Elettromagnete e induzione

La corrente crea un campo magnetico

Nel 1820 il fisico danese Hans Christian Oersted stava facendo una dimostrazione a lezione. Vicino a un filo collegato a una pila c'era per caso un ago di bussola. Quando chiuse il circuito, l'ago si mosse. Quando lo aprì, l'ago tornò com'era.

Conclusione: un filo percorso da corrente elettrica si comporta come una calamita. Intorno al filo c'è un campo magnetico, che esiste solo finché passa corrente. Se inverti il verso della corrente, l'ago devia dalla parte opposta.

Perché è importante? Perché per la prima volta si vede che elettricità e magnetismo non sono fenomeni separati: nasce l'elettromagnetismo.

L'elettromagnete

Un filo dritto produce un campo debolissimo. Se però avvolgi il filo a spirale, formando una bobina (o solenoide), i campi di tutte le spire si sommano. Dentro la bobina puoi inserire un nucleo di ferro: il ferro si magnetizza e rinforza molto il campo.

La forza dell'elettromagnete si può aumentare in tre modi:

• aumentando l'intensità della corrente (pila più forte);

• aumentando il numero di spire;

• inserendo un nucleo di ferro (o più grande).

Rispetto a una calamita permanente ha un grande vantaggio: si accende e si spegne a comando, e la sua forza si può regolare. Per questo si usa nelle gru dei rottami, nei campanelli, nei relè e nelle serrature elettriche.

L'induzione elettromagnetica

Se la corrente produce magnetismo, vale anche il contrario? Nel 1831 l'inglese Michael Faraday dimostrò di sì.

Collega una bobina a un galvanometro (strumento che rivela correnti molto piccole). Non c'è nessuna pila. Ora avvicina una calamita alla bobina: l'ago del galvanometro si sposta, quindi nella bobina passa corrente.

Osserva che cosa succede:

Il punto chiave è la variazione: non basta che il magnete ci sia, deve muoversi (oppure deve muoversi la bobina, o cambiare l'intensità del campo). Lo stesso effetto si ottiene facendo ruotare una calamita vicino alla bobina.

Dinamo, alternatore e motore

L'induzione è la base della produzione di quasi tutta l'energia elettrica. Basta un modo per far muovere continuamente una calamita rispetto a una bobina: ruotarla.

La dinamo della bicicletta. Una piccola ruota dentata, appoggiata alla ruota della bici, fa girare una calamita dentro una bobina. Il moto della calamita induce corrente nella bobina, che accende il fanalino. L'energia che entra è energia cinetica (di movimento) data dalle tue gambe; quella che esce è energia elettrica, e in parte si trasforma in luce. Una parte si perde sempre come calore: per questo pedalare con la dinamo accesa costa più fatica.

Centrali elettriche. Nell'alternatore (e nella dinamo, ideata in Italia da Antonio Pacinotti) un magnete ruota dentro bobine di filo. Basta far girare l'albero:

In una centrale idroelettrica sul Po: l'energia potenziale e cinetica dell'acqua fa girare la turbina; la turbina fa ruotare il magnete dell'alternatore; l'induzione genera la corrente nelle bobine; la corrente va alla rete di distribuzione. Come sempre, una parte dell'energia si dissipa come calore.

Il motore elettrico: il processo inverso. Un motore riceve energia elettrica: la corrente in una bobina crea un campo magnetico che interagisce con una calamita e fa ruotare l'albero. Quindi:

In sintesi