Magnetismo ed Elettromagnetismo: Principi Fondamentali e Applicazioni

Magnetismo

I materiali che possono essere attratti da una calamita sono chiamati materiali ferromagnetici.

Tipi di magneti

• Naturale: (es. magnetite), possiede proprietà magnetiche, ma sono deboli.
• Artificiale:
  • Permanente: conserva le proprie proprietà magnetiche per molto tempo.
  • Temporaneo: manifesta proprietà magnetiche solo quando è sottoposto all'azione di un campo magnetico.

Campo magnetico

È lo spazio in cui sono evidenti i fenomeni magnetici causati dal magnete. Risulta più intenso in alcuni punti rispetto ad altri, raggiungendo la sua intensità massima ai poli.

Le linee che si formano da un polo all'altro sono chiamate linee di forza del campo magnetico.

Se due magneti si avvicinano con poli uguali, si respingono poiché le linee del campo hanno direzioni opposte; altrimenti, le linee hanno la stessa direzione e si sommano.

Elettromagnetismo

Quando un conduttore è attraversato da una corrente elettrica, attorno ad esso appare un campo magnetico, il cui senso delle linee di forza è determinato dalla regola della mano destra o del cavatappi. L'intensità del campo dipende dall'intensità della corrente.

• Campo di un ciclo: è disperso e debole; mettendo il conduttore in un anello (loop) si concentra.
• Campo di una bobina: il campo di ogni spira si aggiunge, concentrandosi al centro.

Il numero di linee di forza è chiamato flusso magnetico.

L'induzione magnetica indica quanto è intenso il campo magnetico e dipende dal numero di spire della bobina; tuttavia, più lunga è la bobina, più le linee di campo tendono a disperdersi.

La permeabilità magnetica è la capacità di un materiale di aumentare le linee di forza di un campo magnetico:

• Ferromagnetici: le linee di forza si concentrano e la permeabilità è molto maggiore dell'unità (centinaia o migliaia di volte).
• Paramagnetici: permeabilità quasi uguale all'unità; le linee di campo che lo attraversano non variano.
• Diamagnetici: permeabilità inferiore all'unità; le linee di forza che li attraversano tendono ad essere respinte.

Elettricità e campo magnetico

Induzione elettromagnetica

L'induzione elettromagnetica è la produzione di energia elettrica tramite azione magnetica. Quando si muove un conduttore elettrico all'interno di un campo magnetico, appare una forza elettromotrice che si manifesta come una tensione ai capi del conduttore. Ciò si verifica ogni volta che le linee del campo vengono tagliate.

Generazione di energia elettrica

La corrente alternata (AC) può essere generata dalla rotazione di una bobina orientata perpendicolarmente all'interno di un campo magnetico rotante.

Motori

Quando si introduce un conduttore e lo si percorre con corrente, esso sperimenta una forza perpendicolare alla direzione del flusso magnetico, la cui direzione è determinata dalla regola della mano sinistra:

• Dito indice: direzione delle linee di flusso.
• Dito medio: senso della corrente.
• Pollice: direzione del movimento del cavo.

Trasformatore

Il trasformatore innalza o riduce la tensione, alterando i parametri di tensione (V) e corrente (I), ma senza alterare la potenza. L'energia viene trasferita attraverso il campo magnetico variabile che appare nel nucleo.

Il trasformatore ideale deve soddisfare la seguente equazione: N1 / N2 = V1 / V2 = m (rapporto di trasformazione). Inoltre, poiché la potenza nel primario e nel secondario è uguale, si deduce che: V1 · I1 = V2 · I2.

Il trasformatore nel trasporto di energia

Per ridurre le perdite durante il trasporto, si aumenta la tensione affinché, a parità di potenza, le intensità siano più basse. Nel luogo di utilizzo, la distribuzione avviene a tensioni più basse per regolare l'erogazione alle utenze. La preferenza per la corrente alternata rispetto a quella continua risiede nel fatto che l'AC può essere trasformata facilmente.