Legge di Faraday-Neumann

Il seguente video introduce la legge di Faraday-Neumann e mostra come applicarla in una serie di esercizi tipici.

Legge di Lenz

Nel video precedente si è parlato della legge di Lenz, cioè della presenza del segno negativo nella legge di Faraday-Neumann. Essa si enuncia dicendo: Il verso della corrente indotta è tale da generare un campo magnetico che si oppone alla variazione di flusso che l’ha generata.

Proviamo a comprendere meglio l’enunciato: immaginiamo di avere un magnete e di avvicinare il polo nord ad una spira. L’aumento graduale dell’intensità del campo magnetico $\vec{B}$ determina un aumento del flusso concatenato alla spira. A questo punto, per la legge di Faraday-Neumann, nella spira si genera una f.e.m. indotta che, a sua volta, genera una corrente $I$ indotta, che si muove in senso antiorario. La corrente indotta a questo punto genera un campo magnetico indotto $\vec{B_i}$.

Se $\vec{B_i}$ avesse lo stesso verso di $\vec{B}$, i due campi si sommerebbero con conseguente aumento dell’intensità della corrente indotta, la quale andrebbe ad aumentare il modulo di $\vec{B_i}$, e così di seguito producendo un ciclo infinito. In altre parole, il processo di auto-alimentazione della corrente corrisponde ad una produzione di energia dal nulla. Ciò è in contrasto con il principio di conservazione dell’energia. Senza considerare che l’aumento di corrente produrrebbe la fusione del conduttore per effetto Joule.

Dunque, il verso del campo magnetico indotto $\vec{B_i}$ risulterà essere sempre opposto a quello di $\vec{B}$, in accordo con la Legge di Lenz.

Magneti in moto in prossimità di conduttori

Abbiamo visto che una forza frenante agisce su una corrente in moto in un campi magnetico. Viceversa, se un magnete è in moto nei pressi di un conduttore produrrà su di esso delle correnti indotte (in inglese eddy current o correnti a vortice). Queste a loro volta interagiranno col magnete. Ecco alcuni video che mostrano la presenza di questa forza magnetica frenante e che viene ascritta alla legge di Lenz.

Questo video spiega in dettaglio il meccanismo del rallentamento del magnete nel tubo di rame ed offre un esperimento da compiere a casa.

Ecco che succede nei pressi di un grosso magnete

Altro esperimento con potenti magneti ed un blocco di rame (copper).

Calcolo della forza elettromotrice senza calcolare aree

La forza di Lorentz è in grado di produrre differenze di potenziale ai capi di un conduttore aperto in moto. Ecco la spiegazione a livello microscopico.

Il video seguente mostra come risolvere una serie di problemi senza ricorrere alla legge del flusso, ma usando la definizione di forza elettromotrice

$$ f_{em} = \int \vec v \wedge \vec B \cdot d \vec l$$

Il seguente video mostra altri due casi istruttivi tra cui quello della bacchetta in caduta libera con conseguente analisi degli scambi energetici.