Legge di Faraday-Neumann-Lenz Induzione elettromagnetica e correnti indotte Prof. Sinopoli Ivan Salesiani Soverato - Anno Scolastico 2009/2010

L’induzione elettromagnetica Comunemente pensiamo che: batteria  corrente Così si credeva fino al 1831… …Faraday ed Henry fanno alcuni esperimenti R i V COSA E’ SUCCESSO??

L’induzione elettromagnetica Barra magnetica si muove attraverso la spira Þ Corrente indotta nella spira Ribaltando i poli magnetici Þ la corrente indotta cambia segno Barra magnetica stazionaria dentro la spira Þ Nessuna corrente indotta nella spira Spira in moto, barra magnetica fissa in qualunque caso: cambio di direzione del moto Þ variazione nel segno della corrente Indotta Variabile!! Dove abbiamo già visto qualcosa di simile?

L’induzione elettromagnetica La Forza di Lorentz Gli elettroni, muovendosi con velocità v nel nostro campo magnetico subiscono l’azione di una forza F che, accelerandoli, provoca una corrente nel filo!

L’induzione elettromagnetica …sempre nel 1831.. Non sono coinvolti magneti ma correnti (che sappiamo essere sorgenti di campi magnetici) COSA E’ SUCCESSO??

L’induzione elettromagnetica Apertura (o chiusura) interruttore  corrente indotta nel circuito “secondario” Corrente stazionaria nel “primario”  nessuna corrente indotta nel “secondario” Analogia!  Nei due exp il verso della corrente cambia (quando avvicino-allontano il magnete o apro-chiudo il circuito) Conclusioni di Faraday: Una corrente elettrica può essere generata da un campo magnetico variabile nel tempo Quantifichiamo queste osservazioni…

L’induzione elettromagnetica Per il secondo esperimento la forza di Lorentz non ci aiuta, ma possiamo ragionare sul campo ad essa correlato: in tutti e due gli esperimenti alla presenza della corrente si verifica un cambiamento del campo magnetico, o meglio, del suo flusso Definiamo il flusso del campo magnetico attraverso una superficie come: Per Faraday la corrente indotta in un circuito è determinata dalla variazione temporale del flusso del campo magnetico attraverso quel Circuito. La corrente indotta e Dovuta alla presenza di una f.e.m. L’unità di misura del flusso di B è Il Weber: 1 Wb=1T*1 m2 dA B B

L’induzione elettromagnetica Come possiamo generare una variazione del flusso del campo magnetico? O per una combinazione dei casi precedenti! Variando la superficie coinvolta nel fenomeno Variando l’intensità del campo magnetico Variando l’angolo tra il campo magnetico e la normale alla superficie

L’induzione elettromagnetica LEGGE DI FARADAY-NEUMANN Attenzione: NON siamo più in regime elettrostatico!!! La FEM è la stessa lungo spire grandi o piccole. Questo implica che il campo elettrico è più debole a distanze maggiori dalla variazione di flusso. Se invece di un circuito ho una bobina allora devo moltiplicare per il numero di spire. Infatti il flusso passa per ciascuna spira

L’induzione elettromagnetica Abbiamo quindi spiegato due fenomeni con la legge di Faraday, ma uno di essi anche con la forza di Lorentz. Pertanto la legge di Farady deve contenere l’espressione di questa forza: Pertanto la forza di Lorentz è un caso particolare della legge di induzione di Faraday

L’induzione elettromagnetica Legge di Lenz la direzione della corrente indotta deve essere tale da opporsi alla variazione di flusso del campo magnetico che la ha generata B Bi Vediamo perché... Il segno “meno” più importante della fisica!

L’induzione elettromagnetica Quando la sbarretta conduttrice scorre su due binari conduttori fissi verso destra, il campo concatenato con il circuito aumenta nel tempo. Per la legge di Lenz, la corrente indotta deve avere verso antiorario in modo da produrre un “controcampo” uscente dal piano. Se così non fosse, il campo magnetico generato dalla corrente indotta rinforzerebbe il campo iniziale  induzione di una corrente maggiore  forza sul filo sempre maggiore aumento indefinito dell’energia con un lavoro iniziale nullo!! La legge di Lenz è quindi conseguenza diretta della conservazione dell’energia. Se non ci fosse questo segno “meno” avremmo energia GRATIS!!

L’induzione elettromagnetica LE CENTRALI IDROELETTRICHE Sono un’applicazione della legge di Faraday. Come per la dinamo, la corrente viene ottenuta mediante il movimento del magnete (tenendo ferma la spira) o viceversa

L’induzione elettromagnetica PICK-UP DI STRUMENTI A CORDA Se uno strumento a corda ha le corde in metallo, un modo per amplificarne il suono e l’uso di un pick-up. Il pick-up,sfruttando la legge di induzione di Faraday, magnetizza una parte della corda, quindi la vibrazione della stessa genera una corrente indotta nelle spire del pick-up che viene portata, tramite un jack schermato, all’amplificatore che trasformerà il segnale elettrico in un onda acustica con frequenza pari a quella di vibrazione della corda

L’induzione elettromagnetica MOTORI ELETTRICI Abbiamo già spiegato il loro funzionamento grazie alla forza di Lorentz Ma poiché la spira ruota con velocità angolare ω abbiamo una variazione nel tempo del flusso. Se la spira ha resistenza R Quindi un momento pari a Si opporrà alla rotazione