PROBLEMI DI ELETTROMAGNETISMO

  1. Il tuo amico Luigi pensa di aver avuto un’idea geniale: ha progettato un generatore di tensione alternata che, una volta avviato, non necessita di ulteriore apporto di energia per il suo funzionamento se non quel poco che serve a vincere gli esegui attriti del dispositivo. Ti mostra la rappresentazione schematica sotto raffigurata descrivendola così (vedi figura).

    Una barretta metallica, di massa m, può scorrere lungo i due binari paralleli di una guida ad U anch'essa metallica. La barretta, di lunghezza L, è collegata al lato della guida parallelo ad essa mediante una molla fissata con materiale isolante. Il tutto è immerso in un campo magnetico uniforme e costante B , ortogonale al piano della guida.

    La barretta viene spostata di un tratto a e poi bloccata in modo da mantenere la molla allungata. Una volta tolto il blocco la barretta inizierà ad oscillare generando tra i poli A e B una differenza di potenziale alternata che potrebbe essere utilizzata, ad esempio collegando ai poli una resistenza R, fin quando la barretta si muove.

    Volendo presentare la sua idea in un concorso scolastico, Luigi chiede a te di:

  1. preparare una descrizione qualitativa e quantitativa del fenomeno fisico che determina la differenza di potenziale tra i poli A e B, e calcolando il valore della costante elastica della molla che consente di produrre una tensione di frequenza pari a quella della rete domestica di 50,0 Hz, nell’ipotesi che la massa m abbia il valore 2,0·10-2 kg.
  2. valutare il valore massimo f max della forza elettromotrice indotta f e.m. che tale generatore produce nel caso a=1,0·10-2 m, L=1,0·10-1 m, B=0,30 T.
Tu non sei convinto che il generatore ideato da Luigi una volta avviato possa fornire per sempre energia elettrica ad una utenza, senza ulteriore apporto di energia; per capire meglio cerchi di ottenere energia dal generatore e colleghi la resistenza elettrica R, come mostrato in figura, tra i poli A e B, misuri la differenza di potenziale tra i poli in funzione del tempo e ne tracci un grafico.
  1. Che tipo di grafico ottieni?
  2. Che tipo di moto ha la barretta e perché?
  3. Come spiegheresti a Luigi cosa avviene dal punto di vista energetico e perché la sua idea non è poi così geniale come lui immagina ? (Simulazione Esame di Stato Liceo Scientifico 11/03/2015) (R)