Tensioni e Correnti Alternate - 3

 

LA TENSIONE ALTERNATA

È evidente che il fenomeno ora descritto per la figura 1 non muta se rimane fermo il magnete, ossia l'elemento induttore, mentre si muove quello indotto, vale a dire il rocchetto. Il quale, per una maggiore semplicità interpretativa, può essere ridotto ad una sola spira di filo conduttore, come indicato in figura 2.

Fig. 2 - Su questo disegno, immaginando la spira in movimento fra le espansioni polari del magnete permanente, si analizza la formazione della tensione alternata indotta.

Allo scopo di analizzare la formazione della tensione alternata, supponiamo di far ruotare la spira con moto uniforme dentro il campo magnetico e cioè fra le espansioni polari del magnete permanente di figura 2. Ebbene, durante la rotazione, la spira, che in pratica è rappresentata da un cerchio ottenuto con un filo conduttore, taglia le linee di forza magnetiche in modo tale che, a causa del fenomeno dell'induzione elettromagnetica, fra i terminali della spira stessa viene a formarsi una tensione elettrica. Ma questa tensione non è costante durante la rotazione della spira nel campo magnetico, perché la legge dell'induzione afferma che il valore della tensione indotta in un circuito dipende, tra l'altro, dal numero di linee di forza tagliate dal corpo indotto nell'unità di tempo. 
Per capire bene il fenomeno della variazione di tensione indotta, durante l'intero ciclo rotativo della spira, occorre seguirne attentamente il movimento a partire da una sua precisa posizione. Esaminiamo pertanto tale movimento, dividendolo in quattro fasi.
La prima fase
è quella in cui la spira compie la rotazione che va da 0° a 90°, durante la quale le linee di forza tagliate nell'unità di tempo vanno via via crescendo. Quindi, nel primo quarto di giro della spira, la tensione indotta aumenta dal valore di zero volt a quello massimo positivo.
Nella seconda fase la spira ruota da 90° a 180°. Oltrepassata la posizione parallela alle linee di forza, il campo magnetico si inverte, ma le linee di forza che la spira taglia nell'unità di tempo vanno ora diminuendo fino a zero. La tensione indotta si riduce, conseguentemente, dal valore massimo positivo al valore zero.
Nella terza fase la spira, continuando la sua rotazione, passa da 180° a 270°. Le linee di forza che attraversano la spira hanno sempre lo stesso verso, ma la spira ne taglia un numero sempre maggiore nell'unità di tempo. Quindi la tensione indotta aumenta da zero volt ad un valore massimo negativo.
Nella quarta ed ultima fase la spira si sposta da 270° a 360°. Il campo nella spira si inverte e le linee di forza che essa taglia nell'unità di tempo vanno riducendosi fino a zero. La tensione indotta, da un valore massimo negativo, scende a zero volt.
Riassumendo, durante la rotazione della spira, la tensione indotta passa dal valore zero ad uno massimo positivo, per ritornare nuovamente a zero. 
Questo fenomeno viene interpretato analiticamente, dal primo tratto di curva superiore della sinusoide di figura 3.

Fig. 3 - II comportamento della tensione alternata viene interpretato, analiticamente, tramite una sinusoide, nella quale si può notare la precisa corrispondenza tra i valori di tensione e le posizioni della spira di corrente indicate in figura 2.

Successivamente, la tensione scende dal valore di zero volt ad uno massimo negativo, per ritornare poi di nuovo a zero. E tale fatto è rappresentato dalla curva inferiore della sinusoide del diagramma di figura 3.
Il diagramma di figura 3 può essere perfezionato con quello riportato in figura 4, nel quale il punto 1 indica il valore di zero volt della tensione al momento in cui la spira inizia il suo movimento di rotazione, il punto 2 segnala il valore massimo della tensione positiva, il 3 è il punto in cui la tensione ritorna al valore di zero volt, il 4 corrisponde al massimo valore negativo ed infine i15 indica il ritorno al valore zero della tensione.
La curva superiore e quella inferiore della sinusoide compongono un ciclo della tensione alternata, che è ovviamente la somma di due semicicli (1/2 C) e semiperiodi.

Fig. 4 - I valori massimi, positivi e negativi della tensione alternata, sono indicati con i numeri 2 - 4 - 6. Ma ogni sinusoide è sempre composta da due semicicli (1l2 C), che formano un ciclo della tensione alternata.