Legge di Faraday-Newmann-Lenz

[jaelec]

Riferendoci sempre al secondario di un trasformatore: esiste una f.e.m. che trovando le condizioni fa circolare una corrente oppure esiste prima una corrente che anche solo tentando di circolare genera una tensione? O le cose sono equivalenti?

Onestamente non sono sicuro di aver capito. Il secondario di un trasformatore schematizzandolo con un trasformatore ideale (riluttanza nulla) puoi trattarlo esattamente come una spira la cui variazione di flusso è quella imposta dal primario.
Quindi se hai supposto esista una fem a prescindere allora vale anche in questo caso. Il fenomeno è lo stesso.

Il discorso è che stai cercando di "dividere" il "mondo magnetico" dal "mondo elettrico". Ma sono tutt'uno una cosa sola e non potresti separarli (se non in alcune circostanze particolari in cui sembrano separati). Se proprio la volessimo complicare ancora in realtà nemmeno dovremo poterla separare dal "mondo particellare", ma fino a che si sta a "bassa frequenza" va tutto bene e si possono non scomodare i fotoni.

Però tempo stiamo andando davvero sul "filosofico". Nel senso ok, la fem c'è a prescindere. Poi se la vuoi misurare falla una misura di tensione a corrente nulla

È un libro di testo del tecnico, che razza di trattazione si vorrebbe fare? Per dire, all'inizio (liceo) credevo che i campi elettromagnetici fossero solo TEM (anzi nemmeno sapevo che volesse dire TEM) e poi ho scoperto le guide d'onda all'università, i modi TEM, TM e TE e quasi TEM. Questo che voglio dire, ci sta che agli inizi ci siano imprecisioni, poi si si va avanti si stratifica.

Ho una relazione che lega una tensione (f.e.m.) a una variazione di flusso. Per capire a quale tensione e a quale flusso ci si vuole riferire ho bisogno dei riferimenti (versi) per le specifiche grandezze in gioco e questo, se vogliamo, a maggior ragione quando sono uno studente che non ha conoscenze più profonde sulle quali poter contare. Se uno mi ha insegnato direttamente rispetto a quali riferimenti per tensione e flusso vale la relazione di Lenz allora quando mi trovo, per esempio, nel caso di un secondario di un trasformatore a vuoto io saprò subito indicare il riferimento della f.e.m. rispetto al quale tale f.e.m è uguale a meno la variazione del flusso (o il riferimento opposto rispetto al quale è uguale alla variazione di flusso). Altrimenti, se il tutto viene fatto passare attraverso la corrente, lo studente potrebbe avere difficoltà per esempio, come dicevo, nel caso in cui la corrente non passa...

Se in una relazione come la legge di Ohm mi si danno i versi di riferimento per corrente e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge anche se non conosco, tanto per dire, tutta la teoria sul campo elettrico.

In maniera analoga, se in una relazione come quella della legge di Lenz mi sono forniti i versi di riferimento per flusso e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge subito anche senza conoscere o tirare in ballo campi o correnti che passano o che non passano.

Cioè se la relazione lega flusso a tensione perché menare il can per l'aia parlando di corrente e alla fine nemmeno mi fai vedere qual è il riferimento per la tensione?

Ma questo lo fanno tutti o quasi, da quello che ho potuto vedere, non è una critica specifica agli autori del libro.

[drGremi]

In maniera analoga, se in una relazione come quella della legge di Lenz mi sono forniti i versi di riferimento per flusso e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge subito anche senza conoscere o tirare in ballo campi o correnti che passano o che non passano.

Il che per me è un male. Perché se poi un giorno ti sbatto in faccia un trasformatore e ti impediscondi fare delle misure se segui il flusso e il verso della corrente (arbitrario) con la regola della mano destra e applichi il principio del flusso che si oppone mi sai dire quale quale dei due capi del secondario è "positivo" con un impulso positivo al primario, se hai sempre usato i riferimenti a memoria ho forti dubbi.

Altrimenti, se il tutto viene fatto passare attraverso la corrente, lo studente potrebbe avere difficoltà per esempio, come dicevo, nel caso in cui la corrente non passa...

Fa uno sforzo di fantasia e la difficoltà svanisce. Ci trovi una tensione che farebbe sì che se scorresse una corrente si generebbe un flusso opposto a quello imposto. Va capito questo. Se non ci si riesce a immaginare una corrente che scorre in una spira anche quando questa corrente non c'è il brutto voto ad elettrotecnica sarebbe l'ultima delle mie preoccupazioni.
Poi un altro discorso è se è stata spiegata male. Non è un concetto immediato, ma trovare scorciatoie con riferimenti mnemonici è secondo me sbagliato e controproducente alla lunga.

Se in una relazione come la legge di Ohm mi si danno i versi di riferimento per corrente e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge anche se non conosco, tanto per dire, tutta la teoria sul campo elettrico.

