Induzione elettromagnetica, il fenomeno, le legge di Faraday-Neumann, il contributo di Lenz

Spiegazione del fenomeno dell'induzione elettromagnetica e legge di Faraday-Neumann

Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica si riferisce alla generazione di correnti elettriche in un circuito attraverso la variazione di un campo magnetico. Questo fenomeno è stato scoperto da Michael Faraday e Joseph Henry nel XIX secolo.

La legge di Faraday-Neumann afferma che la forza elettromotrice (fem) indotta in un circuito è proporzionale alla variazione del flusso magnetico attraverso il circuito. In formule, la legge può essere espressa come:

fem = -N * dΦ/dt

dove fem è la forza elettromotrice, N è il numero di spire nel circuito e dΦ/dt è la variazione del flusso magnetico nel tempo.

Lenz ha dato un contributo fondamentale alla comprensione del fenomeno dell'induzione elettromagnetica. La sua legge afferma che la corrente indotta in un circuito si oppone alla variazione del flusso magnetico che la ha generata. Questo principio è noto come la legge di Lenz ed è una conseguenza della conservazione dell'energia.

Ogni volta che questi erano immersi in un campo magnetico variabile nel tempo. La forza capace di generare il moto delle cariche elettriche è stata definita forza elettromotrice indotta o brevemente fem e il fenomeno per cui si genera una fem indotta è l'induzione elettromagnetica. Le correnti che ne scaturiscono sono dette correnti indotte. La legge di Faraday-Neumann è di grande importanza perché mette in relazione la fem (indicata con il simbolo ξ) e il flusso (con la sua causa ovvero la variazione temporale del flusso di campo magnetico attraverso il circuito, l'equazione che esprime la legge è la seguente: ΔΦ = -ΔB). Si ricorda a tal proposito che il flusso del campo attraverso una superficie di normale è una grandezza scalare la cui unità di misura è il Weber e si calcola come segue: Φ = B · A · cos(θ), dove θ è l'angolo formato tra il vettore campo magnetico e la normale.

alla superficie. Faraday intuì che la variazione del flusso di B andava intesa come variazione del numero di linee che attraversavano il circuito. Più queste erano fitte, più erano intense la fem e le correnti indotte. Il flusso magnetico dipende infatti: - dall'intensità del campo, ovvero dal modulo - dall'orientazione rispetto alla superficie che investe, espressa dall'angolo - dall'area della superficie esposta, ovvero dal modulo Ogni volta che varia uno di questi fattori, il flusso cambia e quanto più è veloce questa variazione, tanto più intense sono le grandezze indotte. La legge di Faraday-Neumann mette perciò in relazione la fem con la velocità con cui varia il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito. Nella legge di Faraday-Neumann compare un segno negativo che determina il verso della corrente indotta. Esso è stato introdotto dallo

Scienziato russo Emilij K. Lenz: il verso della corrente indotta è tale da generare un campo magnetico che si oppone alla variazione di flusso che ha causato la corrente.

Per comprendere meglio l'enunciato di questa legge, esaminiamo l'esempio del magnete che si avvicina ad una spira conduttrice:

Se il campo indotto avesse lo stesso verso degli effetti dei due campi, si sommerebbero e questo comporterebbe un ulteriore incremento del flusso. Di conseguenza, la corrente indotta nella spira si intensificherebbe sempre di più e produrrebbe ulteriori aumenti di flusso con un processo di auto-alimentazione della corrente senza fine. In altri termini, si verificherebbe la produzione di energia dal nulla, con violazione del principio di conservazione dell'energia.

Invece, per produrre la corrente indotta, occorre compiere un lavoro contro la forza di repulsione esercitata dalla spira sulla calamita a causa di: è proprio questo lavoro che viene immagazzinato.

Nella spira, quando proviamo ad allontanare il magnete, si genera una corrente indotta. Anche in questo caso, per produrre corrente indotta allontanando il polo nord del magnete, occorre compiere un lavoro contro la forza di attrazione esercitata dalla spira sulla calamita. A causa del lavoro precedente, l'energia viene immagazzinata nella spira sotto forma di energia elettrica.