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Corso di Elettrotecnica Capitolo IV

Magnetismo: Induzione elettromagnetica

di Gennaro Bottiglieri

INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

L’induzione elettromagnetica è un fenomeno che si verifica quando un conduttore, immerso in un campo magnetico e spostato in modo da tagliare le linee di forza del campo stesso, genera una forza elettromotrice (f.e.m.)

Il campo magnetico, prende il nome di < campo induttore > ed il conduttore quello di < circuito indotto>; quindi la forza elettromotrice che si genera prende il nome di < forza elettromotrice indotta.>

Il valore della forza elettromotrice indotta dipende: dall’induzione magnetica B creata dalla calamita, dalla lunghezza l del conduttore immerso nel campo magnetico e dalla velocità v con cui si sposta il conduttore stesso.

Collegando il conduttore, immerso nel campo magnetico, ad un utilizzatore, in modo da formare un circuito chiuso, si ha che la f.e.m. indotta fa circolare in esso una corrente detta corrente indotta.

Il senso della corrente indotta, dipende dal senso in cui si sposta il conduttore e dal verso delle linee di forza del campo magnetico e, può essere determinato mediante la < regola della mano destra>

Volgendo il palmo della mano destra verso le linee di forza; e disponendo la mano stessa in modo che, la punta del dito pollice divaricato, indichi il senso del movimento, la punta delle altre dita indica il senso della corrente indotta.

Sostituendo al conduttore una spira rotante nel campo magnetico, si ha che un lato di essa taglia le linee di forza dall’alto verso il basso, mentre l’altro lato le taglia in senso opposto.

Pertanto, nei due lati della spira si generano due f.e.m. di senso opposto che, anziché annullarsi, si sommano, come indicato in figura.

Su questo principio si basa il funzionamento del generatore elettrico.

AZIONI ELETTRODINAMICHE

Le azioni elettrodinamiche sono forze che sollecitano i circuiti elettrici percorsi da corrente

Esse sono prodotte dai campi magnetici delle correnti che percorrono i circuiti stessi.

Infatti due conduttori, di un circuito elettrico, percorsi da correnti dirette nello stesso senso, creano attorno ad essi due campi magnetici aventi, nella zona intermedia dei due conduttori senso contrario.

Pertanto le linee di forza create da un conduttore, si congiungono con le corrispondenti create dall’altro conduttore, formando un unico gruppo di linee di forza, che abbraccia entrambi i conduttori, sollecitandoli con una forza che tende ad avvicinarli.

Mentre, i due conduttori di un circuito elettrico, percorsi da correnti aventi senso contrario, creano attorno ad essi due campi magnetici aventi, nella zona intermedia dei due conduttori, lo stesso senso.

Pertanto le linee di forza si respingono sollecitando i due collettori con una forza che tende ad allontanarli.

Sostituendo ai due conduttori, due bobine percorse da corrente di cui una fissa e l’altra libera di ruotare attorno ad un asse; tra le due bobine si esercitano delle azioni elettrodinamiche che tendono a far ruotare la bobina mobile.

Su questo principio si basa il funzionamento degli strumenti di misura elettrodinamici

AZIONI ELETTROMAGNETICHE

Le azioni elettromagnetiche sono forze che si esercitano tra un conduttore percorso da corrente ed il campo magnetico, nel quale si trova immerso il conduttore stesso.

Infatti il conduttore crea un campo magnetico che si sovrappone a quello creato dalla calamita, nel modo indicato nella figura.

Cioè, le linee di forza dei due campi magnetici, si sommano nella zona dove le linee hanno lo stesso senso, mentre nella zona opposta, avendo senso contrario si annullano.

 

Si ha così che, il conduttore risulta soggetto ad una forza trasversale che tende a spostarlo dalla zona dove le linee di forza del campo risultano addensate, verso la zona dove le linee di forza risultano diradate.

L’intensità di questa dipende dall’induzione magnetica B creata dalla calamita, dalla lunghezza l del conduttore immerso nel campo magnetico e dalla intensità di corrente I che percorre il conduttore stesso.

Il verso in cui si sposta il conduttore dipende dal senso di circolazione della corrente e dal verso delle linee di forza del campo e può essere determinato mediante la regola < della mano sinistra>.

L’effetto del campo magnetico è più intenso vicino al conduttore ed è tanto più intenso quanto maggiore è la corrente che attraversa il conduttore stesso.

La direzione delle linee di forza di un campo magnetico creato da una corrente, dipende dal verso della corrente stessa.