Ma infatti mica stiamo facendo tutta la teoria elettromagnetica per Lentz eh. Come su un resistore devi ricordare che hai caduta di potenziale (e se vuoi si fa l'analogia idraulica se proprio non è chiara, pensi al potenziale come la pressione e alla corrente come un flusso d'acqua) qui devi ricordare flusso indotto che si oppone alla variazione di flusso.

Per il resto non è "alla fine" un argomento così intuitivo, ma dopo anni che si si lavora tutti i giorni diventa scontato. Il meno è una conseguenza della scelta della terna destra (e per questo si usa la regola della mano destra) e da lì salta fuori il meno ("perché si oppone", frase ripetuta da tutti fino alla nausea).
Se in una relazione come la legge di Ohm mi si danno i versi di riferimento per corrente e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge anche se non conosco, tanto per dire, tutta la teoria sul campo elettrico.

In maniera analoga, se in una relazione come quella della legge di Lenz mi sono forniti i versi di riferimento per flusso e tensione, rispetto ai quali vale, io saprò applicare la legge subito anche senza conoscere o tirare in ballo campi o correnti che passano o che non passano.

Il verso con il meno è giusto facendo la circuitazione del campo elettrico lungo la spira (3a eq di Maxwell). Se poi dici io non so cosa sia una circuitazione (e non che al momento serva) ha senso ricordare il meno perché si oppone e poi se si prosegue con l'università tutto avrà un senso maggiore (e poi dipende).

Quindi quale è il verso positivo della tensione? Quello lungo cui faccio il cammino chiuso concatenato al flusso. Non so di che anno dell' elettrotecnico parliamo, ma lo vedranno dopo.

Se tutti i libri sono stati fatti in quel modo c'è un motivo, magari si poteva fare meglio, non ne ho dubbi. Ma non è il modo peggiore
Cambiare i riferimenti ha senso anche per capire davvero le cose e poi ricordiamo che in teoria oltre al libro dovrebbe esserci il docente.

[jaelec]

Come forse avevo già detto per me la questione era già stata chiarita con le risposte di RenzoDF e di EdmonDantes. Mi sbaglierò ma ho avuto la netta impressione che hanno capito al volo quello che volevo dire, non solo, ma mi hanno dato risposte che a me sono parse pertinenti e risolutive. Con uno dei miei ultimi interventi, volendo cercare di capire meglio una questione che già a me appariva un po' "oziosa" o "circolare" ho un po' causato un rimescolamento delle carte.
Per quanto mi riguarda, pur apprezzando gli interventi di tutti, ovviamente, per il momento resto ancorato a quello che avevo assodato con RenzoDF e EdmonDantes. Non mi pare il caso di ripetere discorsi già fatti.

[RenzoDF]

... se poi un giorno ti sbatto in faccia un trasformatore ... mi sai dire quale quale dei due capi del secondario è "positivo" con un impulso positivo al primario, se hai sempre usato i riferimenti a memoria ...

E se invece "lo sbattessero in faccia" a te, come faresti?

[EdmondDantes]

lo studente potrebbe avere difficoltà per esempio, come dicevo, nel caso in cui la corrente non passa...

Come ho già detto, la legge di Faraday-Neumann-Lenz lega esclusivamente la rapidità di variazione del flusso concatenato con la spira e la corrispondente f.e.m. ivi misurabile.

Lo scoglio della corrente indotta è facilmente superabile, proprio perché quella legge ignora gli effetti magnetici di una possibile corrente che potrebbe circolare in un possibile percorso chiuso. Quante volte ho scritto possibile e potrebbe? Si capisce, forse...

A rigore è possibile esprimere il flusso solo attraverso una superficie chiusa e dipende solo dalla frontiera cui si appoggia la superficie stessa. In parole semplici il flusso è associabile solo a percorsi chiusi. Ah, allora o circola corrente o niente.
Beh, no.

Siccome io sono abituato ai pavimenti che sbattono contro le penne posso pensare a questa approssimazione.
Considero il percorso "chiuso" come unione di due tratti: un tratto prevalente, diciamo della spira, e un tratto di lunghezza trascurabile rispetto al primo tra i due morsetti della spira aperta.
Poiché questo secondo tratto è trascurabile rispetto al primo, il percorso chiuso totale può essere sostituito dal percorso prevalente quasi chiuso (il primo tratto).
Si definisce spira, dunque, anche una quasi spira, cioè una spira quasi chiusa con i morsetti molto ravvicinati fra loro. Il relativo percorso chiuso lungo il quale si esegue la circuitazione è il tratto 1 prevalente chiuso.

