Legge di Lenz e conservazione dell'energia
Mi sapreste spiegare in che senso, se non valesse la legge di Lenz per il verso della corrente indotta in una spira, verrebbe violato il principio di conservazione dell'energia e si produrrebbe energia gratis? Di che tipo sarebbe quest'energia? Non si avrebbe comunque una conversione di una determinata forma di energia (ad esempio meccanica, se avviciniamo un magnete alla spira) in energia termica?
Risposte
Mi ricordo che il mio ormai defunto prof di Fisica diede più o meno questa spiegazione alla stessa domanda:
-è un principio generale delle leggi della natura, quello di opporsi, cioè di "opporre resistenza" ad una variazione di uno stato fisico.
Se nella legge dell'induzione non ci fosse il segno "$-$", la spira avvicinando il magnete lo attirerebbe, non lo respingerebbe.
Noi dobbiamo fornire lavoro dall'esterno per vincere la resistenza e avvicinare il magnete alla spira.Se non fosse così, la spira succhierebbe il magnete, senza farci spendere energia.
-è un principio generale delle leggi della natura, quello di opporsi, cioè di "opporre resistenza" ad una variazione di uno stato fisico.
Se nella legge dell'induzione non ci fosse il segno "$-$", la spira avvicinando il magnete lo attirerebbe, non lo respingerebbe.
Noi dobbiamo fornire lavoro dall'esterno per vincere la resistenza e avvicinare il magnete alla spira.Se non fosse così, la spira succhierebbe il magnete, senza farci spendere energia.
Ma la forza magnetica esercitata dal campo non potrebbe compiere lavoro sul magnete, visto che non si tratta di una carica puntiforme (un po' come quando una calamita attrae a sè un pezzetto di ferro)? Cioè, in realtà, dal punto di vista dell'energia, il fatto che aumenti l'energia cinetica del magnete forse ci starebbe anche... probabilmente ciò che sarebbe assurdo sarebbe il simultaneo aumento di energia termica dissipata dalla spira (questo sì che avverrebbe in maniera per forza gratuita, ipotizzando che la nostra forza applicata non aumenti in intensità e, quindi, non aumenti il lavoro da noi compiuto...). O sbaglio?
Nash, il processo in base al quale la calamita attira il pezzetto di ferro, noi lo definiamo "spontaneo".
Diciamo che spontaneamente la calamita attira il pezzetto di ferro. Che vuol dire ? Dobbiamo capire questo ( chiarisco subito che queste mie idee sono suscettibili di essere migliorate, ampliate o confutate, se del caso, ma ora il discorso mi viene così....e scusate se è forse poco scientifico...).
Spontaneo è, in Fisica, ogni processo naturale in cui è la Natura che "compie qualcosa". Il campo magnetico, l'energia magnetica presente nella calamita, noi non ci pensiamo, ma qualcuno o qualcosa ce lo ha messo, dentro la calamita! Non chiedermi chi o che cosa, non saprei dirtelo.
Quando essa attira il pezzetto di ferro, compie un piccolo lavoro, a spese di quella sua energia, "spontaneamente" . Ma questo avverbio in realtà nasconde un po' il fatto che noi stiamo ignorando, e cioè che quella energia era già immagazzinata nella calamita.
La Termodinamica ci fa vedere dei processi spontanei : il calore passa spontaneamente da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura più bassa. Ma stiamo ignorando il fatto che quel calore "era dentro" l'oggetto che lo cede.Come c'è arrivato, non ci interessa se vogliamo occuparci solo di ciò che succede "dopo". Se vogliamo trasferire calore dal corpo a temperatura inferiore a quello a temperatura superiore, possiamo farlo solo a condizione di aggiungere NOI un lavoro dall' esterno.
Altro esempio: un masso si stacca dalla cima della montagna e cade "spontaneamente" a valle. L'energia potenziale diminuisce. Ma stiamo ignorando il fatto che la Natura, forse qualche millennio fa, aveva compiuto un lavoro di deformazione per increspare la crosta terrestre, creare le montagne, e alzare quel masso a quella altezza da cui è caduto.
Se però vogliamo riportare noi il masso in cima, dobbiamo NOI compiere un lavoro, per andare contro la Natura, che spontaneamente vorrebbe tenerlo giù, alla minima energia potenziale possibile.
E cosí, per creare la fem indotta nella spira, dobbiamo compiere NOI un lavoro nell'avvicinare il magnete alla spira stessa. La Natura, come nell'esempio del masso, è restia a farsi modificare, vuole rimanere nello stato più basso di energia possibile.
