Induzione elettromagnetica - Leggi Fondamentali

Induzione Elettromagnetica

Una corrente continua genera un campo magnetico. Un campo magnetico non genera una corrente elettrica.
Ma in particolari condizioni non stazionarie, come dimostrò per primo Faraday, ha luogo un fenomeno detto Induzione elettromagnetica, nel quale un campo magnetico produce una corrente in un circuito elettrico.
Per studiare il fenomeno si utilizzano:
una sorgente di campo magnetico (magnete, o circuito detto Induttore, alimentato da generatore)
un circuito, detto Indotto, non alimentato e formato da alcune spire chiuse su un galvanometro (amperometro in grado di rilevare correnti deboli).

La variazione del campo magnetico può essere ottenuta in vari modi: l'effetto è sempre la circolazione di corrente nell'indotto.
Si può variare la corrente nell'induttore, in modo da variarne il campo magnetico.
Quando si accende il generatore, nel circuito induttore la corrente cresce da 0 a i: di conseguenza il campo magnetico cresce da 0 al valore massimo. Nello stesso intervallo di tempo il galvanometro segnala il passaggio di corrente nell'indotto. Quando la corrente nell'induttore diventa stazionaria, cessa il passaggio di corrente nell'indotto. Quando si spegne il generatore, la corrente nel circuito induttore passa da i a 0 e il campo magnetico decresce fino ad annullarsi. Il galvanometro sengala il passaggio di una corrente con verso opposto alla prima. La corrente nell'indotto diventa nulla quando cessa la corrente nell'induttore.

Gli stessi effetti si possono ottenere variando la tensione di alimentazione del circuito induttore e quindi la corrente in esso.

Un modo equivalente per ottenere una corrente nell'indotto è quello di spostare una sbarra di ferro all'interno del solenoide dell'induttore: per effetto della grande permeabilità magnetica relativa del ferro, il campo del solenoide varia notevolmente di intensità.
Mentre si inserisce il nucleo di ferro, il campo magnetico del circuito induttore aumenta. Il galvanometro segnala il passaggio di corrente nell'indotto. Mentre si estrae il nucleo di ferro, il campo magnetico del circuito induttore diminuisce. Il galvanometro segnala una corrente nell'indotto in verso opposto a prima.

Pur rimanendo costante l'intensità del campo magnetico dell'induttore, si origina una corrente dell'indotto quando i due circuiti sono in moto relativo.
Situazione in cui l'indotto è fermo e l'induttore si muove con velocità costante su un carrellino: quando i circuiti sono lontani, il galvanometro è nella posizione di zero, nell'indotto non circola corrente. Quando i due circuiti passano uno vicino all'altro, il galvanometro sengala un passaggio di corrente nell'indotto.
Quando il carrellino è lontano dal magnete, il galvanometro segnala he nell'indotto non circola corrente. Nell'indotto passa corrente quando transita vicino al magnete.

Mantenendo costante l'intensità del campo magnetico dell'induttore, si origina una corrente nell'indotto quando cambia l'area totale dei suoi avvolgimenti o quando muta la loro orientazione nel campo magnetico esterno. Quando si stringono gli avvolgimenti dell'indotto, il galvanometro indica un passaggio di corrente. Quando si allargano gli avvolgimenti dell'indotto, il galvanometro segnala il passaggio di corrente nel verso opposto.

Nei circuiti indotti presi in esame, non vi è alcun generatore, per cui si deve concludere che la forza elettromotrice è indotta dalle azioni magnetiche che si esercitano nel circuito: si tratta quindi di forza elettromotrice indotta.

L'intensità della Fem indotta dipende:
dalla velocità con cui si realizza la variazione a cui si deve l'effetto di induzione: più la variazione è rapida, maggiore è la fem indotta
dall'intensità del campo magnetico che la genera: a parità di tutte le altre condizoni, la fem indotta è proporzionale a B
dall'area del circuito indotto e dalla sua orientazione rispetto al campo magnetico esterno: in un circuito con N spire parallele si origina una fem indotta N volte più intensa di un circuito con una sola spira.
Il verso della Fem indotta dipende dal verso in cui si realizza la variazione: se una data variazione genera una fem indotta, la variazione opposta genera una fem invertita rsipetto alla precedente.

La legge dell'induzione di Faraday - Neumman
Faraday suggerì una spiegazione qualitativa dell'induzione elettromagnetica che si basa sulle linee del campo magnetico: la fem indotta si origina in un circuito in conseguenza di una variazione del numero di linee di campo magnetico che attraversano la superficie delimitata dal circuito.
Queste linee di forza si dicono concatenate al circuito.
Consideriamo un circuito indotto formato da una spira circolare. Il numero di linee di forza del campo magnetico concatenate al circuito indotto varia quando:
aumenta il campo B
si avvicina il magnete
si deforma la spira
In condizioni stazionarie non si ha alcuna fem indotta.