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Sulla legge di Faraday

Articolo n° 2 su 36 del corso "DR plus". Vai all'indice del corso.

Paragrafi dell'articolo:

  1. La forza della legge
  2. D&R
  3. Lezioni

La forza della legge

La legge di Faraday-Lenz è la base di applicazioni che hanno massiccio dell'energia elettrica. Stabilendo il corretto legame tra fenomeni elettrici e magnetici, ha consentito di comprende re come trasformare l'energia meccanica in elettrica. Il campo magnetico è diventato, come dire, la cinghia di trasmissione che fa fluire l'energia da un sistema meccanico ad un circuito elettrico. Michael Faraday era fermamente convinto che dovesse esistere una simmetria tra fenomeni elettrici e magnetici. Se una corrente elettrica produceva un fenomeno meccanico, quale l'orientamento dell'ago di una bussola, da Oersted già osservato e definito con i suoi esperimenti intorno al 1820, doveva valere anche l'inverso, e cioè che un magnete dovesse produrre una corrente elettrica. Nel 1831 la sua ostinazione fu premiata, anche se, si deve dire, un po' con l'aiuto della fortuna, in quanto si accorse casualmente che non era un campo magnetico statico a produrre una corrente, come aveva tentato per anni, ma un campo magnetico variabile. Ma, come si sa, "audntes Fortuna iuvat" ed a Faraday non mancava certo il coraggio intellettuale. La variazione poteva essere prodotta sia meccanicamente (muovendo un magnete: generatore elettromeccanico) che elettricamente (variando una corrente: effetto trasformatorico).
Ma come si fa a tradurre il fenomeno identificato qualitativamente, in una legge quantitativa? Noi siamo programmati per legare un ‘effetto' ad una ‘causa' e la scoperta del legame, pur non facendoci comprendere l'essenza dell'universo, che probabilmente non si lascerà mai intrappolare dalle nostre idee, ci dà comunque uno strumento con cui costringere le forze della natura a fornirci quanto desideriamo. Tralasciamo la discussione se ciò che desideriamo porta sempre ad un miglioramento del nostro esistere, che ci porterebbe oltre le indagini di questa rubrica. Soffermiamoci sul fatto che, modificando nel tempo la configurazione di un campo magnetico, comunque prodotto, in un circuito elettrico immerso nello spazio interessato dalla variazione, si produce una tensione elettrica. E' l'effetto che ci interessa  e ci è possibile misurarne l'entità, usando un voltmetro. Ma con che cosa dobbiamo metterlo in relazione? Con la variazione del campo magnetico, evidentemente. E come ‘inventare' una gran dezza utile allo scopo che possa essere misurata? La variazione di un campo magnetico vista, come dire, da un circuito elettrico fermo, è prodotta, ad esempio, con lo spostamento di un magnete, quindi dalla variazione della sua posizione relativa rispetto al circuito. Ecco allora come procedere: effettuiamo più variazioni identiche, ma in tempi diversi e tracciamo l'andamento della tensione indotta, si dice così, nel circuito, misurandola con un voltmetro registratore. Ebbene, si scopre che il valore medio della tensione indotta per l'intervallo di tempo impiegato per la variazione, è costante. Ciò che è costante, nell'esperienza, è la variazione del campo magnetico: quindi non ci resta che affermare che la costante ottenuta è la variazione del campo. Dal momento che il campo magnetico lo raffiguriamo con linee, si pensi alla limatura di ferro intorno ad un magnete, e che un fascio di linee che attraversa una linea chiusa, qual è un circuito elettrico, lo possiamo chiamare flusso , a quella costante daremo il nome di variazione di flusso magnetico.
Ecco allora la legge di Faraday:

la variazione di flusso magnetico concatenato con un circuito elettrico è uguale al prodotto della tensione media indotta per il tempo necessario a produrre la variazione

Il flusso magnetico altro non è allora che un impulso di tensione, cioè volt moltiplicato secondo e si chiama weber. Ora possiamo interpretare la legge anche in un altro modo:

la tensione media indotta in un circuito dalla variazione di un campo magnetico è la velocità media con cui il flusso concatenato varia

Indicando con DF e Dt le variazioni di flusso e di tempo e con E la tensione media indotta la legge assume un aspetto matematico semplice. In valore assoluto, cioè in volt:

E=DF/Dt

L'indagine però non si ferma: la polarità della tensione rappresenta un'ulteriore sfida intellettuale che Lenz
ha portato a termine anche dal punto di vista formale.
Le convenzioni assunte per il segno il flusso e della forza elettromotrice
impongono un segno meno nella formula il cui significato è evidenziare che la fem indotta si oppone alla causa che l'ha generata, cioè la variazione del flusso. La legge di Lenz può dunque essere definita come il principio di azione e reazione elettromagnetico.

