Classe quinta, secondaria di secondo gradoPercorso edumaterial
Che cosa imparerai
- Applicare e verificare i concetti di una variazione di flusso induce una forza elettromotrice negli esempi e nelle attività della lezione.
- Definire flusso in un modello di campo uniforme.
- Calcolare il modulo di una forza elettromotrice media.
- Spiegare il ruolo del segno nella legge di Lenz.
Prima di iniziare
- Campo magnetico
- Area e intervallo di tempo
Per capire
Nel laboratorio illustrato un magnete si avvicina a una bobina collegata a uno strumento senza scala. Il disegno suggerisce un cambiamento, ma non fornisce una tensione misurabile. Nel modello di una sola spira piana, con campo uniforme e normale allineata al campo, il flusso è Φ=B·A. Se il flusso passa da 0,10 Wb a 0,30 Wb in 0,10 s, il modulo della forza elettromotrice media è |ΔΦ/Δt|=0,20/0,10=2 V. Muovere il magnete senza cambiare il flusso concatenato non darebbe quel risultato: conta la variazione del flusso, non la sola presenza del magnete.
Regola e condizioni
Per N spire equivalenti, la legge di Faraday in forma media è ε=−N·ΔΦ/Δt. Il modulo indica la forza elettromotrice media indotta; il segno meno esprime che la corrente indotta, se il circuito è chiuso, genera un effetto magnetico che si oppone alla variazione del flusso che la causa. Per stabilire il verso concreto occorre fissare l'orientazione della normale e del circuito. Φ si misura in weber; Wb/s equivale a volt. Se ΔΦ=0, la forza elettromotrice media nel modello è zero anche se esiste un campo costante.
Come procedere
- Fissa numero di spire, orientazione e unità.
- Calcola ΔΦ=Φfinale−Φiniziale.
- Dividi per Δt e moltiplica per N per ottenere il modulo.
- Interpreta il segno solo dopo avere dichiarato l'orientazione.
Esempio svolto
In una bobina di 10 spire, il flusso per spira passa da 0,02 Wb a 0,05 Wb in 0,30 s. Qual è il modulo della forza elettromotrice media?
- ΔΦ=0,03 Wb per spira.
- N·ΔΦ/Δt=10×0,03/0,30=1 Wb/s.
1 V. Dieci volte 0,03 Wb danno 0,30 Wb di variazione del flusso concatenato; in 0,30 s si ottiene 1 V.
Errore da evitare
Usare il campo B in tesla come se fosse già il flusso in weber, oppure dimenticare le N spire.
Limite del modello
- Lo strumento illustrato non ha una scala e non permette di verificare il valore calcolato.
- Il DM assegna il nucleo al quinto anno; l'ordine e l'ampiezza di queste schede sono scelte editoriali.
Prova subito
Da 0,1 a 0,4 Wb, quanto vale ΔΦ?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 0,3 Wb.
Sottrai il valore iniziale da quello finale.
Una spira cambia flusso di 0,2 Wb in 0,1 s: qual è il modulo della forza elettromotrice media?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 2 V.
0,2/0,1=2 Wb/s.
Con 5 spire, ΔΦ=0,02 Wb per spira in 0,1 s: qual è il modulo?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 1 V.
5×0,02/0,1=1.
Se il flusso resta costante, quale forza elettromotrice media prevede il modello?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: 0 V.
ΔΦ=0.
Che cosa esprime il segno meno nella legge di Faraday?
Vedi la soluzione spiegata
Risposta: L'opposizione alla variazione del flusso.
È la legge di Lenz, dopo aver fissato un'orientazione.
Allineamento curricolare e fonti
- FISICA / Quinto anno · QUINTO ANNO · Completare l'elettromagnetismo con induzione magnetica e applicazioni, privilegiando i concetti. · DM 211/2010 · Allegato F · Liceo scientifico ordinario · Quinto anno
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Esercitarsi su questo: Una variazione di flusso induce una forza elettromotrice