ESPERIMENTI INTERATTIVI ED EXHIBIT

La scoperta rivoluzionaria dell'Induzione elettromagnetica  è di Michael Faraday (1791-1867)


ritratto di Faraday

Il grandissimo chimico e fisico inglese si chiese: se una corrente genera un campo magnetico, allora, reciprocamente,  un campo magnetico può generare una corrente?

 

Egli nel 1831 vide...
IL FENOMENO DELL'INDUZIONE ELETTROMAGNETICA


primo fotogramma del filmato

muovendo una calamita vicino ad un filo si genera una forza elettromotrice proporzionale all'induzione del campo magnetico, alla "superficie" del campo tagliata dal filo ed alla velocità del movimento. Quindi è la variazione del campo magnetico, e non il solo campo magnetico a generare una corrente in un conduttore!

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primo fotogramma del filmato

L'apparecchio fondamentale a questo proposito  è il "Disco di Faraday".

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primo fotogramma del filmato

e lo schema del suo indotto ad "anello" con le spazzole commutatrici per ottenere corrente unidirezionale, l'idea fondamentale dell'invenzione.

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La Legge dell'Induzione di Faraday  fornisce la Forza Elettromotrice f generata ai capi di un conduttore quando questo "vede" una velocità di variazione del flusso dΦ/dt:

f=-dΦ/dt

Il segno meno è importante. Esso esprime  la "Legge di Lenz": il segno della forza elettromotrice indotta è tale da creare una corrente che ha un verso tale che il flusso magnetico da essa creato, attraverso la superficie limitata dal circuito, tende a diminuire la variazione di flusso magnetico che ha dato origine a tale corrente.
In altre parole, tale corrente crea un campo magnetico che si oppone a quello che l'ha generato. Il fenomeno dell'induzione è di importanza fondamentale.
Esso è alla base di tutti i sistemi industriali di generazione di energia elettrica.

 

primo fotogramma del filmato

Qui possiamo vedere in azione la legge di Induzione e la legge di Lenz.
L'oggetto nero al centro è un avvolgimento di molte spire su nucleo di ferro: un induttore.

 

La variazione della corrente genera un campo magnetico che a sua volta induce nello stesso circuito una corrente che si oppone alla variazione che l'ha generata. Così la corrente totale, somma delle due, durante la variazione del flusso tende ad annullarsi. Questo è il fenomeno dell'autoinduzione. In concreto, un induttore si oppone alle brusche variazioni di corrente.
Il campo magnetico proprio della corrente nel circuito crea un flusso magnetico Φ attraverso la superficie S limitata dal circuito medesimo che è facile immaginare proporzionale alla corrente stessa:

Φ =L . I  

ritratto di Henry

Il coefficiente L si chiama coefficiente di autoinduzione, o induttanza del circuito, e si misura in Henry, in onore di Joseph Henry (1797-1878), scienziato americano
allievo di Franklin e di Gibbs,
qui un bel ritratto ad olio.

 

primo fotogramma del filmato

Ora vediamo un'altra conseguenza dell'autoinduzione.

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Per mantenere la corrente di autoinduzione nel circuito (auto)induttivo, il circuito stesso genera ai suoi capi una tensione molto più alta della tensione di alimentazione, che in questo caso è di 25 V. Questo è il fenomeno importantissimo della generazione delle extratensioni, alla base di tutti i dispositivi che generano per via induttiva tensioni molto più alte di quelle di partenza, come nelle bobine di accensione delle automobili nei rocchetti di Rumkhorff, negli alimentatori ad alta tensione per i tubi catodici dei televisori, dei monitor ecc.
Poiché Φ=L.I, è facile dedurre il valore della forza elettromotrice E autoindotta nel circuito quando la corrente varia:

Ei=-LdI/dt

che può essere enorme se la variazione della corrente avviene  in un tempo molto piccolo.


I fenomeni dell'induzione e dell'autoinduzione sono alla base di molti altri fatti che vedremo in seguito...


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