Legge di Faraday

La legge di Faraday-Lenz è la base di applicazioni che hanno massiccio dell'energia elettrica. Stabilendo il corretto legame tra fenomeni elettrici e magnetici, ha consentito di comprende re come trasformare l'energia meccanica in elettrica. Il campo magnetico è diventato, come dire, la cinghia di trasmissione che fa fluire l'energia da un sistema meccanico ad un circuito elettrico. Michael Faraday era fermamente convinto che dovesse esistere una simmetria tra fenomeni elettrici e magnetici. Se una corrente elettrica produceva un fenomeno meccanico, quale l'orientamento dell'ago di una bussola, da Oersted già osservato e definito con i suoi esperimenti intorno al 1820, doveva valere anche l'inverso, e cioè che un magnete dovesse produrre una corrente elettrica. Nel 1831 la sua ostinazione fu premiata, anche se, si deve dire, un po' con l'aiuto della fortuna, in quanto si accorse casualmente che non era un campo magnetico statico a produrre una corrente, come aveva tentato per anni, ma un campo magnetico variabile. Ma, come si sa, "audentes Fortuna iuvat" ed a Faraday non mancava certo il coraggio intellettuale. La variazione poteva essere prodotta sia meccanicamente (muovendo un magnete: generatore elettromeccanico) che elettricamente (variando una corrente: effetto trasformatorico).
Ma come si fa a tradurre il fenomeno identificato qualitativamente, in una legge quantitativa? Noi siamo programmati per legare un 'effetto' ad una 'causa' e la scoperta del legame, pur non facendoci comprendere l'essenza dell'universo, che probabilmente non si lascerà mai intrappolare dalle nostre idee, ci dà comunque uno strumento con cui costringere le forze della natura a fornirci quanto desideriamo. Tralasciamo la discussione se ciò che desideriamo porta sempre ad un miglioramento del nostro esistere, che ci porterebbe oltre le indagini di questa rubrica. Soffermiamoci sul fatto che, modificando nel tempo la configurazione di un campo magnetico, comunque prodotto, in un circuito elettrico immerso nello spazio interessato dalla variazione, si produce una tensione elettrica. E' l'effetto che ci interessa e ci è possibile misurarne l'entità, usando un voltmetro. Ma con che cosa dobbiamo metterlo in relazione? Con la variazione del campo magnetico, evidentemente. E come 'inventare' una gran dezza utile allo scopo che possa essere misurata? La variazione di un campo magnetico vista, come dire, da un circuito elettrico fermo, è prodotta, ad esempio, con lo spostamento di un magnete, quindi dalla variazione della sua posizione relativa rispetto al circuito. Ecco allora come procedere: effettuiamo più variazioni identiche, ma in tempi diversi e tracciamo l'andamento della tensione indotta, si dice così, nel circuito, misurandola con un voltmetro registratore. Ebbene, si scopre che il valore medio della tensione indotta per l'intervallo di tempo impiegato per la variazione, è costante. Ciò che è costante, nell'esperienza, è la variazione del campo magnetico: quindi non ci resta che affermare che la costante ottenuta è la variazione del campo. Dal momento che il campo magnetico lo raffiguriamo con linee, si pensi alla limatura di ferro intorno ad un magnete, e che un fascio di linee che attraversa una linea chiusa, qual è un circuito elettrico, lo possiamo chiamare flusso , a quella costante daremo il nome di variazione di flusso magnetico.
Ecco allora la legge di Faraday:

Il flusso magnetico altro non è allora che un impulso di tensione, cioè volt moltiplicato secondo e si chiama weber. Ora possiamo interpretare la legge anche in un altro modo:

la tensione media indotta in un circuito dalla variazione di un campo magnetico è la velocità media con cui il flusso concatenato varia

Indicando con DF e D t le variazioni di flusso e di tempo e con E la tensione media indotta la legge assume un aspetto matematico semplice. In valore assoluto, cioè in volt:

E= DF / D t

L'indagine però non si ferma: la polarità della tensione rappresenta un'ulteriore sfida intellettuale che Lenz
ha portato a termine anche dal punto di vista formale.
Le convenzioni assunte per il segno il flusso e della forza elettromotrice
impongono un segno meno nella formula il cui significato è evidenziare che la fem indotta si oppone alla causa che l'ha generata, cioè la variazione del flusso. La legge di Lenz può dunque essere definita come il principio di azione e reazione elettromagnetico.