La corrente indotta
Introduzione
Come già sappiamo dall'esperienza di Oersted del 1820, una corrente elettrica genera un campo magnetico.
Oersted pose infatti, nella direzione sud-nord, sopra un ago magnetico, un filo elettrico collegato a una batteria. Quando nel filo passava corrente elettrica, notò che l’ago ruotava attorno al proprio asse, disponendosi in direzione perpendicolare al filo stesso.
Quindi:
Un filo percorso da corrente genera un campo magnetico.
Allo stesso modo, anche un campo magnetico può generare una corrente elettrica.
Nel 1831, attraverso uno dei suoi esperimenti, Faraday scoprì che:
muovendo una calamita all’interno di un solenoide, in esso passerà corrente.
- Gli esperimenti dei due fisici mostrano quindi che esiste una relazione tra la corrente elettrica e il campo magnetico.
Osserviamo che:
- Mentre la calamita si muove in su e in giù, la lampadina si accende--> nel circuito circola una corrente.
- Invece, se la calamita è ferma, la lampadina non si accende--> nel circuito non c’è corrente.
- La corrente elettrica che percorre un circuito per effetto di un campo magnetico che varia si chiama "corrente indotta"; il fenomeno secondo cui si crea tale corrente è detto "induzione elettromagnetica".
Vediamo adesso un altro esperimento attraverso il quale è possibile ottenere il passaggio di corrente indotta:
Mettiamo vicino ad un circuito senza batteria, chiamato "circuito indotto", un secondo circuito, definito "circuito induttore", nel quale facciamo variare la corrente diminuendo o aumentando la sua resistenza con una resistenza variabile.
- Quando la resistenza è piccola, nel circuito induttore circola una corrente intensa, che genera un forte campo magnetico nella bobina del circuito indotto.
- Quando la resistenza è grande, il campo magnetico nella bobina del circuito indotto è piccolo.
- In conclusione, ogni volta che in un circuito varia il campo magnetico esterno, si genera una corrente indotta.
Gli esperimenti mostrano inoltre che l'intensità della corrente indotta dipende da tre grandezze:
- Dalla rapidità con cui varia l'intensità in un campo magnetico
- Dall’area della superficie del circuito,
- Dalla rapidità con cui varia l'orientamento del circuito rispetto al campo magnetico.
A questo punto diventa fondamentale definire una nuova grandezza, il flusso del campo magnetico.
Come nel caso del campo elettrico, infatti, anche per il campo magnetico si può parlare di flusso attraverso una superficie piana.
Il flusso del campo magnetico esprime con un numero la «facilità» con cui le linee del campo magnetico attraversano la superficie.
Facciamo riferimento alla formula:
In base al verso delle linee di campo del campo magnetico rispetto alla superficie, possiamo determinare se il flusso del campo magnetico sarà positivo o negativo:
- Se le linee del campo magnetico escono dalla faccia positiva della superficie, si avrà un valore positivo del flusso;
- Se le linee del campo magnetico entrano nella faccia positiva, si avrà un valore negativo del flusso.
Dopo aver delineato tutto ciò, possiamo ora introdurre la legge di Faraday-Neumann, che esprime la relazione tra la forza elettromotrice indotta in un circuito e il flusso del campo magnetico attraverso la superficie interessata dal circuito indotto.
- Il valore della forza elettromotrice indotta è uguale al rapporto tra la variazione del flusso del campo magnetico e il tempo necessario per avere tale variazione:
Legge di Lenz
Come abbiamo visto in precedenza, la presenza di un campo magnetico genera una corrente indotta. Sappiamo anche che, quando si genera una corrente indotta, grazie alla presenza di un campo magnetico esterno, la corrente stessa che circola nel conduttore genera a sua volta un altro campo magnetico. Il campo magnetico risultante, quindi, è dato dal contributo del campo magnetico esterno di partenza più il campo magnetico generato dalla corrente indotta. La legge di Lenz permette di determinare il verso di circolazione della corrente indotta a partire dal flusso del campo magnetico che la genera.- In particolare, la legge di Lenz afferma che il verso della corrente indotta è sempre tale da opporsi alla variazione di flusso che la genera.
Dalla legge di Lenz possiamo dedurre il verso del del campo magnetico indotto in base al tipo di variazione del flusso del campo magnetico esterno:
- Nel caso in cui si avesse un aumento del flusso del campo magnetico esterno, il campo magnetico indotto avrebbe verso opposto a quello del campo esterno;
- nel caso di una diminuzione del flusso di campo magnetico esterno, invece, il campo magnetico indotto avrebbe lo stesso verso del campo esterno;
A parer mio, in conclusione al lavoro, è interessante notare come il fenomeno dell’induzione elettromagnetica sia alla base del funzionamento del pick-up delle chitarre elettriche. Come è mostrato nella figura seguente, esso è composto da un magnete permanente attorno a cui è avvolta una bobina.
Le corde della chitarra sono costruite con un materiale adatto, che viene magnetizzato. Così l’oscillazione della corda crea un campo magnetico variabile nella bobina che, a sua volta, genera una corrente elettrica che riproduce il movimento della corda. È questo il segnale che viene inviato all’amplificatore e che genera il caratteristico suono della chitarra elettrica.