Induzione elettromagnetica
Cos'è l'induzione elettromagnetica
L'induzione elettromagnetica è il fenomeno fisico che lega l'elettricità e il magnetismo tra loro.
- Una corrente elettrica genera un campo magnetico.
- Una variazione del campo magnetico, genera una corrente elettrica in un conduttore.
Chi ha scoperto l'induzione elettromagnetica
Nel 1820 l'olandese Hans Christian Oersted scoprì che l'elettricità produce un campo magnetico.
Esempio. Quando avvicino una bussola a un cavo elettrico, l'ago di una bussola impazzisce per via del campo magnetico generato dalla corrente che scorre nel circuito elettrico.
Tuttavia, gli scienziati non riuscivano a spiegare perché una carica elettrica in stato di quiete ( es. circuito spento ) non generasse alcun campo magnetico.
Nel 1831 Michael Faraday intuì il motivo: il campo magnetico è generato dal "movimento" della carica elettrica ossia dalla corrente elettrica.
Per questa ragione quando la carica elettrica è in stato di quiete, non c'è un campo magnetico.
Nello stesso momento Faraday scoprì che la relazione di causa-effetto è valida anche all'inverso. La variazione di un campo magnetico genera una corrente elettrica su un conduttore.
E' quindi possibile generare una corrente elettrica senza utilizzare le pile, tramite una variazione del campo magnetico.
Esempio. Se si sposta un magnete vicino a un cavo conduttore, la variazione del campo magnetico genera una corrente elettrica nel cavo. Lo stesso fenomeno si verifica spostando il conduttore lasciando fermo il magnete. Ciò che conta è la variazione della distanza relativa tra il conduttore e il magnete.
Questa corrente è detta corrente indotta o forza elettromagnetica indotta ( f.e.m. ).
Nasce così lo studio dell'induzione elettromagnetica.
La legge di Faraday-Neumann
Secondo la legge di Faraday-Neumann, la forza elettromagnetica indotta ( f.e.m. ) è direttamente proporzionale alla variazione del campo magnetico.
Nota. Nella notazione matematica il simbolo infinito aperto a destra significa "è direttamente proporzionale".
La variabile φ indica il flusso del campo magnetico ( o flusso magnetico )
Cos'è il flusso magnetico?
Il flusso del campo magnetico φ è il prodotto del campo magnetico perpendicolare alla superficie B per la superficie stessa S.
Il flusso magnetico è massimo quando le linee di forza sono perpendicolari alla superficie S.
E' invece nullo quando le linee di forza sono parallele alla superficie S.
In base all'angolazione θ del vettore magnetico B rispetto alla superficie S, il flusso magnetico è determinato dalla seguente formula:
Nota. Nel Sistema Internazionale delle misure la forza elettromotrice si misura in weber ( Wb ).
Un esperimento pratico
Su Phet c'è un utile tool per sperimentare online come funziona la legge di Faraday e l'induzione elettromagnetica.
Spostando un magnete nei pressi di una bobina di filo conduttore avvolto a spirale ( solenoide ), la variazione del campo magnetico genera una corrente elettrica sul conduttore.
Nota. Al variare del numero delle linee di forza del campo magnetico nel solenoide, sia quando aumentano e sia quando diminuiscono, viene generata una corrente indotta ( forza elettromagnetica ). Il numero delle linee di forza sono il flusso magnetico φ.
Viceversa, quando il magnete è fermo anche se molto vicino al solenoide, non si verifica nessuna variazione del campo magnetico.
In questo caso non viene generata nessuna corrente elettrica.
Lo stesso esperimento può essere realizzato in casa. Basta usare una calamita, un solenoide e una lampadina.
Ovviamente, se al posto della lampadina si utilizza un galvanometro l'effetto è più evidente.
