Induzione elettromagnetica e equazioni di Maxwell, Sintesi del corso di Fisica

Scarica Induzione elettromagnetica e equazioni di Maxwell e più Sintesi del corso in PDF di Fisica solo su Docsity! L’INDUZIONE ELETTROMAGNETICA Oersted → una corrente elettrica genera un campo magnetico Faraday → un campo magnetico può generare una corrente elettrica perché circoli corrente all’interno di un solenoide non basta che sia presente un magnete, ma è necessario che quel magnete si sposti - la circolazione di corrente all’interno del solenoide è data dallo spostamento del magnete e => dalla variazione del campo magnetico interno al solenoide all’avvicinarsi del magnete al solenoide il modulo del campo magnetico aumenta vs all’allontanarsi del magnete dal solenoide il modulo del campo magnetico diminuisce si chiama corrente indotta la corrente elettrica generata dalla variazione del campo magnetico per induzione elettromagnetica (fenomeno che genera corrente indotta) esperimento di Faraday sull’induzione elettromagnetica - circuito induttore (batteria, amperometro, solenoide, resistenza variabile) - circuito indotto (solenoide e amperometro) nel circuito induttore circola corrente originata dalla batteria → corrente genera un campo magnetico che si estende anche a circuito indotto - inizio corrente intensa x’ resistenza bassa => anche campo magnetico intenso - successivamente resistenza diventa + elevata => corrente meno intensa e campo magnetico meno intenso => variazione di intensità di corrente primo circuito crea variazione di intensità del campo magnetico in cui immerso secondo => si genera corrente indotta - in un circuito si genera corrente indotta ogniqualvolta si verifichi una variazione di campo magnetico in cui è immerso es. contagiri automobili/bicicletta + corrente indotta generata anche quando campo magnetico non varia nel tempo MA varia l’orientamento della superficie delimitata dal circuito rispetto alle linee di campo => non necessaria variazione del campo nel tempo MA sufficiente variazione del flusso del campo magnetico attraverso la superficie del circuito flusso del campo magnetico uniforme attraverso una superficie piana di area S - Φ (Bv) = Bv x Sv = B x S x cosα NB. vettore S - modulo uguale area S - direzione perpendicolare a S - verso arbitrio per far variare il flusso - varia Bv - varia area S - varia l’orientazione della superficie delimitata dal circuito rispetto alle linee di campo = varia α => si genera una corrente indotta alla variazione del flusso del campo magnetico attraverso una superficie che ha per contorno il circuito l’intensità della corrente indotta in un circuito dipende da quanto varia il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata dal circuito = dalla rapidità di variazione del flusso - intensità aumenta all’aumentare della rapidità variazione del flusso interruttore differenziale = salvavita che protegge da folgorazione in caso di dispersione di corrente nel circuito domestico - R → resistenza →utilizzatori impianto elettrico - S1 e S2 → due solenoidi con stesso numero di spire avvolti in versi opposti attraverso cui passa tutta la corrente - ST → solenoide di test → collegato a centralina C che regola interruttori I1 e I2 => al segnale in pochi millisecondi apertura interruttori e interruzione corrente funzionamento generalmente attraverso due solenoidi passano correnti uguali e poiché spire orientate in versi opposti generano campi magnetici in versi opposti + in ST il flusso dei due campi è nullo MA se si verifica dispersione di corrente => la corrente che entra in S1 è maggiore di quella che esce da S2 => variazione dei campi magnetici => in ST flusso diverso da 0 e si genera corrente indotta che è segnale x apertura interruttori una sbarra conduttrice in moto all’interno di un campo magnetico si comporta come un generatore di forza elettromotrice - la corrente che circola al suo interno è corrente indotta → man mano che sbarra si avvicina a lato opposto circuito superficie diminuisce e => diminuisce flusso attraverso la superficie NB → i = fem / R e i = - 1/R x ΔΦ (Bv) / Δt NB → correnti di Foucault principio freni magnetici (anche in motori elettrici e trasformatori) + come tutte resistenze per effetto Joule producono calore nel metallo in cui scorrono - talvolta voluto es. fornelli a induzione - il più delle volte intralcia funzionalità => correnti parassite autoinduzione per avere induzione elettromagnetica non necessario avere campo magnetico esterno - autoinduzione = variazione della