Oggi Inlinestyle spiegherà come funziona un Induttore e a cosa serve. La tecnologia in questione basa il suo funzionamento sul campo magnetico, cioè immagazzina energia sotto forma di campo magnetico, perciò si tratta di un componente passivo. Anche una batteria immagazzina energia tramite reazione chimica e pure un condensatore ma si basano su leggi fisiche diverse. L’ induttore trova un’applicazione negli alimentatori a commutazione dei computer o nell’elettronica analogica, come il semaforo stradale o i motori elettrici . Un induttore si presenta con una forma a spirale, osservabile nell’immagine sottostante.
C’è una ragione per cui è stato progettato con quella forma. C’è una ragione dietro ogni invenzione, nulla è lasciato al caso. Anche stavolta cercheremo di illustrare in maniera semplice il funzionamento della tecnologia, allo scopo di avvicinare al mondo della tecnologia e dell’informatica nuovi potenziali appassionati. Scopriamolo insieme.
La seconda rivoluzione industriale: Henry, Faraday e Lenz
La seconda rivoluzione industriale ebbe inizio nel 1870. La fine del XIX secolo fu un periodo di trionfi scientifici, sia dal punto di vista delle scoperte che delle invenzioni. Filosofi e scienziati, mossi da un moto di sfrenato ottimismo, profetizzavano la grandezza della nuova rivoluzione industriale. Acciaio. Cemento armato. Elettricità. L’invenzione della corrente alternata e della corrente continua, rispettivamente sviluppate da Nikola Tesla e Thomas Edison, permisero alla società occidentale un cambio di paradigma nel modo di vivere.
Otto anni dopo l’inizio della seconda rivoluzione industriale, morì Joseph Henry. Chi fu? È stato un fisico statunitense importante per il concepimento degli induttori contemporanei. Studiò le correnti indotte e contemporaneamente a Michael Faraday scoprì il fenomeno dell’autoinduzione. Notarono che un magnete, spostandosi all’interno di un campo magnetico, produceva corrente elettrica. Oggi l’unità di misura dell’induttanza porta il suo nome: l’Henry (H). Il contributo finale per la futura realizzazione dell’induttore lo si deve al fisico russo Heinrich Lenz. Asserì che quando generiamo una corrente elettrica attraverso un campo magnetico, come può accadere con i generatori, la direzione di questa corrente indotta è tale da generare un campo magnetico.
Henry. Faraday. Lenz. Stabilirono le tre leggi alla base di un induttore. Adesso spieghiamo in dettaglio le tre leggi, in questo modo avrete l’infarinatura necessaria per capire il funzionamento di un induttore, al di là della tipologia presentata.
Le tre leggi alla base di un induttore
Un induttore funziona grazie alla sua forma a spirale. Tale spirale si avvale di tre leggi per il suo corretto funzionamento. Senza il sovrapporsi delle tre sfere è impossibile la realizzazione di una bobina (induttore). Basta escludere una delle tre leggi per rendere vano il suo funzionamento. Quali sono le tre leggi dell’induttore?
La prima legge è la corrente elettrica, cioè il movimento degli elettroni attraverso un conduttore, che è in grado di generare un campo magnetico.
La seconda legge è quella che descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, chiamata Legge di Faraday (cognome dello scienziato inglese Michael Faraday). Asserisce quanto segue: In un circuito si genera una differenza di potenziale di intensità pari alla variazione nel tempo del flusso del campo magnetico che attraversa il circuito stesso. Cioè la variazione del campo magnetico può indurre tensione.
La terza e ultima legge è la Legge di Lenz. Asserisce che quando generiamo una corrente elettrica attraverso un campo magnetico, come può accadere con i generatori, la direzione di questa corrente indotta è tale da produrre campi di corrente e campi magnetici che si oppongono al cambiamento.
Ora che abbiamo un’infarinatura delle tre leggi alla base di un induttore, possiamo cercare di capire cosa accade nella spirale di una bobina.
Funzionamento di un Induttore
Detto in maniera elementare, un induttore svolge due azioni:
- Crea un campo magnetico al suo interno.
- Cerca di tenere il più costante possibile la corrente che attraversa le sue spire.
Un condensatore immagazzina la carica, mentre un induttore immagazzina energia sotto forma di campo magnetico (corrente).
L’ induttore è una bobina cilindrica con parecchi giri di filo conduttore, donandogli quella forma a spirale. Il filo di solito è composto da rame smaltato. La sezione del filo, il diametro e la distanza determinano il valore dell’induttanza, espresso col simbolo L e che si misura in Henry (H).
