INDUZIONE ELETTROMAGNETICA

Legge di Faraday-Neumann-Lenz   

Nel 1820 il fisico danese Hans Christian Oersted fece una delle scoperte più importanti della storia della fisica: osservò che esisteva un legame tra magnetismo ed elettricità, ponendo le basi di quel ramo della fisica noto come elettromagnetismo.
   Avendo inviato una corrente elettrica lungo un filo di rame collegato ai due poli di una pila, Oersted osservò che l'ago di una bussola posta nelle vicinanze dell'apparecchiatura, inizialmente diretto parallelamente al filo in direzione Nord-Sud, subiva una deviazione di 90° e si disponeva perpendicolarmente al filo. 
Invertendo il verso della corrente, l'ago ruotava di 180°, invertendo la posizione dei suoi poli ma restando perpendicolare al filo percorso da corrente. 

La corretta interpretazione di Oersted fu che un filo elettrico percorso da corrente genera accanto a sé un campo magnetico.


   Dopo tale scoperta, molti scienziati dell'epoca si chiesero se potesse valere anche l'inverso, ovvero se un campo magnetico fosse in grado di generare una corrente elettrica.
   La risposta venne nel 1831dal fisico inglese Michael Faraday, il quale ebbe il merito di intuire che, come si era osservato nella produzione di un campo magnetico da parte di una carica, anche in questo caso la chiave di volta fosse il movimento.
   Una carica in quiete non genera un campo magnetico, mentre una carica in movimento, ovvero una corrente elettrica, è in grado di spostare l'ago di una bussola.
   Analogamente, un campo magnetico stazionario non provoca alcun moto di cariche in un circuito, ma un campo magnetico in movimento determina una corrente in un conduttore. 
   Alla corrente provocata in questo modo Faraday  dette il nome di corrente indotta e al fenomeno connesso quello di induzione elettromagnetica.
Muovendo un magnete nelle vicinanze di un conduttore verrà indotta una corrente elettrica all'interno del conduttore; quando il movimento del magnete cessa, si arresta anche il flusso di corrente all'interno del conduttore. 
   Lo stesso avviene se il conduttore è in movimento all'interno di un campo magnetico in quiete, infatti ciò che genera il fenomeno dell'induzione elettromagnetica è il movimento relativo tra un conduttore ed un campo magnetico.

   In conclusione si può dire che si ha produzione di corrente indotta, e quindi di forza elettromotrice indotta  tutte le volte che un circuito elettrico viene attraversato da un campo magnetico che varia nel tempo.

   Nel 1834 il fisico russo Heinrich Friederich Emil Lenz fece la seguente scoperta: la corrente indotta in una spira ha un verso tale da opporsi alla variazione di flusso che la ha prodotta.
   Alla base di tale legge c'è una semplice regola del buon senso: l'effetto (corrente indotta) non deve contribuire ad aumentare la causa (campo magnetico). Questo campo magnetico deve essere contrario a quello del magnete, perché altrimenti si andrebbe contro il principio della conservazione dell'energia ottenendo energia gratis.

La forza elettromotrice indotta genera una corrente il cui verso è tale da generare un campo magnetico che si oppone al campo che ha generato la corrente.

   Nel 1845 il fisico tedesco Franz Ernst Neumann espresse in forma matematica la legge dell'induzione elettromagnetica, affermando che: il valore della forza elettromotrice indotta (f.e.m.) è uguale al rapporto tra la variazione del flusso elettromagnetico e il tempo necessario per avere tale variazione.


Gli impieghi del'induzione elettromagnetica sono numerosi ed importanti.
I primi riguardarono la generazione di tensioni di valore elevato, ottenute interrompendo bruscamente il passaggio della corrente in un circuito con elevato valore di induttanza. Questa tecnica venne impiegata negli esperimenti che condussero alla scoperta dell'elettrone e dei raggi x, nei primi esperimenti di Hertz sulle onde elettromagnetiche e in quelli successivi di Marconi; ma trova molti impieghi anche oggi: 
- sistema d'accensione dei motori a scoppio delle automobili; 
- trasformatori e generatori elettrici;
- registrazione e riproduzione magnetica dei suoni e delle immagini;
- archiviazione dati e memorie di massa;
- cucine e piani di cottura;

Negli anni successivi il fisico scozzese James Clerk Maxwell formulò la sua teoria del campo elettromagnetico, secondo cui anche nel vuoto campi elettrici  
variabili producono campi magnetici e, viceversa, campi magnetici variabili producono campi elettrici. 
Unificando di fatto le teorie sul campo elettrico e sul campo magnetico che egli stesso battezzò  "elettrodinamica".
Nel 1873 sintetizzò le sue teorie con le "4 equazioni di Maxwell" che descrivono il comportamento del campo elettromagnetico e permettono di prevedere l'esistenze di onde che vi si propagano ed al tempo stesso lo trasportano, dette onde elettromagnetiche, di cui fanno parte anche le onde luminose.
Tali equazioni furono le basi sulle quali Einstein lavorò per formulare la teoria della relatività.
In pratica si tratta di riformulazioni di teoremi già esistenti all'epoca:
- Legge di Gauss sul campo elettrico attraverso una superficie   chiusa ;
- Teorema di non esistenza del monopolo magnetico;
- Legge di Faraday-Neumann-Lenz sull'induzione elettromagnetica, espressa attraverso la circuitazione del campo elettrico indotto lungo una linea chiusa;
- Legge di Ampere sull'interdipendenza tra corrente elettrica e magnetismo.

Nel 1887 il fisico tedesco Heinrich Hertz si servì di un circuito per generare corrente alternata e trovò che si poteva trasferire energia da questo circuito ad un altro simile, distante alcuni metri. 
Dimostrò che il trasferimento di energia evidenziava fenomeni tipici delle onde, come: - la riflessione; la rifrazione; l'interferenza; la diffrazione; la polarizzazione.
Dimostrò, inoltre, che la velocità di propagazione delle onde prodotte era approssimativamente uguale alla velocità della luce, come aveva previsto Maxwell.

Pochi anni dopo l'apparato sperimentale di Hertz fu perfezionato da Guglielmo Marconi, il quale intuì che le onde elettromagnetiche si sarebbero potute utilizzare per le comunicazioni, eliminando i fili di cui aveva bisogno il telegrafo. Marconi brevettò il suo apparecchio ( la Radio ) nel 1896.