Campi non stazionari

Corrente senza generatore

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La rivoluzione determinata dall'utilizzo dell'energia elettrica su larga scala non poteva fondarsi sulla creazione di corrente ad opera della pila di Volta. Ci voleva un modo più efficace di produrre corrente. Spesso, nella storia della fisica, si è ragionato per analogie e simmetrie; nel caso dell'elettromagnetismo gli scienziati dell'epoca si domandarono: Se la corrente genera un campo magnetico, può un campo magnetico generare una corrente?

Nel 1821, un anno dopo la scoperta di Oersted, il giovane inglese Michael Faraday (1791-1867), assistente di chimica autodidatta, ebbe l'incarico di compilare una storia delle esperienze recenti sull'elettromagnetismo. Faraday ripetè le esperienze nel suo laboratorio e ne programmò altre; si soffermò in particolare sull'andamento della forza magnetica nello spazio che descrisse in termini di linee di campo. Fu Faraday, infatti, il primo a proporre la descrizione grafica del campo magnetico (e in seguito anche quella del campo elettrico) in termini di linee di campo, cui attribuiva una vera e propria presenza fisica nello spazio, mentre gli scienziati contemporanei ne parlavano in termini di azione a distanza.


Maxwell, Treatise on Electricity and Magnetism (1873): Faraday, nella sua immaginazione, vedeva linee di forza che attraversavano l'intero spazio dove i matematici vedevano centri di forza che si attiravano a distanza; Faraday cercava la sede dei fenomeni nelle azioni reali che si verificavano nel mezzo, mentre questi erano appagati dall'averla trovata in una potenza dell'azione a distanza impressa sui fluidi elettrici. I grandi della scienza, Maxwell, p.46


Nel 1824 Faraday tentò di produrre corrente per mezzo del magnetismo e a questo problema dedicò diversi anni, finchè, nel 1831, arrivò quasi per caso alla soluzione del problema.

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Esperienza 1: si ha a disposizione una bobina connessa ad un amperometro molto sensibile ed un magnete. Come fare per produrre corrente nella bobina, senza ricorrere ad un generatore? Fai qualche esperimento, annotando per quali casi riesci a produrre corrente (osserva l'ago dell'amperometro) e, se l'amperometro ha uno zero centrale, prendi nota anche del verso della corrente.

Se il magnete viene mosso rispetto alla bobina, si nota che l'ago dell'amperometro si muove, segnalando un passaggio di corrente. In questo caso parliamo di corrente indotta. Il movimento dell'ago è tanto più evidente quanto più veloce è il movimento. Se il magnete è in quiete rispetto alla bobina, cessa il passaggio di corrente indotta.

Si può notare che il verso della corrente indotta dipende dal movimento di avvicinamento (a) o allontanamento(b) del magnete (muovendo il magnete con moto oscillatorio, il verso della corrente cambia continuamente). Il verso della corrente dipende anche dal polo magnetico che si avvicina (o allontana) dalla bobina.

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Esperienza 2: si hanno a disposizione due bobine, una A con generatore (circuito primario), una B senza (circuito secondario), ma collegata ad un amperometro. Fra le due bobine non c'è contatto elettrico. Bisogna far circolare corrente (indotta) nel circuito secondario.

Se si chiude o si apre l'interruttore della bobina primaria, si può notare un movimento nell'amperometro collegato al secondario. La stessa cosa avviene, variando (meglio se velocemente) la corrente del primario.

Si osserva che il verso della corrente indotta (in B) cambia se la corrente nel primario aumenta o diminuisce. La corrente indotta dura solo per un breve intervallo di tempo, durante la variazione di corrente in A. Se nel circuito primario circola invece una corrente anche molto intensa, ma stazionaria, non si ha corrente indotta nel secondario.

Il fenomeno è molto più evidente se si introduce un nucleo di ferro nelle due bobine. La presenza del ferro non è essenziale, ma ne intensifica l'effetto.

Si può produrre corrente indotta, anche mediante un'esperienza di cui puoi provare la simulazione.

La produzione di corrente indotta è detta fenomeno di induzione elettromagnetica.
Nelle esperienze descritte ed in quella simulata si ottiene la produzione di corrente indotta (senza generatore). Che cosa accomuna tutte le esperienze?
  1. il movimento del circuito in cui si manifesta corrente indotta
  2. la variazione di corrente nel circuito primario
  3. la variazione del numero di linee di campo magnetico attraverso il circuito

Copyleft Ludovica Battista