Ti dirò che il fenomeno dell'induzione em è ampiamente sfruttato, per esempio, nei motori elettrici asincroni, che si chiamano anche "motori ad induzione". Senza entrare in dettagli, l'energia elettrica fornita al motore trascina in rotazione un rotore, e quindi avviene ( con ovvie perdite di energia nel processo) una trasformazione di energia elettrica in energia meccanica, disponibile all'asse del motore per usi meccanici.
Non so se sono riuscito a spiegarti qualcosa. Mi piacerebbe se qualcun altro aggiungesse qualcosa.
Diciamo che spontaneamente la calamita attira il pezzetto di ferro. Che vuol dire ? Dobbiamo capire questo ( chiarisco subito che queste mie idee sono suscettibili di essere migliorate, ampliate o confutate, se del caso, ma ora il discorso mi viene così....e scusate se è forse poco scientifico...).
Spontaneo è, in Fisica, ogni processo naturale in cui è la Natura che "compie qualcosa". Il campo magnetico, l'energia magnetica presente nella calamita, noi non ci pensiamo, ma qualcuno o qualcosa ce lo ha messo, dentro la calamita! Non chiedermi chi o che cosa, non saprei dirtelo.
Quando essa attira il pezzetto di ferro, compie un piccolo lavoro, a spese di quella sua energia, "spontaneamente" . Ma questo avverbio in realtà nasconde un po' il fatto che noi stiamo ignorando, e cioè che quella energia era già immagazzinata nella calamita.
La Termodinamica ci fa vedere dei processi spontanei : il calore passa spontaneamente da un corpo a temperatura maggiore ad uno a temperatura più bassa. Ma stiamo ignorando il fatto che quel calore "era dentro" l'oggetto che lo cede.Come c'è arrivato, non ci interessa se vogliamo occuparci solo di ciò che succede "dopo". Se vogliamo trasferire calore dal corpo a temperatura inferiore a quello a temperatura superiore, possiamo farlo solo a condizione di aggiungere NOI un lavoro dall' esterno.
Altro esempio: un masso si stacca dalla cima della montagna e cade "spontaneamente" a valle. L'energia potenziale diminuisce. Ma stiamo ignorando il fatto che la Natura, forse qualche millennio fa, aveva compiuto un lavoro di deformazione per increspare la crosta terrestre, creare le montagne, e alzare quel masso a quella altezza da cui è caduto.
Se però vogliamo riportare noi il masso in cima, dobbiamo NOI compiere un lavoro, per andare contro la Natura, che spontaneamente vorrebbe tenerlo giù, alla minima energia potenziale possibile.
E cosí, per creare la fem indotta nella spira, dobbiamo compiere NOI un lavoro nell'avvicinare il magnete alla spira stessa. La Natura, come nell'esempio del masso, è restia a farsi modificare, vuole rimanere nello stato più basso di energia possibile.
Ti dirò che il fenomeno dell'induzione em è ampiamente sfruttato, per esempio, nei motori elettrici asincroni, che si chiamano anche "motori ad induzione". Senza entrare in dettagli, l'energia elettrica fornita al motore trascina in rotazione un rotore, e quindi avviene ( con ovvie perdite di energia nel processo) una trasformazione di energia elettrica in energia meccanica, disponibile all'asse del motore per usi meccanici.
Non so se sono riuscito a spiegarti qualcosa. Mi piacerebbe se qualcun altro aggiungesse qualcosa.
Ok, ho capito. In pratica, dici che la legge di Lenz deve valere perchè, altrimenti, verrebbero prodotte sia energia cinetica (magnete) sia energia termica (effetto Joule nella spira) in modo "innaturale" senza alcun intervento dall'esterno (mentre per ottenere variazioni energetiche contro natura è sempre necessario compiere un lavoro esterno). Spero di aver colto il nocciolo della questione. Grazie mille.
Sì, hai colto il nocciolo, anche se io non mi preoccuperei molto dell'effetto Joule ( c'è anche questo, beninteso!)...
Penserei piuttosto all'energia necessaria per creare la fem indotta e quindi il campo magnetico della spira, che si oppone a quello del magnete.
Comunque, il succo è quello: per vincere la pigrizia della natura, per dar luogo ad un processo "non spontaneo", ci vuole energia! Ciao, in bocca al lupo.
Penserei piuttosto all'energia necessaria per creare la fem indotta e quindi il campo magnetico della spira, che si oppone a quello del magnete.
Comunque, il succo è quello: per vincere la pigrizia della natura, per dar luogo ad un processo "non spontaneo", ci vuole energia! Ciao, in bocca al lupo.
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