corrente elettrica di un circuito elettrico genera forza elettromotrice indotta nel circuito stesso se circuito viene chiuso - corrente elettrica prima nulla aumenta => genera un campo magnetico che aumenta all’aumentare della intensità di corrente - variazione del flusso del campo genera una corrente indotta che per legge di Lenz di oppone a aumento flusso e => a aumento della corrente = corrente indotta verso opposto a corrente elettrica => rallenta crescita corrente tot se circuito viene aperto - diminuzione del flusso del campo magnetico => verso corrente indotta concorde a quello del campo => circola nello stesso verso della corrente elettrica (non più circolante) e ne prolunga effetto alternatore = generatore di tensione che trasforma energia cinetica in energia elettrica (genera corrente alternata) principio - alternatore costituito da spire che ruotano in un campo magnetico => variazione orientazione della superficie delle spire rispetto a linee di campo genera corrente indotta per legge di Faraday-Neumann + velocemente ruotano spire maggiore forza elettromotrice e maggiore corrente indotta NB → affinché alternatore continui a fornire energia elettrica spire sempre in movimento => sempre energia cinetica - centrale → turbine - auto → motore - bici x dinamo → ruote valore del flusso - massimo quando S e B stesso verso e direzione - nullo quando S⊥ B => 90° - minimo 180° flusso negativo - nullo 270° - massimo 360° punto di partenza alternatore produce tensione alternata i cui valori cambiano continuamente fino a completamento giro completo della spira, poi si ripetono => produce corrente alternata - metà giro in un verso - metà giro nell’altro trasformatore di tutta la potenza generata da alternatori nelle centrali solo parte è impiegata → resto si disperde per effetto Joule nel trasporto - Pd (potenza dissipata) = R i2eff => vantaggioso durante trasporto avere tensione alta e intensità di corrente bassa MA alta tensione dannosa x circuiti e persone => si fa uso di corrente nei circuiti domestici a bassa tensione nelle centrali elettriche tensione prima dell’immissione in rete va alzata con ausilio di un trasformatore => altro trasformatore la abbasserà prima immissione corrente nei circuiti domestici trasformatore = dispositivo che alza o abbassa tensione alternata (e quindi aumenta o riduce corrente) senza causare significative perdite di potenza EQUAZIONI DI MAXWELL Maxwell → velocità propagazione azione elettrica e magnetica valore quasi identico a quello della luce nel vuoto => luce fenomeno elettromagnetico? - formula equazioni di maxwell che descrivono teoria dell’elettromagnetismo = campo elettrico e campo magnetico si propagano nello spazio sotto forma di onde e sono riconducibili ad un unico ente fisico = campo elettromagnetico + velocità propagazione onde elettromagnetiche pari a quella della luce => luce costituita da onde elettromagnetiche campo elettrico indotto poniamo un anello conduttore nel campo magnetico B e facciamo sì che il suo valore aumenti nel tempo => si genera una corrente indotta nel conduttore - cariche elettriche prima velocità media nulla ora subiscono accelerazione MA se cariche subiscono accelerazione sappiamo che su di esse agisce campo elettrico campo elettrico non generato da altre cariche x’ nel sistema non ci sono cariche libere => definiamo campo elettrico indotto un campo elettrico che causa una corrente indotta ed è generato dalla variazione del campo magnetico campo magnetico variabile genera un campo elettrico indotto le cui linee di campo sono chiuse su se stesse e in un piano perpendicolare al campo magnetico - all’aumentare di B → E ha verso definito da legge di Lenz - al diminuire di B → E ha verso opposto => campo elettrico può essere generato da - cariche elettriche - campi magnetici variabili circuitazione del campo elettrico indotto - nel caso dell’elettrostatica (B nullo) e in correnti continue (B costante) con circuiti fissi il variazione del flusso del campo magnetico nulla => circuitazione nulla => campo elettrostatico conservativo - si può definire energia potenziale - nel caso di campi magnetici variabili o circuiti in movimento valore circuitazione può essere diverso da 0 => campo elettrico indotto non conservativo - non si può definire energia potenziale NB → correnti continue si muovono di MRU => elettrostatica caso particolare di corrente continua in cui v = 0 il termine mancante esistenza induzione elettromagnetica modifica circuitazione campo elettrico non più Γ(Ev) = 0 MA