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Come funzionano gli induttori

Autore: Marshall Brain

induttore

Un grande utilizzo degli induttori è quello di associarli ai condensatori per creare oscillatori. HUNTSOCK / IMMAGINI GETTY

Un induttore è semplice quanto un componente elettronico: è semplicemente una bobina di filo. Si scopre, tuttavia, che una bobina di filo può fare cose molto interessanti grazie alle proprietà magnetiche di una bobina.

In questo articolo impareremo tutto sugli induttori e a cosa servono.

Contenuto

Nozioni di base sugli induttori

Henries

Applicazione dell'induttore: sensori semaforici

Nozioni di base sugli induttori

In uno schema elettrico, un induttore è mostrato in questo modo:

Per capire come può funzionare un induttore in un circuito, è utile questa figura:

Quello che vedi qui è una batteria, una lampadina, una bobina di filo attorno a un pezzo di ferro (giallo) e un interruttore. La bobina di filo è un induttore. Se hai letto Come funzionano gli elettromagneti, potresti riconoscere che l'induttore è un elettromagnete.

Se dovessi togliere l'induttore da questo circuito, quello che avresti è una normale torcia. Chiudi l'interruttore e la lampadina si accende. Con l'induttore nel circuito come mostrato, il comportamento è completamente diverso.

La lampadina è un resistore (la resistenza crea calore per far brillare il filamento della lampadina; per i dettagli vedi Come funzionano le lampadine). Il filo nella bobina ha una resistenza molto più bassa (è solo filo), quindi quello che ti aspetteresti quando accendi l'interruttore è che la lampadina si illumini molto debolmente. La maggior parte della corrente dovrebbe seguire il percorso a bassa resistenza attraverso il circuito. Quello che succede invece è che quando chiudi l'interruttore, la lampadina si accende intensamente e poi si attenua. Quando si apre l'interruttore, la lampadina brucia molto intensamente e poi si spegne rapidamente.

La ragione di questo strano comportamento è l'induttore. Quando la corrente inizia a fluire nella bobina, la bobina vuole creare un campo magnetico. Mentre il campo si sta formando, la bobina inibisce il flusso di corrente. Una volta costruito il campo, la corrente può fluire normalmente attraverso il filo. Quando l'interruttore viene aperto, il campo magnetico attorno alla bobina mantiene la corrente che scorre nella bobina fino al collasso del campo. Questa corrente mantiene la lampadina accesa per un periodo di tempo anche se l'interruttore è aperto. In altre parole, un induttore può immagazzinare energia nel suo campo magnetico e tende a resistere a qualsiasi cambiamento nella quantità di corrente che lo attraversa.

Pensa all’acqua…

Un modo per visualizzare l'azione di un induttore è immaginare uno stretto canale attraversato dall'acqua e una pesante ruota idraulica con le pale immerse nel canale. Immagina che inizialmente l'acqua nel canale non scorra.

Ora prova a far scorrere l'acqua. La ruota a pale tenderà a impedire all'acqua di scorrere finché non avrà raggiunto la velocità dell'acqua. Se poi provi a fermare il flusso d'acqua nel canale, la ruota idraulica che gira proverà a mantenere l'acqua in movimento finché la sua velocità di rotazione non rallenterà fino a raggiungere la velocità dell'acqua. Un induttore fa la stessa cosa con il flusso di elettroni in un filo: un induttore resiste a un cambiamento nel flusso di elettroni.

PER SAPERNE DI PIÙ

Henries

La capacità di un induttore è controllata da quattro fattori:

Il numero di bobine: più bobine significano più induttanza.

Il materiale attorno al quale sono avvolte le bobine (il nucleo)

L'area della sezione trasversale della bobina: più area significa più induttanza.

La lunghezza della bobina – Una bobina corta significa bobine più strette (o sovrapposte), il che significa maggiore induttanza.

Mettere il ferro nel nucleo di un induttore gli conferisce molta più induttanza rispetto all'aria o a qualsiasi nucleo non magnetico.

L'unità standard dell'induttanza è l'Henry. L'equazione per calcolare il numero di Henry in un induttore è:

H = (4 * Pi * #Giri * #Giri * Area bobina * mu) / (Lunghezza bobina * 10.000.000)

L'area e la lunghezza della bobina sono espresse in metri. Il termine mu è la permeabilità del nucleo. L'aria ha una permeabilità pari a 1, mentre l'acciaio potrebbe avere una permeabilità pari a 2.000.

Applicazione dell'induttore: sensori semaforici

Diciamo che prendi una bobina di filo di circa 6 piedi (2 metri) di diametro, contenente cinque o sei anelli di filo. Si tagliano alcune scanalature in una strada e si posiziona la bobina nelle scanalature. Collega un misuratore di induttanza alla bobina e vedi qual è l'induttanza della bobina.

Ora parcheggi l'auto sopra la bobina e controlli di nuovo l'induttanza. L'induttanza sarà molto maggiore a causa del grande oggetto d'acciaio posizionato nel campo magnetico della spira. L'auto parcheggiata sopra la bobina si comporta come il nucleo dell'induttore e la sua presenza modifica l'induttanza della bobina. La maggior parte dei sensori semaforici utilizza la spira in questo modo. Il sensore verifica costantemente l'induttanza della spira sulla strada e quando l'induttanza aumenta sa che c'è un'auto in attesa!

Di solito si usa una bobina molto più piccola. Un grande utilizzo degli induttori è quello di associarli ai condensatori per creare oscillatori. Vedi Come funzionano gli oscillatori per i dettagli.