Un magnete permanente, una calamita, produce un campo magnetico ovvero nello spazio circostante si possono manifestare effetti magnetici senza che ci sia alcun tipo di contatto. Un tipico esempio si ha osservando l'ago di una bussola che si orienta in una direzione che dipende dal campo magnetico prodotto dal magnete.
In un articolo precedente sono stati condotti esperimenti (o giochi, se vogliamo) per scoprire la relazione fra magneti e ago della bussola.
Per rappresentare il campo magnetico si usa disegnare delle linee che escono dalla parte del polo nord ed entrano dalla parte del polo sud. L'ago di una bussola si disporrebbe lungo la tangente di queste linee (vedi figura a lato).
Un campo magnetico rotante può essere generato da un magnete che ruota. Gli alternatori delle centrali elettriche funzionano proprio così: il rotore è un magnete rotante (nota 1).
Alternatori
Degli avvolgimenti sistemati sullo statore vengono interessati da un campo magnetico variabile dato dal movimento del magnete rotorico; gli avvolgimenti producono forze elettromotrici alternate sinusoidali. Gli avvolgimenti dell'alternatore vengono collegati in modo da formare tre circuiti separati e indipendenti per formare un sistema trifase che mette in tensione la rete elettrica per trasmettere energia a distanza.
Motori sincroni
I motori sincroni sono fatti come gli alternatori le funzioni sono invertite: nei motori sincroni un sistema trifase di correnti interessa tre diversi apparati di avvolgimenti disposti lungo lo statore; questa combinazione genera un campo magnetico rotante anche se non c'è nulla in movimento.
In piccolo, pr capire, si può ricostruire il funzionamento del motore sincrono con l'uso di una calamita e di una bussola.
Se si posa un magnete su di una ruota che gira viene prodotto un campo magnetico rotante; l'ago della bussola si mette in moto per inseguire il magnete sottostante come viene illustrato in questo
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Giocando a invertire dei magneti si giunge alla costruzione del campo magnetico rotante tramite come viene descritto in questo
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In questo
, usando Scratch
è stata realizzata una simulazione per ricostruire vettorialmente il campo magnetico rotante a partire dalle correnti trifase fatte circolare entro avvolgimenti disposti con asse sfasato di 120 gradi.
Nel loro insieme i tre avvolgimenti generano un campo magnetico rotante dato dalla risultante dei singoli campi magnetici pulsanti di direzione fissa.
La risultante ha modulo costante ed ha un'intensità che è pari a 1,5 volte l'intensità massima del campo generato dal singolo avvolgimento.
note
nota 1: Sarebbe meglio parlare di espansioni polari per rappresentare che su un singolo rotore possono essere disposti più magneti con i poli che si alternano in sequenza. Questo permette di ottenere frequenze di corrente alternata maggiori a pari velocità di rotazione del rotore.