Principi di Magnetismo ed Elettromagnetismo: Induzione e Circuiti

Proprietà Magnetiche Fondamentali

Il campo magnetico è la regione di spazio attorno a un magnete in cui si manifesta l'azione magnetica.

All'interno di questa regione, ogni particella ferromagnetica è attratta dal magnete; al di fuori di essa, non subisce alcuna attrazione.

Il campo magnetico è rappresentato da linee di forza che, per convenzione, vanno dal polo nord al polo sud del magnete.

Se si avvicinano poli dello stesso segno, si verifica una repulsione.

Il flusso magnetico è definito come il numero di linee di forza che attraversano una superficie posta all'interno di un campo magnetico.

Per quanto riguarda le proprietà magnetiche dei corpi, si definiscono permeabili quei materiali che permettono il passaggio del flusso magnetico, mostrando una bassa resistenza a tale passaggio, detta riluttanza.

Quando un corpo permeabile viene introdotto in un campo magnetico uniforme, si osserva una concentrazione delle linee di forza all'interno del materiale, fenomeno noto come induzione magnetica.

Elettromagnetismo: Interazione Corrente-Campo Magnetico

Applicando una corrente elettrica, si ottengono effetti magnetici.

L'esperimento di Oersted dimostra che la corrente elettrica crea un campo magnetico nello spazio circostante.

Maggiore è l'intensità della corrente, maggiore sarà l'intensità del campo magnetico generato.

Il verso delle linee di forza del campo magnetico dipende dalla direzione della corrente e può essere determinato con la regola della mano destra:

• Avvolgendo il conduttore con la mano destra in modo che il pollice indichi la direzione della corrente.
• Le dita indicheranno il verso delle linee di forza del campo magnetico.

Se invece di un conduttore lineare si utilizza una bobina (o solenoide), il campo magnetico generato è più intenso.

Se una bobina è composta da N spire, il campo magnetico aumenta di N volte rispetto a una singola spira.

Se si inserisce un nucleo ferromagnetico all'interno di una bobina, il campo magnetico viene ulteriormente amplificato.

Gli elettromagneti trovano ampia applicazione nei relè, dispositivi composti da un elettromagnete e un'armatura (un pezzo di ferro dolce) che viene attratta dall'elettromagnete quando la corrente passa attraverso la bobina.

Circuiti Magnetici: Percorsi del Flusso

Un circuito magnetico è il percorso chiuso seguito dalle linee di forza, canalizzate attraverso un materiale ferromagnetico, che può includere anche intervalli d'aria.

Nei circuiti magnetici, il flusso di linee di forza è guidato dalla forza magnetomotrice e incontra una difficoltà nel suo movimento, detta riluttanza.

Induzione Elettromagnetica: Generazione di Corrente

Quando un conduttore si muove all'interno di un campo magnetico, appare una corrente elettrica. Questo fenomeno si chiama induzione elettromagnetica.

Se invece di un singolo conduttore si utilizza una bobina, la corrente indotta sarà maggiore. L'intensità della corrente indotta dipende dall'intensità del campo magnetico e dalla velocità di movimento della bobina (o del magnete).

Sia che si muova il magnete o la bobina, l'elemento fondamentale è che ci sia una variazione del flusso magnetico. Il movimento della bobina deve "tagliare" le linee di campo magnetico; se si muove parallelamente ad esse, non viene generata corrente.

Il verso della forza elettromotrice (f.e.m.) indotta nel conduttore può essere determinato applicando la regola della mano destra di Fleming:

• Posizionando pollice, indice e medio della mano destra in modo da formare angoli retti tra loro.
• Se il pollice indica la direzione del movimento del conduttore.
• E l'indice la direzione del campo magnetico.
• Il medio indicherà la direzione della f.e.m. indotta.

Gli effetti dell'induzione elettromagnetica si verificano anche nei solenoidi.

Se si collega una bobina a un generatore e si chiude l'interruttore, la corrente elettrica che la attraversa crea un campo magnetico, la cui intensità è proporzionale alla corrente.

Se si posiziona una seconda bobina, collegata a un galvanometro, nelle vicinanze della prima, questa sarà soggetta alle linee di forza prodotte, generando il fenomeno dell'induzione mutua.

L'induzione tra due bobine trova la sua principale applicazione nei trasformatori.

Il trasformatore è composto da due bobine (primario e secondario) avvolte l'una sull'altra o su un nucleo magnetico comune.

Per generare corrente nel secondario, è necessario che ci sia una variazione del flusso magnetico, il che si ottiene tipicamente con la corrente alternata.

La corrente alternata nel primario induce una corrente alternata nel secondario.

Se questa corrente deve essere utilizzata in applicazioni che richiedono corrente continua (es. in auto), è necessario un processo di rettifica, ottenuto tramite l'uso di raddrizzatori a diodi.

I conduttori delle bobine, essendo percorsi da corrente elettrica, sono soggetti a variazioni di campo magnetico.