elettromagnetismo (5/6) l'induzione...
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Fisica 2018/2019 Lezione 23 7/1/2019
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Elettromagnetismo (5/6)L'induzione elettromagneticaLezione 23, 7/1/2019, JW 27.1-27.4, 27.6
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1. L’esperimento di Faraday
Una corrente elettrica produce un campo magnetico.
Vale anche per l’opposto!
L’esperimento di Faraday:
Chiudendo l’interruttore nel circuito primario si produce un campo magnetico e si induce una correntenel circuito secondario.
solo mentre la corrente nel primario sta cambiando.
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1. L’esperimento di Faraday
• Finché la corrente nel circuito primario è costante, la corrente nel secondario è nulla.
• Quando il campo aumenta, passa una corrente nel circuito secondario. Quando il campo diminuisce, passa una corrente nella direzione opposta.
• L’intensità della corrente indotta è proporzionale alla velocità con cui varia il campo magnetico.
1. La forza elettromotrice indotta• Nel circuito secondario circola
corrente senza che ci sia contatto tra i circuiti.
• La corrente indotta si comporta come come quella prodotta da una batteria.
• Per quello si dice che nel circuito secondario si crea una forza elettromotrice indotta.
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1. La forza elettromotrice indottaQualsiasi modo per variare il campo magnetico crea una forza elettromotrice indotta
2. Il flusso del campo magneticoPer indurre una fem in una bobina si può
• Variare l’intensità del campo magnetico che l’attraversa.
• Variare l’angolo tra la bobina e il campo
• Variare l’area della sezione trasversale della bobina
Tutte e tre variazione corrispondono alla variazione del flusso del campo magnetico o flusso magnetico
Il flusso magnetico è una misura del numero di linee del campo magnetico che attraversano un’area data.
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2. Il flusso del campo magnetico
È solo la componente di !perpendicolare alla superficie a contribuire al flusso magnetico
Il campo magnetico ! che attraversa una superficie " con un angolo #rispetto alla normale ha un flusso magnetico Φ = !" cos #Nel SI si misura in tesla per metro quadro (T ×m2 = weber, Wb)
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3. La legge dell’induzione di Faraday
Legge di Faraday: in una bobina si manifesta una fem indotta quando il flusso magnetico che l’attraversa varia nel tempo.
Per una bobina di ! avvolgimenti:
Il segno meno indica che la fem indottasi oppone alla variazione del flusso magnetico
Michael Faraday1791-1867
ℇ = −!∆ΦΔ( = −!Φ)*+,-. − Φ*+*/*,-.()*+,-. − (*+*0*,-.
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3. La legge dell’induzione di FaradayI dispositivi che sfruttano la legge di Faraday sono numerosi.
Il pickup di una chitarra elettrica
Il registratore a nastro magnetico
4. La legge di LenzUna corrente indotta scorre sempre nel verso che si opponealla variazione che l’ha causata.
Se il campo magnetico aumenta il campo generato dalla corrente indotta sarà diretto nel verso opposto;Ne deriva una forza repulsiva che si oppone al moto del magnete
Se il campo diminuisce, il campo indotto sarà diretto nello stesso verso.
La forza attratttiva che ne risulta si oppone al moto del magnete
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4. La legge di LenzLa legge di Lenz vale indipendentemente da come viene fatto variare il flusso magnetico.
Anche un campo magnetico che varia nel tempo può produrre una corrente indotta.
4. La legge di Lenz
La legge di Lenze è connesso alla conservazione di energia:
Una barretta metallica chiude un circuito immersa in un campo magnetico costante.
La sua caduta fa diminuire il flusso magnetico, inducendo una corrente.
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4. La legge di Lenz
La forza dovuta alla corrente indotta è diretta verso l’alto e tende a frenare la caduta della barretta.
L’energia potenziale gravitazionale viene convertita in energia elettrica.
6. Lavoro meccanico ed energia elettrica
Consideriamo un apparato simile:
Una sbarretta scivolaorrizontalmente senzaattrito su un filo a formadi U collegato a una lampadina di resistenza !.
Tutto immero in un campo magnetico " uscente.
La sbaretta è spinta con una forza esterna $⃗%&'%()* verso destra a velocità costante +⃗.
In un tempo ∆- la sbareta si sposta di +∆- e l’area aumenta di (+∆-)ℓIl flusso magnetico aumenta di ∆Φ = "∆3 = "(+∆-)ℓ
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6. Lavoro meccanico ed energia elettrica
La fem indotta è
ℰ = # ∆%∆& = '(ℓ∆&
∆& = *+ℓL’intensità della corrente nelcircuito è
, = ℰ- =
'(ℓ- .
La forza magnetica sulla sbaretta è . = ,ℓ* = '(ℓ- ℓ* = '/(ℓ/
-
La potenza meccanica dalla forza esterna 0123345634 = .+ = '/(/ℓ/-
La potenza elettrica dissipata 0272&&8634 = ,9: = '(ℓ-
9: = '/(/ℓ/
-Esattamente uguale!
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6. Lavoro meccanico ed energia elettrica
Con l’aiuto di un campo magnetico possiamo trasformaredirettamente la potenza meccanica in potenza elettrica.
Su questo principio funziona il generatore elettrico.
ℇ = −$ ∆&'( → ℇ ∝ $ →se radoppia $, radoppia ℇ
ℇ = −$ ∆&'( = −
+∆,'( = 0,4T 1 1,7 1 1045m7s49 = 0,68mV