D&R

Lezioni

.

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Commenti e note

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di ,

Le domande è meglio farle nel forum. Comunque dai per scontata una scomparsa inesistente. Il segno dipende dalla convenzione adottata per la scelta del verso assunto per considerare positivi flusso e fem. Se sono scelti secondo la regola della mano destra ( dita chiuse: fem; pollice alzato-flusso) nella legge di Faraday-Lenz c'è il segno meno; in caso contrario il più.

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di ,

Salve e innanzitutto grazie a nome di tanti lettori che dai Suoi articoli traggono insegnamento! Venendo a noi, avrei una domanda da porLe. Dalle equazioni di Maxwell sappiamo che una variazione del flusso di un campo magnetico esterno induce in un circuito una corrente indotta tale da generare a sua volta un campo magnetico che si oppone alla variazione del flusso stesso. Questa "opposizione" è alla base del segno - che si riscontra nella ben nota formula FEM = - dΦ/dt. Perché in Elettrotecnica scompare il segno meno? La ringrazio per la cortese attenzione.

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di ,

Penso che electroyou per qualità, approfondimento e originalità del materiale a disposizione non abbia eguali; non ho trovato altri siti che possano competere (e per altri includo quelli in lingua inglese). Quindi si, perché no, sistemarli è utile.

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di ,

Il tempo passa, gli articoli invecchiano ed i malfunzionamenti aumentano. Occorrerebbe revisionarli. A volte penso di farne una nuova edizione, ma poi mi dico: "Ma sì, a che vuoi che interessi". La rete è piena di simili argomenti.

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di ,

E' passato un po' di tempo, i link non sono più funzionanti, non so se è possibile ripristinarli. Grazie e complimenti per la preparazione, rimango sempre affascinato.

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di Marco,

Non succede assolutamente niente. La cortocircuitazione di spire non produce alcuna variazione del flusso magnetico prodotto dal campo esterno costante.

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di GiGi,

Se considero una bobina di N1 spire chiusa su un carico, ferma in un campo magnetico costante, e periodicamente facessi variare (ad esempio, aprendo e chiudendo degli interruttori) il numero delle spire da N1 a N2. Otterrei una qualche f.e.m. indotta sul carico come se facessi variare il flusso concatenato con la spira nel tempo? Grazie.

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di ,

Per GioGio:
Spero che tu non la prenda male, ma "campo concatenato" non è in sé un'espressione corretta o, quantomeno, è incompleta. Ad ogni modo è una domanda cui si può rispondere con un dizionario. Gli studenti, ipotizzo che tu sia uno studente, sembra pensino, forse non è il tuo caso, che il vocabolario serva solo durante i temi di italiano. Eppure ci si esprime in italiano anche nelle materie tecniche. Se tu fossi uno studente ed io un tuo insegnante ti risponderei così. "Ecco, vedi, ho qui sottomano un vecchio dizionario enciclopedico Sansoni. Alla parola concatenare, dopo la spiegazione che significa unire con catene ( e qui andrei anche a vedere la parolacatena: organo metallico flessibile di trazione, fatto di più anelli di ferro..) c'è anche che cosa si intende in ELETTROLOGIA: "Le linee di forza di un campo magnetico sono concatenate con un circuito quando lo allacciano come gli anelli di una catena; il flusso da esse prodotto nel circuito è concatenato con questo. Io non saprei cosa aggiungervi...".
Per David:
Si. Per quanto riguarda la circuitazione del campo elettrico si tratta proprio della inclusione della legge di Faraday nelle equazioni di Maxwell per il campo elettromagnetico.

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di David,

Volevo sapere se in base alla legge di Faraday-Lenz [e = - dFC /dt] dove 'e' è la forza elettromotrice indotta, 'dF'è la variazione di flusso, dt è la variazione del tempo.se la circuitazione del campo Elettrico corrisponde alla f.e.m. indotta!Graz

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di GioGio,

Cosa significa che un campo è concatenato?Grazie

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