Testo
Un magnete cilindrico viene lasciato cadere dentro un tubo di rame verticale. Un osservatore nota che scende molto lentamente, molto più lentamente di quanto farebbe in un tubo di plastica identico. (a) Perché il magnete cade così lentamente nel tubo di rame? (b) Dove va a finire l’energia cinetica “mancante”? (c) Cosa cambierebbe se il tubo fosse fatto di materiale superconduttore?
Soluzione
(a) Perché rallenta. Mentre il magnete scende, il flusso magnetico attraverso ogni sezione (anello ideale) del tubo di rame cambia continuamente. Per la legge di Faraday-Neumann questo induce nel rame delle correnti indotte a vortice, dette correnti di Foucault. Per la legge di Lenz queste correnti circolano nel verso che si oppone alla variazione di flusso: creano un campo magnetico che respinge il magnete in avvicinamento e lo attrae in allontanamento. Il risultato è una forza magnetica sempre diretta verso l’alto, opposta al moto, che frena la caduta (una sorta di “attrito magnetico”). Il magnete raggiunge presto una velocità limite in cui il freno magnetico bilancia la gravità. Nel tubo di plastica, isolante, non possono circolare correnti indotte e il magnete cade liberamente.
(b) Dove va l’energia. L’energia cinetica che il magnete non acquista viene spesa per far circolare le correnti di Foucault nel rame, che ha resistenza non nulla. Queste correnti dissipano energia per effetto Joule (): il rame si scalda leggermente. In pratica l’energia potenziale gravitazionale si converte in calore anziché in energia cinetica.
(c) Tubo superconduttore. In un superconduttore la resistenza è nulla: le correnti indotte non si dissipano per effetto Joule ma persistono. Espellono completamente il campo del magnete (effetto Meissner) e generano una repulsione permanente: il magnete non “cade frenato”, ma resta sospeso in levitazione magnetica stabile sopra il tubo, senza dissipazione.
Collegamenti
Argomenti: Induzione elettromagnetica Concetti: Legge di Lenz · Correnti di Foucault · Effetto Joule