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Energia Alternativa ed Energia Fai Da Te > Motori termici, magnetici, elettrici, etc...

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Magnetismo - Materiali Magnetici, Ferromagnetici - Legge di Faraday, Lenz , Lorenz ...
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NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 15/5/2008,15:17

Cercheremo in questo 3d di inserire concetti fisici semplificati che regolano il magnetismo con relative applicazioni per aiutare tutti coloro che realizzano motori, bobine e quanto altro.


Iniziamo con il Magnetismo
E' la proprietà che hanno alcuni materiali di attrarre o respingere altri materiali.
Questi materiali sono diversi...ma in particolare esiste un materiale utilizzato anticamente per le bussole :la magnetite da cui deriva il nome.


Le forze in gioco (chiamate forze magnetiche) derivano dalle cariche elettriche ed in particolare dagli elettroni che girano attorno al nucleo.
Queste forze vengono descritte dalle equazioni di maxwell e dalla legge di Biot-Savart.

Il disegno rappresenta le linee di forza magnetiche generate dall'elettrone.
Bolle

Immagine Allegata: Magnetismo.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1210861046.jpg




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Chi sa raccontare bene le bugie ha la verità in pugno (by PinoTux).
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Inviato il: 15/5/2008,15:34

A differenza di tanti materiali, nei magneti permanenti , cioè nelle calamite , il campo magnetico viene avvertito perchè gli atomi sono posizionati in modo allineato tra loro e quindi la forza si somma.

Ogni materiale viene suddiviso in base alle proprie capacità magnetiche mediante tre categorie:
1. Diamagnetico (ur con valori più bassi di uno)
2. Paramagnetico (ur con valori più alti di uno)
3. Ferromagnetico (ur con valori molto più grandi di uno)

e la permeabilità (u micro lettera greca chiamata mu) rappresenta i materiali in base alla loro capacità di concentrare le linee di forza del flusso magnetico.
Per fare un esempio i materiali che possono essere magnetizzati facilmente hanno un elevata permeabilità cioè hanno una alta capacità di concentrare le linee di forza del flusso.
Per avere un metodo di separazione/paragone si è assunto il vuoto come un riferimento...per semplificare giustamente i valori...ma non voglio confondere in questo momento...ci torneremo nuovamente.
Bolle

Immagine Allegata: Permeabilit_materiali.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1210864100.jpg




Modificato da NonSoloBolleDiAcqua - 15/5/2008, 17:26


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Inviato il: 15/5/2008,16:02

Passiamo ora ad alcune definizioni cercando di comprendere il significato mendiante dei grafici.

Flusso Magnetico indicato con la lettera greca phi, indica il numero di linee di forza che escono dal polo di una struttura magnetica.
L'unità di misura è il Weber (Wb). Un Weber equivale 100 milioni di linee di campo magnetico (10 elevato alla 8).

La Densità di Flusso Magnetico è la quantità di flusso magnetico per unità di superficie: B=phi/A.
L'unità di misura è il Tesla (che non è altro che Weber/m2)


ATTENZIONE:Spesso si confondono le due definizioni!!!

Immagine Allegata: FlussoMagnetico.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1210863779.jpg




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Inviato il: 15/5/2008,16:57

Ora passiamo alla corrente elettrica e vediamo quale comportamento ha.
Quando una corrente elettrica percorre un conduttore questa genera un campo magnetico attorno al conduttore stesso. Il disegno ci mostra cosa accade e come si determina la direzione delle linee di forza mediante la regola della mano destra (direzione delle dita) facendo coincidere il pollice con la direzione della corrente. Inolte il pollice indica il Nord della struttura magnetica.

Immagine Allegata: ManoDestra.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1233433729.jpg




Modificato da NonSoloBolleDiAcqua - 31/1/2009, 21:28


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Inviato il: 15/5/2008,17:15

Ora avvolgiamo il conduttore e creiamo una induttanza formata da tante spire. Cosa accade alle linee di forza del campo? Le linee saranno più dense e punteranno tutte nella stessa direzione (seguono sempre la solita regola della mano destra).

Immagine Allegata: molte_spire.gif

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1210868229.gif




Modificato da NonSoloBolleDiAcqua - 31/1/2009, 21:26


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Inviato il: 20/5/2008,08:14

L'intensità del campo magnetico all'interno di un induttore si chiama Forza Magnetomotrice (mmf). Questa dipende dall'intensità di corrente che circola nell'avvolgimento e dal numero di spire che lo compongono:
Fm=N * I e ha una unità di misura di As (Amper-spire).

Allinterno dell'induttanza la sua Intensità del Campo Magnetico e questa dipende dalla lunghezza e dalla sua forza elettromotrice:
H=N * I / L = Fm / L.

