Informazioni su questo esperimento
Spingi un magnete dentro una bobina di filo e si genera una corrente, anche se non c’è alcuna batteria. Ferma il magnete e la corrente si interrompe; estrailo e la corrente scorre nella direzione opposta. Nel 1831 Michael Faraday scoprì che un campo magnetico variabile attraverso una bobina induce una tensione. Muovi il magnete a mano, collegato a una molla o facendolo passare direttamente attraverso la bobina, e osserva come l’indicazione dello strumento, il flusso e la FEM indotta dipendano dalla velocità, dal numero di spire e dalla potenza del magnete.
Obiettivi di apprendimento
- Descrivi come un flusso magnetico variabile attraverso una bobina induce una FEM.
- Spiega come il valore della FEM indotta dipende dalla velocità, dal numero di spire e dalla potenza del magnete.
- Usa la legge di Lenz per prevedere la direzione della corrente indotta
- Metti in relazione la forza elettromotrice con la pendenza del grafico del flusso concatenato in funzione del tempo.
- Spiega come generatori e dinamo producono elettricità.
Come si usa
- 1Scegli «A mano». Spingi il magnete nella bobina, tienilo fermo e poi estrailo. Quando si muove l’ago?
- 2Muovi il magnete più velocemente. Cosa succede all’intensità della corrente?
- 3Scegli «Su una molla». Confronta i due grafici. Quando è massima la forza elettromotrice: quando il flusso è massimo o quando cambia più rapidamente?
- 4Raddoppia il numero di spire, poi raddoppia la forza del magnete. Come cambia ogni volta la forza elettromotrice massima?
- 5Scegli «Spingi attraverso» e osserva le lettere N e S alle estremità della bobina. La bobina respinge il magnete o lo attira indietro?
- 6Gira il magnete e ripeti. Cosa succede al verso della corrente?
Il modello
Ipotesi
- Il magnete viene considerato un dipolo magnetico situato sull’asse della bobina. Questa approssimazione è valida quando il magnete non è molto più grande della bobina; molto vicino al magnete, il campo reale è più debole.
- La bobina è lunga 4 cm e ha un raggio di 2 cm; le sue spire sono distribuite uniformemente lungo tutta la lunghezza.
- Si trascura il frenamento magnetico: la corrente nella bobina non rallenta il magnete. Si trascura anche l’autoinduttanza della bobina.
- Quando viene mosso a mano, il magnete segue l’indicatore senza scatti, quindi la sua velocità dipende da quanto rapidamente lo si muove.
Provalo in classe
- Q1Perché un magnete fermo all’interno di una bobina non produce corrente, per quanto potente sia?
- Q2Quando il magnete attraversa la bobina, la forza elettromotrice presenta due picchi di segno opposto. Spiega perché.
- Q3Usa la legge di Lenz per spiegare perché serve più forza per spingere un magnete dentro una bobina quando questa è collegata a una lampada.
- Q4La dinamo di una bicicletta fa illuminare di più la lampadina quando si pedala più velocemente. Perché?
- Q5Perché una bobina con il doppio delle spire, ma realizzata con un filo più sottile, non produce necessariamente il doppio della corrente?
Domande frequenti
Qual è la differenza tra flusso magnetico e concatenazione del flusso magnetico?
Il flusso è la quantità di campo magnetico che attraversa una spira della bobina. Il concatenamento del flusso è il flusso moltiplicato per il numero di spire, NΦ, perché ogni spira aggiunge la propria FEM in serie.
Perché la FEM è zero quando il magnete si trova al centro della bobina?
In quel momento il flusso è al massimo, ma non sta cambiando: spostandosi leggermente in una direzione o nell’altra, cambia appena. La FEM dipende dalla velocità con cui cambia il flusso, non dalla sua intensità.
Da dove proviene l’energia elettrica?
Dipende dal lavoro che compi per muovere il magnete. Secondo la legge di Lenz, la corrente indotta genera sempre una forza magnetica che si oppone al movimento, quindi devi spingere per mantenere il magnete in movimento. In questo modello, la forza è troppo piccola per rallentare il magnete in modo apprezzabile.