L'induzione magnetica e la legge di Lenz
L’induzione magnetica è un fenomeno fisico fondamentale attraverso il quale viene prodotta una forza elettromotrice (f.e.m.) in un circuito o in un materiale conduttore quando questo è esposto a un campo magnetico variabile nel tempo. Questo principio è alla base di molte tecnologie moderne, dalla generazione di elettricità nei generatori alle applicazioni in trasformatori, motori elettrici e dispositivi di memorizzazione dei dati. La capacità di convertire l’energia meccanica in energia elettrica mediante l’induzione magnetica ha rivoluzionato il modo in cui produciamo, trasmettiamo e utilizziamo l’energia, svolgendo un ruolo cruciale nello sviluppo tecnologico e industriale.
La legge di Faraday quantifica l’induzione magnetica, stabilendo che la f.e.m. indotta in un circuito è direttamente proporzionale alla velocità con cui cambia nel tempo il flusso magnetico attraverso il circuito. In altre parole, un cambiamento più rapido del campo magnetico o un circuito con più spire aumenterà la f.e.m. indotta. Questa legge evidenzia l’interazione dinamica tra magnetismo ed elettricità, due aspetti dell’elettromagnetismo, una delle forze fondamentali della natura.
La legge di Lenz, formulata dal fisico Heinrich Lenz nel 1834, fornisce una regola per determinare la direzione della corrente indotta. Secondo questa legge, la corrente indotta in un circuito a causa di un cambiamento del flusso magnetico avrà sempre una direzione tale da opporsi al cambiamento del flusso che l’ha prodotta. Questo principio è un’affermazione della conservazione dell’energia e assicura che il campo magnetico creato dalla corrente indotta contrasti il cambiamento del campo magnetico originale. La legge di Lenz non solo spiega la direzione della corrente indotta ma sottolinea anche la natura intrinsecamente conservativa delle forze elettromagnetiche.
Vediamole insieme.
- Cos'è l'induzione magnetica
- La legge di Lenz e l'induzione magnetica
- Cos'è l'alternatore e a cosa serve
- Corrente alternata e corrente continua
Cos’è l’induzione magnetica
L’induzione magnetica è il fenomeno per cui una variazione del campo magnetico attorno a un filo conduttore induce in questo una corrente elettrica.
Quando immergiamo in un campo magnetico fili e bobine ecco che questi si caricano elettricamente.
La corrente è detta corrente indotta.
L’intensità della corrente indotta aumenta se aumenta il numero di spire della bobina e se aumenta la velocità con cui la bobina attraversa il campo magnetico.
Un modo per produrre una variazione di campo magnetico consiste nell’avvicinare o nell’allontanare un magnete da un circuito.
L’intensità della corrente indotta sarà tanto maggiore quanto più rapida sarà la variazione del campo magnetico.
La legge di Lenz e l’induzione magnetica
Per determinare il verso della corrente indotta si può usare la legge di Lenz, scienziato russo vissuto tra il 1804 e il 1865 e dice:
“La corrente indotta in un circuito ha verso tale da produrre un campo magnetico che tende ad opporsi alla variazione del campo magnetico che l’ha generata”.
Questa legge è una conseguenza del principio di conservazione dell’energia.
L’energia elettrica indotta non si crea dal nulla, ma deriva dal lavoro necessario per mantenere il movimento del magnete rispetto al conduttore.
Quindi il fenomeno dell’induzione elettromagnetica permette di trasformare l’energia meccanica in energia elettrica.
Cos’è l’alternatore e a cosa serve
Un alternatore è un dispositivo che consente di generare corrente elettrica grazie all’induzione elettromagnetica.
L’induzione elettromagnetica viene sfruttata per produrre corrente elettrica su scala industriale.
Con un campo magnetico uniforme e immobile si possono creare correnti indotte facendo ruotare una spira tra i poli di un grande magnete. Nella spira si forma una corrente indotta che è più intensa se si aumenta la velocità di rotazione della spira.
È importante variare l’intensità del campo magnetico e cambiare la direzione rispetto al circuito.
Il numero di volte in cui la corrente alternata cambia verso in un secondo è detto frequenza della corrente.
Nel Sistema Internazionale la frequenza è misurata in Hertz (Hz).
Gli alternatori possono essere di varie dimensioni:
- Grandi alternatori sono utilizzati nelle centrali elettriche per convertire energia elettrica in moto rotatorio delle turbine;
- Medi alternatori si utilizzano nelle automobili per sfruttare l’energia meccanica del motore e ricaricare la batteria di energia elettrica
- Piccoli alternatori sono utilizzati nelle biciclette per mettere in funzione i fari sfruttando il movimento rotatorio della ruota. Sono chiamati dinamo.
Corrente alternata e corrente continua
La corrente alternata è costituita da cariche in continua oscillazione avanti e indietro nel filo conduttore.
La corrente alternata ha un’intensità variabile in valore e verso a differenza della corrente continua prodotta dalle pile che ha un’intensità costante e sempre dello stesso verso.
Nella corrente alternata non si può parlare di polo positivo e polo negativo, come invece si fa nella corrente continua, perché la polarità si inverte fino a cento volte al secondo. Per questo è indifferente il modo in cui si inserisce la spina nella presa di corrente.
L’intensità della corrente alternata varia con regolarità tra +Imax e –Imax’ descrivendo nel piano cartesiano una curva chiamata sinusoide.
L’intensità della corrente continua invece è costante nel tempo e nel piano cartesiano descrive una retta orizzontale.
Anche la tensione di una corrente alternata varia tra i valori +Vmax e –Vmax’