNATORE
 VIDEO:
momento rallentante su di una spira -errore nel verso della forza dopo metà
rotazione Video momento su di una spira (in English) fino a 50.0s
 Calcolo della forza magnetica e del braccio di tale forza per un alternatore  calcolo del momento di
un alternatore.
 Calcolo della potenza istantanea del momento. Verifica che essa è uguale alla potenza elettrica 
trasduzione.
 Vedi il foglio di EXCELL Grafico t-Flusso(B) e t-FEM per un alternatore dove sono mostrati i grafici del
flusso, della fem e della potenza in funzione del tempo. Prova modificare qualche parametro e vedi
cosa succede! I parametri sono: W0: velocità angolare dell’alternatore ; A0: massimo valore del flusso
magnetico dell’alternatore ; R: valore della resistenza del circuito dell’alternatore.
 Calcolo della potenza media del momento: usa il foglio di EXCELL di cui sopra per verificare “ad occhio”
che l’area sottesa dal grafico della potenza in un periodo è la metà di quella del rettangolo che ha per
base il periodo e per altezza il valore massimo della potenza  scrivi il valore della potenza media in
un periodo.
VALORI EFFICACI DI UN ALTERNATORE
 La potenza di un alternatore non è costante: servirebbe a poco. Essa viene “raddrizzata”, cioè resa
costante, usando strumenti che non ho descritto in classe ma che sono comuni ad ogni rete elettrica.
Se un alternatore ha una fem massima M, qual è la fem media che esso produce quando essa viene
raddrizzata? Il valore medio ottenuto è EFF=M/2 (semplice dimostrazione). Stesso discorso per la
corrente.
SPIRA CON CORRENTE NON INDOTTA
 VIDEO: momento su di una spira con corrente NON indotta. Notate in che modo è costruito il circuito
affinché la spira abbia sempre un momento diretto nello stesso verso di rotazione.
 Calcolo della forza magnetica su di una spira con corrente non indotta.
 Calcolo del momento della forza
 Calcolo della potenza del momento.
 Esempi vari di strumenti che utilizzano una spira fatta ruotare da un campo magnetico (ce ne sono
migliaia!)