Applicazioni dell’induzione elettromagnetica

Prima della scoperta dell’induzione elettromagnetica, l’unica fonte di energia erano la pila di Volta o quella di Daniell, che producevano energia in piccole quantità e ad alto costo. Grazie all’induzione elettromagnetica, una gran quantità di forza meccanica può essere trasformata in energia elettrica in modo rapido ed economico, inducendo una corrente in un circuito. Diversi fenomeni si basano sull’induzione elettromagnetica, come il funzionamento dei generatori e dei motori elettrici.

L’elettricità è la forma di energia più utilizzata e versatile, perciò deve essere prodotta e distribuita per il suo utilizzo negli impianti elettrici in modo economico.

Gli alternatori sono apparecchiature che trasformano grandi quantità di forza meccanica in elettricità e i trasformatori ne consentono un’efficace distribuzione. Entrambi gli apparecchi si basano su un’applicazione diretta dell’induzione elettromagnetica, così come le dinamo, i microfoni e, perfino, le chitarre elettriche.

Applicazioni dell’induzione elettromagnetica

Un generatore elettrico è un dispositivo, parte integrante di un impianto elettrico, in grado di trasformare una determinata forma di energia in elettricità. Se il generatore produce corrente elettrica continua, si definisce dinamo, mentre se produce corrente alternata, viene chiamato alternatore.

Nelle centrali elettriche si produce energia elettrica su grande scala, utilizzando una forza motrice per muovere una turbina collegata ad un generatore elettrico (alternatore). La forza che muove le turbine può provenire da acqua, vapore, vento, ecc. In funzione della fonte di energia primaria che viene trasformata in elettricità, esistono diversi tipi di centrali:

• idroelettriche: le turbine vengono mosse dall’acqua che cade da un dislivello. L’energia primaria è di tipo meccanico (energia potenziale dell’acqua);
• termiche: le turbine vengono mosse dal vapore. Il calore necessario per ottenere il vapore deriva dalla combustione di materiali fossili come carbone, petrolio o gas naturale;
• nucleari: le turbine vengono mosse dal vapore ottenuto mediante la fissione nucleare in un reattore (energia nucleare).

Esistono anche centrali che utilizzano altre fonti di energia: eolica (vento), fotovoltaica (energia solare), mareomotrice (onde del mare), geotermica (calore interno della terra), ecc.

Generatori elettromeccanici

Alternatore

Il funzionamento dell’alternatore può essere schematizzato da una spira piatta che ruota con una velocità angolare costante in un campo magnetico uniforme generato da magneti permanenti. Le estremità della spira sono collegate a due anelli che ruotano insieme ad essa ed ai quali si accoppia un circuito esterno mediante due spazzole.

Mentre la spira ruota, il numero di linee di campo magnetico che la attraversano cambia, a causa della variazione della superficie della spira esposta ai poli del magnete. Si crea, quindi, una forza elettromotrice nella spira, che fa circolare la corrente elettrica nel circuito esterno.

La forza elettromotrice indotta (fem) varia nel tempo in modo sinusoidale, ossia è periodica e cambia alternativamente di polarità.

Negli alternatori comuni s’impiega una bobina di N spire per aumentare di un fattore N il flusso magnetico e la forza elettromotrice indotta.

Dinamo

Nel caso della dinamo, una spira piatta ruota tra i poli di un magnete, in modo che la variazione del flusso magnetico che attraversa la spira generi una corrente indotta.

Le estremità della spira sono collegate a due semianelli appoggiati sulle due spazzole. A ogni mezzo giro della spira, i semianelli cambiano spazzola, cosicché la corrente del circuito esterno circoli sempre nello stesso senso.

Motore elettrico

Si definisce utilizzatore elettrico qualunque dispositivo che trasforma l’elettricità in un’altra forma di energia. Se la trasforma in forza meccanica, viene chiamato motore elettrico.

Lo schema di funzionamento di un motore elettrico può essere rappresentato da una spira piatta, attraverso cui circola una corrente elettrica, che può ruotare tra i poli di un magnete. Il campo magnetico del magnete esercita sulla spira una coppia di forze che ne provocano la rotazione. In questo modo si ottiene l