Tre esperimenti che mostrano Lenz al lavoro

Tre esperimenti classici rendono visibile la legge di Lenz e, insieme, introducono le correnti indotte in masse conduttrici.

(a) Magnete che cade in un tubo di rame

Un magnete cilindrico lasciato cadere in un tubo di rame non ferromagnetico (rame puro!) impiega molti secondi a uscire, contro la frazione di secondo prevista dalla caduta libera. Mentre scende, il flusso attraverso ogni sezione del tubo cambia: nel tratto sotto il magnete $\Phi_B$ sta crescendo, sopra sta diminuendo. Nel rame si chiudono anelli di corrente indotta che producono campi magnetici sempre diretti in modo da opporsi al moto del magnete.

Il magnete che scende induce anelli di corrente nel rame (sotto e sopra di sé), che generano una forza $\vv{F}_\text{Lenz}$ diretta verso l’alto, opposta alla velocità.

Il magnete raggiunge in pochi centimetri una velocità limite per cui il peso $mg$ è bilanciato dalla forza di frenamento di Lenz, esattamente come una pallina in un fluido viscoso. La forza dipende linearmente dalla velocità (per piccole velocità), quindi $mg = b\,v_\text{lim}$ e la velocità limite è

$v_\text{lim} = \frac{mg}{b}$

dove $b$ raccoglie tutta la geometria (conducibilità, raggi, magnetizzazione).

(b) Pendolo di Waltenhofen

Un pendolo formato da un disco di rame oscilla fra le espansioni polari di un grande elettromagnete. Senza corrente nell’elettromagnete il pendolo oscilla a lungo. Appena accendiamo $B$, il pendolo si ferma in una-due oscillazioni: il rame, attraversando il campo, vede $\Phi_B$ variare e in esso scorrono correnti parassite che si oppongono al moto.

Se ora prendiamo un disco identico ma tagliato con fessure radiali, le correnti non possono più chiudersi in cerchio: il frenamento sparisce quasi del tutto e il pendolo oscilla quasi indisturbato. È la prova diretta che a frenare non è il rame in quanto materiale, ma la possibilità di chiudere un anello di corrente dentro di esso.

(c) Il sasso che si comporta da gatto

Lasciamo cadere un piccolo magnete al neodimio su una piastra di alluminio spessa, da circa $30$ cm di altezza. Atterra in fretta ma senza rimbalzare e quasi senza rumore. Ripetiamolo su un blocco di legno identico: rimbalzo netto. Nei primi istanti d’urto il magnete deve spostare il flusso dentro l’alluminio, e Lenz si oppone: una sorta di “ammortizzatore magnetico” senza parti in movimento.

Collegamenti

Argomenti: Induzione elettromagnetica Concetti: Legge di Lenz · Correnti di Foucault

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