L’induzione elettromagnetica è il fenomeno per cui una variazione di flusso magnetico concatenato con un circuito genera una forza elettromotrice indotta. È il principio fisico che permette di trasformare energia meccanica in energia elettrica nei generatori e di trasferire energia tra avvolgimenti nei trasformatori.
Per una singola spira, la legge di Faraday-Lenz si scrive:
con:
Se il circuito ha N spire uguali concatenate dallo stesso flusso:
In forma generale, usando il flusso concatenato \Lambda:
Come può variare il flusso
Il flusso magnetico attraverso una superficie piana in campo uniforme è:
Perciò l’induzione può nascere da più cause: campo magnetico variabile, area del circuito variabile, rotazione della spira o moto relativo tra circuito e campo.
| Causa della variazione | Effetto su \displaystyle \Phi_B | Esempio |
|---|---|---|
| campo \displaystyle B variabile | cambia l’intensità del campo concatenato | trasformatore |
| area \displaystyle A variabile | cambia la superficie attraversata dal campo | sbarra conduttrice in moto |
| angolo \displaystyle \theta variabile | cambia la componente normale di \displaystyle \mathbf B | alternatore |
| numero di spire \displaystyle N maggiore | aumenta la f.e.m. totale | avvolgimento su nucleo |
Verso della corrente indotta
Il segno meno non è una convenzione decorativa: è la legge di Lenz. La corrente indotta assume il verso che si oppone alla variazione di flusso che la genera. Se il flusso entrante aumenta, il circuito reagisce creando un campo uscente; se il flusso entrante diminuisce, reagisce cercando di mantenerlo.
Questa opposizione esprime la conservazione dell’energia. Senza il verso di Lenz, una variazione di flusso potrebbe autoamplificarsi producendo energia elettrica senza lavoro meccanico o senza energia fornita da una sorgente.
Applicazioni
L’induzione è alla base di generatori, alternatori, trasformatori, induttori, freni elettromagnetici, pickup, sensori induttivi e sistemi di ricarica wireless. In tutti questi casi il punto comune è lo stesso: una variazione temporale del flusso magnetico diventa una tensione indotta.
Vedi anche: Legge di Faraday, Flusso magnetico, Flusso concatenato, Legge di Lenz, Forza elettromotrice, Weber, Induzione Faraday-Lenz: esercizi svolti.