ELETTROMAGNETISMO

LEGGE DI INDUZIONE 

Tra il 1822 e il 1825, Michel Faraday, ipotizzando l’esistenza di una simmetria tra i fenomeni naturali, per cui se una corrente esercita un’influenza su di una calamita così una calamita deve poter modificare lo stato di una corrente, svolse una serie di infruttuosi esperimenti volti a mettere in luce questo effetto.

Nel 1831, Faraday scoprì finalmente il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, dimostrando che una variazione del flusso magnetico attraverso una spira conduttiva induce una forza elettromotrice (f.e.m.) nella spira stessa. Questo principio è noto come legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

La legge di Faraday mette in relazione la variazione di flusso magnetico concatenato con una spira e la f.e.m. indotta nella spira. Matematicamente, la legge di Faraday si esprime come:

Il segno negativo indica che la f.e.m. indotta si oppone alla variazione del flusso magnetico, in accordo con la legge di Lenz.

FORZA ELETTROMOOTRICE IN MOVIMENTO

La forza elettromotrice (f.e.m.) indotta in una spira può essere generata anche dal movimento relativo tra un magnete e una bobina. Quando un magnete si muove rispetto a una bobina conduttiva, o viceversa, si genera una variazione del flusso magnetico attraverso la bobina, inducendo una corrente elettrica.

GENERATORI ED ALTERNATORI

I generatori e gli alternatori sono dispositivi che sfruttano il principio dell'induzione elettromagnetica per convertire energia meccanica in energia elettrica.

• Generatori: Producono corrente continua (DC) attraverso un processo di commutazione che inverte la direzione della corrente indotta a intervalli regolari.

• Alternatori: Producono corrente alternata (AC) senza la necessità di commutazione, poiché la direzione della corrente indotta cambia naturalmente con il movimento del rotore.

CAMPI ELETTRICI INDOTTI

Un campo elettrico indotto si genera in risposta a una variazione del campo magnetico. Questo campo elettrico non è conservativo e può indurre una corrente in un circuito chiuso. La legge di Faraday descrive come la variazione del flusso magnetico induce un campo elettrico.

F.E.M. AUTOINDOTTE E INDUTTANZA

La f.e.m. autoindotta si verifica quando una variazione della corrente in un circuito induce una f.e.m. nello stesso circuito. Questo fenomeno è descritto dall'induttanza L del circuito, che misura l'opposizione alla variazione della corrente.

La relazione tra la f.e.m. autoindotta E e la variazione della corrente I è data da:

E=−L* dI/dt

dove L è l'induttanza del circuito.

CIRCUITI LC

Un circuito LC è un circuito elettrico composto da un induttore (L) e un condensatore (C). In un circuito LC, l'energia oscilla tra il campo magnetico dell'induttore e il campo elettrico del condensatore. La frequenza di oscillazione è data da:

MUTUA INDUTTANZA

La mutua induzione si verifica quando una variazione della corrente in un circuito induce una f.e.m. in un altro circuito vicino. Questo fenomeno è descritto dalla mutua induttanza M, che misura l'accoppiamento magnetico tra i due circuiti. Consideriamo due spire prossime una all’altra; supponiamo che una delle due sia percorsa da una corrente I1. Tale corrente produrrà nell’intorno della spira un campo magnetico B1 che, concatenandosi con la seconda spira, determinerà un flusso Φ21 non nullo.

Il campo magnetico B1 generato dal passaggio della corrente I1 attraverso il circuito 1 è dato dall’espressione: