INDUZIONE
ELETTROMAGNETICA
Si designa col nome
di induzione elettromagnetica il fenomeno della
produzione di una tensione elettrica per mezzo di un campo magnetico,
il quale si manifesta facendo variare, in un modo qualunque, il numero
o l'intensità delle linee di forza magnetiche abbracciate da un
qualsiasi circuito elettrico immerso nel campo.
Questo campo viene chiamato CAMPO INDUTTORE ed il circuito che vi è
immerso CIRCUITO INDOTTO. La tensione che si genera in tale circuito,
quando varia il numero o l'intensità delle linee di forza che esso
abbraccia, costituisce la TENSIONE INDOTTA.
Il fenomeno della tensione indotta o, più generalmente, quello
dell'induzione elettromagnetica, si pone chiaramente in rilievo tramite
un semplice esperimento, quello illustrato in figura 10.
Fig.
10 - Il fenomeno dell'induzione elettromagnetica si manifesta ogni
volta che si verificano dei movimenti meccanici del corpo inducente o
di quello indotto. In questo esempio, il corpo inducente è
rappresentato da un magnete permanente, che viene spostato verso
l'alto e verso il basso, mentre l'indotto è costituito
dall'elettromagnete EM. Il voltmetro segnala la presenza della tensione
indotta.
Per la realizzazione
di questo esperimento, sono necessari un magnete permanente (calamita),
un solenoide EM, che può essere quello descritto in precedenza e
riportato in figura 8 ed uno strumento di misura della tensione
elettrica, ossia un voltmetro.
Dopo aver composto l'insieme di elementi di figura 10 si può osservare
quanto segue: finché il magnete ed il solenoide, pur essendo vicini fra
loro, rimangono fermi, il voltmetro non offre alcuna indicazione di
manifestazioni elettriche, cioè dell'insorgenza di una tensione
elettrica. Invece, avvicinando il magnete al solenoide, oppure
spostandolo verso l'alto o verso il basso, come indicato dalle frecce
di figura 10, l'indice del voltmetro devia lungo la scala di misura,
segnalando la presenza della tensione indotta.
Con i movimenti meccanici del magnete ora menzionati, non si è fatto
altro che variare il numero di linee di forza magnetiche concatenate
con il solenoide. E questa variazione può essere compiuta in modo lento
o veloce.
Con l'esperimento di figura 10 è possibile dimostrare un altro
importante fenomeno. Ossia tenere fermo il magnete permanente e muovere
l'elettromagnete EM. Ebbene, anche in questo caso l'indice del
voltmetro devia dalla sua posizione di riposo, segnalando la presenza
di una tensione indotta.
Dunque, la tensione elettrica indotta, segnalata dal voltmetro,
sussiste finché uno dei due elementi che partecipano all'esperimento,
il solenoide o il magnete, si muove.
Non appena il movimento cessa, anche la tensione indotta scompare e
l'indice dello strumento ritorna sul valore zero.
L'esperimento in esame mette in evidenza un altro fatto importante. Si
è parlato di avvicinamento del magnete al solenoide o del solenoide al
magnete. Ma l'insorgere della tensione indotta si verifica pure quando
i due elementi che partecipano all'esperimento vengono allontanati tra
loro. In questo caso la tensione indotta è di verso contrario a quella
segnalata nella prima fase dell'esperimento. E ciò spiega pure perché
nello schema di figura 10 si è fatto uso di un voltmetro di tipo a zero
centrale, che consente al suo indice di spostarsi sia a destra che a
sinistra.
Sperimentando in diversi altri modi, cioè spostando comunque tra di
loro i due elementi, si trova che il fenomeno dell'induzione
elettromagnetica si produce sempre e soltanto quando il circuito
indotto viene a tagliare le linee di forza del campo magnetico
induttore in modo tale che, per effetto dello spostamento, venga a
variare il numero delle linee di forza magnetiche abbracciate dal
circuito.
Nel nostro esempio, i due elementi che concorrono al fenomeno
dell'induzione elettromagnetica sono rappresentati da un magnete
permanente e da un'elettrocalamita. Ma il fenomeno dell'induzione
elettromagnetica si manifesta pure se il magnete permanente viene
sostituito con un secondo elettromagnete e se l'indotto
(elettrocalamita) viene sostituito con un conduttore qualsiasi, anche
con una semplice sbarretta metallica rettilinea. Ma affinché il
fenomeno dell'induzione elettromagnetica si manifesti, è necessario che
esista sempre un corpo inducente, di qualunque tipo, che sia in grado
di generare un campo magnetico od elettromagnetico, ed è pure
necessario che esista un circuito elettrico indotto, sia esso chiuso
oppure aperto. Tuttavia, l'esistenza dei due elementi, induttore ed
indotto, non è sufficiente per la produzione delle tensioni e,
conseguentemente, delle correnti indotte. Dato che si rende sempre
necessario che il circuito indotto tagli le linee di forza magnetiche
prodotte dal corpo inducente. Dunque occorre un movimento meccanico di
uno dei due elementi rispetto all'altro. E su questo principio si basa
il funzionamento dei motori elettrici di tutti i tipi, così come quello
degli alternatori che producono l'energia elettrica.