La capacità della struttura magnetica di opporsi alla produzione del Flusso Magnetico si chiama Riluttanza ed è indicata con il simbolo R:
R=mmf / Phi ed ha una unità di misura As/Wb (Amper-Spire/Wb).

La Riluttanza è inversamente proporzioname alla permeabilità u.



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Inviato il: 20/5/2008,08:34

Vediamo il comportamento di varie forme di magneti/elettromagneti

Immagine Allegata: Flussi.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1211269111.jpg




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Inviato il: 20/5/2008,08:45

Come si fa a determinare il polo di un magnete o di un elettromagnete?
Se abbiamo una bussola è semplice...guardiamo la foto in basso.
Vediamo inoltre il flusso del magnete terra.

Immagine Allegata: MagneteTerraBussola.jpg

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1211269537.jpg




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Inviato il: 20/5/2008,09:17

Eccoci finalmente alla LEGGE DI FARADAY
Michele ha dimostrato che se abbiamo un campo magnetico variabile dove è immersa una induttanza ai suoi capi avremo una forza elettromotrice: e=N * dPhi/dt dove N è il numero di spire e phi è il flusso magnetico espresso in Weber.
Questa legge ci permette di trasformare l'energia meccanica in energia elettrica, come visibile dall'animazione dove sono presenti un galvanometro, un solenoide ed un magnete.
Quindi possiamo dire che:
- non viene prodotta corrente se non c'è un movimento relativo tra magnete e soleniode.
- la corrente aumenta tanto più quanto è maggiore la velocità relativa di taglio delle linee di flusso
- c'è una inversione della corrente se si inverte il senso di moto

La corrente indotta nel solenoide è dovuta ad una forza elettromotrice indotta (femi) causata dalla variazione del flusso.

Immagine Allegata: Faraday.gif

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1211273099.gif




Modificato da NonSoloBolleDiAcqua - 20/5/2008, 10:53


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Libero51

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Inviato il: 2/8/2008,08:17

CITAZIONE (NonSoloBolleDiAcqua @ 20/5/2008, 09:14)
L'intensità del campo magnetico all'interno di un induttore si chiama Forza Magnetomotrice (mmf). Questa dipende dall'intensità di corrente che circola nell'avvolgimento e dal numero di spire che lo compongono:
Fm=N * I e ha una unità di misura di As (Amper-spire).

Allinterno dell'induttanza la sua Intensità del Campo Magnetico e questa dipende dalla lunghezza e dalla sua forza elettromotrice:
H=N * I / L = Fm / L.

La capacità della struttura magnetica di opporsi alla produzione del Flusso Magnetico si chiama Riluttanza ed è indicata con il simbolo R:
R=mmf / Phi ed ha una unità di misura As/Wb (Amper-Spire/Wb).

La Riluttanza è inversamente proporzioname alla permeabilità u.

Ciao a tutti , la discussione sugli interrogativi degli alternatori per eolico ha messo in evidenza l'importanza di una , sufficiente conoscenza dei fenomeni elettromagnetici. Il mio condensato intervento su tale tema poteva più propriamente essere sviluppato in questa sezione che bolle ha da tempo iniziato e poco frequentata . Ebbene , devo ammetterlo, ho un pò barato al gioco, provocando qualche risentimento del tutto legittimo con l'unico scopo di portarvi quì. Spero che le mie scuse sincere vengano accettate . La teoria, da sola, risulta noiosa quasi a tutti, me compreso , l'unico modo che conosco per renderla interessante è quello di suscitarne in qualche modo la necessità . Ho osservato attentamente con quale abnegazione, con quanto lavoro e uso di risorse anche economiche gli appassionati di questo forum si impegnano per "fare". Sono rimasto di stucco quando ho visto gli stampi in vetroresina delle pale eoliche "fai da te" o la costruzione minuziosa dell'alternatore multipolare assiale.
Se qualcuno ha pensato che io "snobbi" tutto questo lavoro si sbaglia di grosso. Ho sulle mani i segni delle martellate, i tagli, le bruciature e le ossa rotte per aver percorso la via del "fare". Il profondo rispetto che ho per tutto ciò non mi impedisce di scendere nell'arena e continuare a "battermi". Penso che il confronto , anche aspro, ma onesto e sincero, possa solo migliorare la condizione complessiva. Naturalmente , nell'arena, scendo con due sacchi , uno pieno per "darne" , e uno vuoto per "prenderne". Quando, a sera , ritorno "a casa" , nel sacco del "prenderne" trovo sovente cose preziose.
Tornando al nostro "elettromagnetismo" notate come la parola stessa sia "concatenata"
Se dovessi ridurre in testo un onda "elettromagnetica" scrverei:
. . . elettromagnetichelettromagnetichelettromagnetichelettromagnetich . . .
In effetti una variazione di campo elettrico provoca una variazione di campo magnetico che prooca una variazione di campo elettrico che . . . che noia.
Incomincerò con il concetto di "campo vettoriale nello spazio". Non esiste, non preoccupatevi, è solo un modello, uno stratagemma per comprendere e rappresentare "più facilmente" una grandezza distribuita nello spazio (campo) che a seconda della sua posizione in tale spazio ha una grandezza (modulo) ed un orientamento o verso (versore) . L'accopiata tra la grandezza e la sua direzione (modulo e verso) si chiama vettore e viene rappresentato con una freccina tanto più lunga quanto più grande è il valore della grandezza considerata. Il vettore pùo essere rappresentato matematicamente con i numeri complessi ? o più semplicemente con carta e matita su un foglio di carta (che è quello che ci serve). Le figure che bolle vi ha proposto sono rappresentazioni di campi magnetici.
Una delle grandezze che possono essere facilmente rappresentate nello spazio con il concetto di campo è la forza (Newton= 98 grammi). La prossima volta incominceremo a ragionare su un campo di forze che ben conosciamo : il campo gravitazionale.