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Nel caso ideale, essendo i fili conduttori della spira infinitamente sottili, non ci sono problemi di sorta; le complicazioni si presentano con le bobine reali che conducono necessariamente a tubi di flusso a concatenamento variabile, cioè a tubi di flusso con f.m.m. diverse.

Questa è una problematica ben nota e studiata nei corsi di elettrotecnica e di macchine elettriche degni di questo nome.
Agli effetti esterni, il tubo di flusso reale a concatenamento parziale è sostituito di fatto da uno a concatenamento totale, considerando una permeanza equivalente, fino ad arrivare al concetto di tubo di flusso medio.
Il concetto di flusso medio si può esplicare principalmente in due modi, ma entrambi portano allo stesso risultato finale, per fortuna. Solo uno di questi comunque segue una linea di pensiero più vicina alla fenomenologia in esame, l'altro è solo una formalità matematica.

PS
Tutto questo serve per individuare il flusso concatenato non per pensare una possibile corrente, perché ci fa comodo. Il problema è di definizione. Non possiamo scriverle e poi fare come meglio ci pare.

[EdmondDantes]

esiste una f.e.m. che trovando le condizioni fa circolare una corrente oppure esiste prima una corrente che anche solo tentando di circolare genera una tensione? O le cose sono equivalenti?

La conduzione è riconducibile alla presenza di un campo elettrico, attraverso la relazione costitutiva di Ohm locale.
Il campo elettrico deve intendersi in senso esteso, somma di due campi: uno di natura elettrica in genere né conservativo né solenoidale più uno impresso rotazionale ascrivibile all'interno di processi non elettrici. Quest'ultimo è un termine noto delle equazioni di Maxwell e allo stesso tempo, essendo dovuto a processi non elettrici, ne è estraneo.
Questo campo, al contrario del campo di natura elettrico è localizzato solo in alcune regioni dello spazio ben delimitate da superficie gaussiane. Non può che essere così, visto che questi sono la manifestazione di altri sistemi fisici interagenti. Queste regioni di spazio, individuabili come intersezioni del tubo di flusso di conduzione con la superficie gaussiana precedentemente richiamata, prendono il nome di generatori.
E la loro azione sul campo di conduzione si fa sentire solo in queste zone di intersezione.
La pila che compri al supermercato vicino alla cassa.
Questi componenti causano la separazione delle cariche, dunque la genesi di una f.e.m. antagonista al processo di separazione stessa. In definitiva si genera la f.e.m. del generatore.

Nella traduzione circuitale dunque la f.e.m. causa la circolazione di corrente. Questa è la lettura di tipo serie del fenomeno.
Questa lettura ha avuto, nella teoria delle reti, delle ripercussioni abbastanza importanti.
In primo luogo ha ritardato l'introduzione del concetto di generatore indipendente ideale di corrente e di conseguenza la dimostrazione del teorema di Mayer–Norton. Secondo te, ai tempi, Thévenin e Helmholtz non erano in grado di invertire la loro relazione?
Era semplicemente un concetto di privo di senso.

Questo significa, dunque, che è possibile anche una seconda lettura: quella di tipo parallelo.
La separazione delle cariche è dovuta alla velocità posseduta dai portatori di carica, la quale conduce al concetto di generatore a corrente impressa, appunto.

Quali usi? Quella più conveniente.

Un giorno Alice arrivò ad un bivio sulla strada e vide lo Stregatto sull'albero.
- "Che strada devo prendere?" chiese.
La risposta fu una domanda:
- "Dove vuoi andare?"
- "Non lo so", rispose Alice.
- "Allora, - disse lo Stregatto - non ha importanza".

[jaelec]

Considerando questo mio precedente messaggio e in particolare le due immagini consecutive in esso contenute:
https://www.electroyou.it/forum/viewtopic.php?f=2&t=86094&start=40#p916360

Chiedo, sperando di non abusare della vostra cortesia: circa all'inizio della seconda immagine (pagina) c'è un errore perché l'autore dice "il segno meno nella 3" ma vuole dire invece "nella 2", oppure c'è un errore perché l'autore voleva mettere un segno meno nella 3 ma non l'ha fatto?

Io penso che si tratti della prima (voleva dire nella 2) anche se non si sa mai....In ogni caso chiedo per poter fare dopo una considerazione eliminando prima questo dubbio.

[EdmondDantes]

Riprendo il discorso sulla legge locale di conservazione della carica elettrica, relativamente al segno della legge di Lenz.

Le due equazioni di Maxwell

(forma differenziale della legge di induzione di Faraday-Neumann-Lenz)

(legge della circuitazione di Ampère-Maxwell)

e, appunto,
(legge di conservazione della carica elettrica)

sono indipendenti.

