Applicazioni dell'induzione elettromagnetica    

Il fenomeno dell’induzione elettromagnetica presenta numerose applicazioni nel settore energetico, consentendo di generare elettricità in maniera economica e rapida. Si tratta in particolare del legame che esiste tra magnetismo ed elettricità, un rapporto che permette di sfruttare questo meccanismo in tantissimi sistemi che utilizzano l’energia elettrica.

Dai circuiti più semplici a quelli più complessi, oggi numerosi dispositivi elettrici e componenti usati per produrre e utilizzare elettricità si basano su questo fenomeno fisico, studiato ancora oggi in scuole, università e laboratori di ricerca. Scopriamo come funziona esattamente e quali sono le principali applicazioni dell’induzione elettromagnetica.

Che cos’è l’induzione elettromagnetica

L’induzione elettromagnetica è un fenomeno scoperto da Michael Faraday nel 1831, venne infatti successivamente descritto da James Clerk Maxwell come legge di Faraday o legge sull’induzione elettromagnetica. La relazione tra elettricità e magnetismo venne stabilita matematicamente dalle equazioni di Maxwell, in una delle quattro equazioni che costituiscono la teoria dell’elettromagnetismo, conosciuta come equazione di Maxwell-Faraday.

Si tratta nello specifico di correnti elettriche indotte da un campo magnetico variabile, anche note come correnti a induzione. Il fenomeno funziona anche al contrario, infatti correnti elettriche in movimento generano un campo magnetico. I due meccanismi si verificano appena in presenza di un movimento, mentre in stato di quiete non avviene nessuna interazione.

Per capire meglio questo fenomeno fisico basta eseguire un piccolo esperimento, replicando quanto fatto da Faraday negli studi sull’induzione elettromagnetica. Bisogna soltanto prendere una bobina a spirale composta da un materiale conduttore come il rame, collegare le due estremità a una lampadina e, se desiderato, collegare in seguito anche un amperometro per misurare l’intensità della corrente elettrica.

Successivamente è necessario avvicinare e allontanare un magnete dalla bobina. Questo movimento causerà una variazione del campo magnetico nella bobina, il quale a sua volta produrrà una corrente elettrica indotta, in grado di accendere la lampadina. Al contrario, se il magnete viene lasciato vicino o lontano dalla bobina ma è mantenuto fermo, in questo caso non ci sarà nessuna corrente indotta e la lampadina rimarrà spenta.

Induzione elettromagnetica: applicazioni nella produzione di energia elettrica

L’induzione elettromagnetica trova applicazione diretta in diversi sistemi e dispositivi, principalmente nei generatori elettrici. Questi apparati servono per trasformare una forma di energia in elettricità, ad esempio convertendo l’energia meccanica dell’acqua in energia elettrica all’interno delle centrali idroelettriche.

Quando la corrente elettrica generata è alternata, come quella che utilizziamo in casa, questo dispositivo viene chiamato alternatore, poiché produce una corrente alternata a frequenza costante e pulsazioni negative e positive. Se invece viene generata una corrente continua, quindi stabile nel tempo e priva di variazioni, si parla di una dinamo, come quella che accende la luce della bicicletta.

I generatori o alternatori sono utilizzati nelle centrali per la produzione di elettricità, per ottenere ad esempio energia idroelettrica, termoelettrica e nucleare. In questi casi le turbine sono azionate dall’acqua, dai combustibili fossili o dal vapore generato dalla fissione nucleare, dopodiché attraverso i generatori è possibile produrre energia elettrica.

Questi dispositivi sono presenti anche nel settore delle energie rinnovabili, dalle turbine per la produzione di energia eolica fino agli impianti fotovoltaici ad energia solare. Lo stesso vale per le centrali geotermiche, oppure per i sistemi che sfruttano l’energia marina per produrre elettricità attraverso turbine azionate dalle onde, dalle maree o dalle correnti oceaniche.

Applicazioni pratiche dell’induzione elettromagnetica

I principi dell’induzione elettromagnetica sono utilizzati in diversi campi applicativi, non solo negli impianti per la produzione di energia elettrica. Questo fenomeno è alla base del funzionamento dei trasformatori elettrici, dispositivi essenziali per la distribuzione di elettricità in quanto consentono di aumentare o diminuire la tensione della corrente elettrica.

In questo modo è possibile trasportare l’elettricità su grandi distanze in modo efficiente, passando dai cavi in alta tensione a quelli in media e bassa tensione collegati con le utenze finali, ad esempio abitazioni, imprese e industrie. I trasformatori sono usati anche in altri ambiti, ad esempio per alimentare insegne luminose o apparecchi che operano con una tensione più elevata rispetto a quella standard di 220V della rete.

L’induzione elettromagnetica trova applicazione anche nei motori elettrici, ad esempio nei moderni motori brushless senza spazzole. In questi sistemi sono presenti due elementi, uno statore e un rotore, i quali variando l’orientamento del campo magnetico producono una corrente elettrica per l’attivazione di vari dispositivi, dagli utensili a batteria per il giardinaggio ai robot industriali.

Nonostante oggi diamo per scontato il funzionamento degli apparecchi elettrici ed elettronici, molti di essi funzionano soltanto grazie a fenomeni fisici come l’induzione elettromagnetica. Essi consentono ad esempio di avere a disposizione energia elettrica pulita per le nostre case, rendendo possibile trovare offerte luce green all’interno del mercato libero oppure alimentare l’abitazione con un impianto fotovoltaico.