Un saluto a tutti. faccine/bye2.gif




 

Ferrobattuto

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Inviato il: 4/8/2008,22:23

Salve a tutti.
Libero, ma non si stava parlando di elettromagnetismo? faccine/huh.gif Che poi è quello che serve per altrnatori e congegni elettrici vari. faccine/happy.gif La gravità è sicuramente una cosa interessante, ma non capisco che c'entra. A meno che non si voglia fare dell'antigravità. faccine/laugh.gif Scherzo, naturalmente. La teoria, se imparata mettendola in pratica, è una cosa meravigliosa. Proseguite pure.
Saluti.
Ferro

 

Libero51

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Inviato il: 23/9/2008,08:25

La legge di Lenz

Mi sono reso conto che la marcia che avevo usato per migliorare la teoria elettromagnetica era toppo corta-
Per arrivare rapidamente ad un risultato pratico introduco velocemente la legge di Lenz , mattone indispensabile per chiunque volglia capire a fondo il funzionamento di una macchina elettrica.

Il movimento trasversale (90°) a velocità V di un conduttore rettilineo di lunghezza L che tagli ortogonalmente (90°) le linee di forza di un campo uniforme di induzione B produce alle estremità del conduttore una tensione (f.e.m.) E pari a:


E = B x L x V

Le direzioni ortogonali delle grandezze E, B,V sono rappresentabili con la regola della mano destra (che non è un gesto osceno)

Ne consegue che in una spira in movimento relativo rispetto ad un campo magnetico (generalmente disuniforme) occorre considerare il contributo che ogni "piccolo" tratto di spira dà alla formazione della tensione complessiva nella spira.

Un saluto a tutti


http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/t/1222154503.jpg

 

Libero51

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Inviato il: 6/10/2008,13:17

CITAZIONE (Libero51 @ 23/9/2008, 09:25)
. . . in una spira in movimento relativo rispetto ad un campo magnetico (generalmente disuniforme) occorre considerare il contributo che ogni "piccolo" tratto di spira dà alla formazione della tensione complessiva nella spira. . .

Ciao a tutti , in questo forum esistono molte discussioni che riguardano il comportamento delle spire sottoposte a variazioni di campo magnetico regolato della legge di Faraday. Ho introdotto nell'intervento precedente la legge di Lenz relativa ad un singolo tratto di conduttore rettilineo in movimento in un campo magnetico perchè ritengo più semplice partire da un pezzetto di conduttore rispetto ad un'intera spira ( è una mia scelta didattica). La cosa mi sembra abbia provocato il dubbio che Lenz e Faraday esprimano fenomeni diversi e nientemeno contrastanti.
In effetti il fenomeno elettromagnetico è unico ed entrambe le leggi lo esprimono in perfetta concordia come si può dimostrare :
. . . in uno spazio di campo magnetico uniforme di intensità B

e= B x l x V che in termini differenziali diventa E = B x l x ds/dt

che vuol dire che la f.e.m. istantanea e è uguale al prodotto dell'induzione B per la lunghezza l del conduttore che si sposta di uno spazio ds in un tempo infinitesimo dt

ma siccome l x ds è la superficie dS "coperta" dal conduttore nel suo spostamento si ha:

e= B x dS/dt e per definizione di flusso Fi = B x S si ha :

dFi = B x ds e quindi e= dFi/dt che espressa in questo modo consente una generalizzazione per campi magnetici disuniformi.

Il Delta_Fi totale è infatti la "somma" (integrale) dei singoli prodotti B x ds dove ds è "sufficientemente"piccolo da poter considerare la rispettiva B costante al suo interno.


Saluti a tutti.

 
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