Legge di Faraday: fem da campo variabile
1 · Prevedi
Una spira sta in un campo magnetico che oscilla nel tempo (area fissa). Compare una fem anche se la spira è ferma?
- No: la fem richiede moto fisico della spira o della sorgente.
- Sì: un flusso variabile induce fem anche in una spira ferma, purché cambi il campo.
- Solo se la spira si muove nel campo.
2 · Configurazione
- Apri il preset changing-flux-b e premi Reset. L'area dell'anello è fissata a 0.02 m²; il campo oscilla come B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4 Hz × t)).
- Attiva la lettura della fem indotta.
- Leggi la fem a ogni tempo indicato.
3 · Raccogli dati
| Tempo t (s) | Fem indotta (mV) |
|---|---|
| 0.30 | |
| 0.70 | |
| 1.10 |
Traccia la fem (asse y) contro t (asse x) per le tre letture e abbozza un periodo completo (2.5 s).
4 · Analizza
- Per una prova, calcola EMF = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) usando A = 0.02 m²; B₀ = 0.6 T; ω = 2π×0.4 rad/s. Confronta con la tabella.
- Spiega perché la fem è proporzionale alla rapidità del campo (dB/dt), non al suo valore istantaneo: può essere grande anche con B vicino alla media, se lì cambia in fretta.
5 · Estendi
- È il principio dell'alternatore: invece di variare B, si ruota una spira in campo fisso, variando il flusso con lo stesso effetto. Spiega perché i generatori ruotano la bobina invece di oscillare il magnete.
- Il segno negativo in EMF = −dΦ/dt (legge di Lenz) significa che la corrente indotta si oppone alla variazione che l'ha causata. Spiega cosa significa fisicamente 'opporsi alla variazione' per un anello in un campo crescente rispetto a uno decrescente.
La fisica dietro questo esperimento
Legge di Faraday (campo variabile)
Il flusso magnetico attraverso un anello è Φ = BA. Quando B cambia nel tempo (a A fissa), la legge di Faraday dà una fem indotta EMF = −dΦ/dt = −A·dB/dt — proporzionale all'area dell'anello e alla rapidità di variazione del campo.