Breve Sommario
Questo video tratta l'induzione elettromagnetica, partendo dall'esperimento di Faraday fino alla legge di Faraday-Neumann-Lenz e alla regola dei segni per la corrente indotta.
- L'esperimento di Faraday dimostra che un campo magnetico variabile può indurre una corrente elettrica in un circuito.
- Il flusso del campo magnetico, definito come la quantità di campo magnetico che attraversa una superficie, è cruciale per l'induzione.
- La legge di Faraday-Neumann-Lenz quantifica la forza elettromotrice indotta (f.e.m.) in un circuito in termini della variazione del flusso magnetico nel tempo.
- La legge di Lenz spiega che la corrente indotta genera un campo magnetico che si oppone alla variazione del flusso originale.
- La regola dei segni aiuta a determinare la direzione della corrente indotta in base all'orientamento del campo magnetico e al suo movimento relativo al circuito.
Intro
Il video introduce il concetto di induzione elettromagnetica, spiegando come i campi magnetici possono generare correnti elettriche. Si ripercorrono brevemente i concetti precedenti relativi al campo magnetico, come la sua interazione con le cariche in movimento e la sua generazione da parte delle correnti elettriche, per poi introdurre l'ultimo concetto chiave: la capacità del campo magnetico di generare correnti.
Esperimento di Faraday
L'esperimento di Faraday consisteva nell'inserire una calamita in un solenoide collegato a un amperometro. Inizialmente, non si osservava corrente quando la calamita era ferma all'interno del solenoide. Tuttavia, nel momento in cui la calamita veniva mossa (inserita o estratta), l'amperometro rilevava una corrente. Questo dimostrò che solo un campo magnetico variabile nel tempo può indurre una corrente elettrica.
Flusso di campo magnetico e corrente indotta
Si spiega che non è corretto dire che il campo magnetico "si muove", ma piuttosto che si produce una corrente se il campo magnetico aumenta o diminuisce. Faraday ha stabilito che è la variazione del flusso del campo magnetico a generare una corrente in un circuito. Il flusso è definito come la quantità di linee di campo che attraversano una superficie. Matematicamente, il flusso (Φ) è dato dal prodotto scalare tra il campo magnetico (B) e la superficie (S): Φ = B ⋅ S = B * S * cos(α), dove α è l'angolo tra il campo magnetico e la normale alla superficie. Il flusso può variare in tre modi: cambiando il valore del campo magnetico, cambiando l'area della superficie, o cambiando l'angolo tra il campo e la superficie.
f.e.m. indotta
Un campo magnetico con un flusso variabile genera una forza elettromotrice (f.e.m.) indotta, ovvero una differenza di potenziale fittizia all'interno del circuito. Questa f.e.m. indotta è analoga alla differenza di potenziale fornita da un generatore, anche se nel circuito non è presente un generatore fisico.
legge di Faraday-Neumman-Letz
La legge di Faraday-Neumann-Lenz afferma che la f.e.m. indotta in un circuito è uguale al negativo della variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie del circuito diviso per l'intervallo di tempo in cui avviene la variazione: f.e.m. = -ΔΦ / Δt. Per i più esperti, la formula può essere espressa come f.e.m. = -dΦ/dt, dove dΦ/dt è la derivata del flusso rispetto al tempo.
Il segno meno
Il segno meno nella legge di Faraday-Neumann-Lenz, introdotto da Lenz, indica che la corrente indotta genera un campo magnetico che si oppone alla variazione del flusso magnetico originale. Questo è fondamentale per la conservazione dell'energia: se il campo indotto rinforzasse il campo originale, si creerebbe una reazione a catena che porterebbe a una produzione infinita di energia.
Regola dei segni per la corrente indotta
Per determinare la direzione della corrente indotta, si associa un segno alla calamita in base all'orientamento del polo nord (meno se è verso il basso, più se è verso l'alto) e un segno al movimento della calamita (meno se si avvicina, più se si allontana). Il prodotto di questi due segni determina la direzione della corrente: se il risultato è positivo, la corrente gira in senso antiorario; se è negativo, gira in senso orario. Questo permette anche di capire la direzione del campo indotto.