Questa indipendenza, nel caso dinamico, permette di ricavare le altre due equazioni di Maxwell a partire dalle tre relazioni precedenti. Nel caso statico invece sono valide indipendentemente dalle prime due.
Scrivo solo quella di interesse per il caso in esame:



E' qui che entra in modo incisivo la conservazione della carica elettrica, quasi una versione alternativa della legge di conservazione della carica elettrica stessa. Il protagonista è il vettore D, per far comparire il campo elettrico devo fare ipotesi aggiuntive, perdendo dunque la validità generale della legge stessa.
Su questo punto già cade, secondo me, la realtà fisica incontrovertibile. Le ipotesi aggiuntive non fanno altro che restringere il campo di validità di una legge.

Per scrivere ciò che ha affermato PietroBaima devo, a mio parere, rendere simmetriche le prime due equazioni di Maxwell.
Perché non sono simmetriche dal punto di vista formale? Perché in natura non sono mai state osservate le cariche magnetiche.
Posso rendere simmetriche le equazioni?
Sì, aggiungendo due termini fittizi: la densità di carica magnetica e la densità di corrente magnetica. Su queste due nuove grandezze fittizie si impone una nuova equazione di continuità. Significa che sarà fittizia anche la nuova equazione di continuità (formalmente identica alla relativa equazione sulle cariche elettriche).

A questo punto posso anche immaginare di risolvere il cosiddetto problema duale, sostituendo alle grandezze elettriche quelle magnetiche corrispondenti e a quelle magnetiche le corrispondenti grandezze elettriche cambiate di segno.
Cioè posso risolvere problemi elettrici attraverso problemi magnetici e viceversa. Ma è solo un punto di vista permesso dalla matematica. E' solo un procedimento formale.

Per scrivere le equazioni di Maxwell e l'equazione di continuità devo comunque assegnare un sistema di riferimento, orientazioni e versi di circuitazioni.

Con questo cosa voglio dire? Che prima di tutto bisogna chiamare in causa la conservazione delle cariche magnetiche (ad oggi non osservate in natura) e poi non posso fare a meno di assegnare i versi di percorrenza delle varie frontiere.
Il discorso di PietroBaima ha senso? Ovviamente sì, ma è matematica non realtà fisica incontrovertibile. E' solo un modo diverso di dire la stessa cosa. La mia idea diverge, ma dovrebbe essere chiaro, solo su questo punto, enfatizzando in ogni caso l'introduzione della grandezza fittizia carica magnetica.

Ovviamente c'è un mondo intero che non conosco, pertanto sono pronto a leggere qualsiasi intervento diverso dal mio.

Altro appunto che vorrei fare è quello sulla terza legge della dinamica richiamata in questo 3D.
Prima di tutto essa è una legge di tipo quantitativa. In essa sono coinvolti moduli, direzioni e versi delle forze, pertanto non può espressa in quei termini.
La legge di Lenz, invece, è una legge qualitativa. Permette di individuare solo la direzione e il verso della grandezza indotta non la sua entità.
Inoltre, la terza legge della dinamica, in generale, non è valida nella teoria maxwelliana. In questa teoria l'idea principale è quella dell'azione a contatto e velocità di propagazione delle perturbazioni di valore finito. Maxwell subì diversi attacchi su questo fronte, ma possiamo dire che ne uscì vittorioso.

[PietroBaima]

Ne uscì vittorioso perché il pensiero diffuso era che le azioni delle forze a distanza ha velocità infinita, che è errato.
Inoltre è sbagliato mischiare campi e forze, perché i campi sono ad un livello sottostante le forze.

[EdmondDantes]

Non possiamo ragionare con la mente fisica moderna discutendo dei fatti di fine ottocento.
I loro fatti vanno discussi con i loro concetti, altrimenti è facile dire, ad esempio, che la f.e.m. non è una forza, che pensavano male e così via.

Maxwell fu il primo (quasi) non-meccanicista fra gli ultimi meccanicisti.
La sua teoria fu fondata sull'etere luminifero. La natura delle onde è elettromagnetica, ma si sviluppano attraverso l'etere in senso meccanico. E qui fallisce la indiscussa terza legge della dinamica. Per fortuna, qualcuno, ha dubitato.
A tal ragione, la teoria dinamica di Maxwell era dinamica proprio nel senso meccanico.

Sbagliato, oggi. Ai tempi era la fisica.

E' vero, si va avanti con gli errori, ma se un modello funziona, se l'idea di fondo è corretta, si aggiusta ciò che non va in accordo alla nuova linea di pensiero.
Con il pensiero aristotelico si pensava a una proporzionalità fra velocità di un corpo e forza a cui era sottoposto.
E' sbagliata? Certo, Newton ha dimostrato di sì, ma sono stati impiegati quasi 2000 anni per arrivare alla sua formulazione "corretta".
Ai tempi, con le loro strumentazioni e le loro faccende, funzionava.

PS

Un campo vero è una funzione matematica che si adopera per evitare l'idea di azione a distanza.
Richard Phillips Feynman