Volgendo il palmo della mano sinistra verso le linee di forza e disponendo la punta delle dita nel senso della corrente, la punta del dito pollice divaricato, indica il senso in cui si sposta il conduttore.

Sostituendo al conduttore una spira percorsa da corrente si ha che il campo magnetico, creato dai due conduttori che la compongono, si sovrappone a quello generato dalla calamita, nel modo indicato in figura.

Cioè le linee di forza create dalla calamita e dai conduttori della spira, si sommano nelle zone dove le linee hanno lo stesso verso, mentre nelle zone opposte, avendo verso contrario si annullano.

Si ha cos’ che i conduttori della spira risultano sollecitati da due forze parallele, dirette in senso opposto, che tendono a spostarli dalle zone dove le linee di forza risultano addensate verso le zone le linee di forza risultano diradate.

Pertanto l’azione di queste forze, detta < coppia elettromagnetica> tende a far ruotare la spira.

Su questo principio si basa il funzionamento del motore a corrente continua.

INDUZIONE MUTUA

L’induzione mutua è un fenomeno che si manifesta tra due circuiti, posti a distanza ravvicinata, quando uno di essi è attraversato da corrente elettrica.

In questo caso il circuito percorso da corrente crea un campo magnetico, le cui linee di forza investono i conduttori dell’altro circuito.

Il numero delle linee di forza che investe l’altro circuito può essere maggiore o minore a seconda che il circuito magnetico, che unisce i due circuiti elettrici sia costituito da una sostanza magnetica o non magnetica.

Se il primo circuito è percorso da una corrente costante, nel secondo circuito non si verifica alcun fenomeno, in quanto le sue spire non sono tagliate dalle linee di forza del campo magnetico.

Mentre, se il primo circuito è percorso da corrente variabile anche il secondo circuito risulta attraversato da corrente variabile.

Infatti, la corrente variabile che attraversa il primo circuito, crea un campo magnetico variabile le cui linee di forza tagliano il secondo circuito, vi inducono una forza elettromotrice che, a circuito secondario chiuso, provoca un passaggio di corrente indotta.

Nel fenomeno di induzione mutua, come vedremo in seguito, permette di trasferire l’energia elettrica, da un circuito primario a un circuito secondario, mediante un semplice accoppiamento magnetico.

Su questo principio si basa il funzionamento del trasformatore.

AUTOINDUZIONE

L’autoinduzione è un fenomeno che si verifica quando un circuito percorso da corrente elettrica crea un campo magnetico che, oltre ad investire i circuiti eventualmente vicini, investe il circuito stesso che lo ha prodotto.

Se il circuito, costituito ad esempio da un certo numero di spire, è attraversato da una corrente costante, esso crea un campo magnetico costante.

Cioè, quando nel circuito la corrente di alimentazione tende ad aumentare, la corrente di autoinduzione ha verso contrario, per cui ne ritarda l’aumento; mentre quando la corrente di alimentazione tende a diminuire, la corrente di autoinduzione ha lo stesso verso, per cui ne ritarda la diminuzione.

L’autoinduzione o < induttanza > viene indicata con la lettera L e rappresenta l’attitudine di un circuito elettrico a generare in se stesso una f.e.m.

L’induttanza dipende dal numero di spire N al quadrato e dalla riluttanza della sostanza su cui le spire del circuito sono avvolte:

Induttanza L = Numero di spire N : Riluttanza R

Pertanto, una corrente variabile nell’attraversare un circuito incontra, oltre alla resistenza elettrica, una resistenza apparente dovuta all’induttanza del circuito stesso.

Nota: In corrente continua il fenomeno dell’autoinduzione si verifica solamente alla apertura e alla chiusura del circuito elettrico.

CORRENTI PARASSITE

Le correnti parassite, sono correnti indotte che si generano nei nuclei metallici quando tagliano o vengono tagliati dal flusso di un campo magnetico.

Queste correnti, circolano nell’interno dei nuclei secondo percorsi chiusi, provocano in essi un forte sviluppo di calore che comporta una perdita di potenza.

Per limitare la circolazione di queste correnti si aumenta la resistenza dei nuclei, sostituendo ai nuclei massicci, nuclei formati con lamierini sottili, isolati tra loro e disposti parallelamente alle linee di forza del campo magnetico.

I lamierini usati nella costruzione dei nuclei, delle macchine e delle apparecchiature elettriche, hanno uno spessore che varia da 0.3 a 0,8 mm.

L’isolamento tra i lamierini viene realizzato con carta sottilissima o con vernice.

Per ridurre ulteriormente le perdite per correnti parassite, si impegnano lamierini al ferro-silicio che hanno una elevata resistività elettrica.