Se la corrente elettrica è autorizzata a passare attraverso il filo conduttore, scopriamo che la tensione attraverso il conduttore è direttamente proporzionale alla velocità di variazione della corrente. Per calcolare il valore dell’induttanza in Henry di un induttore è possibile utilizzare la seguente formula:
L = (μ N² S) / l
Dove:
L è l’induttanza in Henry, μ è la permeabilità magnetica del materiale inserito al suo interno, N è il numero di spire, S è la sezione in m² del solenoide, infine l (elle) è la sua lunghezza in m.
IL CAMPO MAGNETICO DELL’INDUTTORE
La corrente che scorre attraverso un filo genera un campo magnetico intorno. La forma semplice di un filo conduttore rende lineare il fenomeno. Se invece il conduttore è avvolto in spire, il campo magnetico generato da ogni singola spira si dovrà sommare con quello generato dalle spire adiacenti, producendo un campo magnetico direttamente proporzionale al numero di spire e alla corrente che attraversa il conduttore ed inversamente proporzionale alla lunghezza della bobina.
Gli induttori sono utilizzati per impedire il flusso di corrente in un circuito. Proprio per via della Legge di Faraday (la seconda legge), quando la corrente scorre attraverso un induttore, il campo magnetico varia nel tempo ed induce una tensione nel conduttore. Appena cambia direzione corrente, il campo sperimenta anche un cambiamento e ciò provoca una corrente indotta a fluire nella direzione opposta e impedire il flusso di corrente. Ciò non è da confondere con la resistenza dei resistori.
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Tipi di induttori e l’induttanza
Per induttanza si intende, secondo il dizionario, la proprietà dei circuiti elettrici tale per cui la variazione nel tempo della corrente che li attraversa induce una forza elettromotrice che, per la legge di Lenz, è proporzionale alla variazione nel tempo del flusso magnetico concatenato dal circuito.
Esistono tre tipi di induttori:
1 – Induttore fisso: negli induttori fissi le bobine sono avvolte rigidamente da fili conduttori, in modo tale che le spire non possano muoversi le une rispetto le altre. Se è presente un nucleo di ferro, anche i traferri saranno fissi. Visto il sistema chiuso e rigido, non può accusare dispersioni ed è altresì equipaggiato contro campi magnetici esterni.
2 – Induttore a cassetta: la bobina ha innumerevoli prese col fine di poter optare il numero di spire desiderato. O in alternativa è costituito da più induttori fissi.
3 – Induttore variabile: sono concepiti per manipolare l’induttanza con continuità. Spostando il nucleo ferromagnetico rispetto alla bobina, si ottiene l’effetto desiderato.
Applicazioni dell’induttore
Gli induttori nei circuiti trovano varie applicazioni. Una volta venivano usati insieme ai transistori nelle radio per sintonizzare le stazioni radio. Oggi trovano impiego negli alimentatori switching come immagazzinamento locale di corrente, in modo da fornire corrente quando un apparecchio si avvia allo spegnimento dei circuiti primari. Sono anche usati come filtri di linea telefonica, principalmente per rimuovere i segnali a banda larga ad alta frequenza e sono posti sulle estremità dei cavi per ridurre il rumore del segnale. Oppure per modulare la velocità angolare dei motorini.
Un induttore fa oscillare una carica elettrica dall’Induttore a un condensatore, e viceversa.
Differenze tra Induttore e Condensatore
Come i condensatori, gli induttori sono componenti elettrici progettati per impedire cambiamenti nella corrente, o filtrare certe frequenze. Tuttavia, un induttore immagazzina energia in un campo magnetico, mentre il condensatore immagazzina energia sotto forma di campo elettrico.
In un circuito CC, il condensatore funge da isolante, mentre un induttore funge da conduttore.
Il condensatore resiste alla variazione di tensione mentre l’induttore resiste alla variazione di corrente.
Il condensatore funziona al meglio nei circuiti ad alta frequenza, mentre l’induttore nei circuiti a bassa frequenza. Volendo, possono essere combinati per filtrare segnali involuti.
Conclusione
Assieme a Resistori e Condensatori , gli Induttori sono un importante tassello dei circuiti elettrici. Grazie agli studi di eminenti scienziati e fisici la società si è illuminata anche sotto il cielo notturno, pulsando di vita propria. La Seconda rivoluzione industriale che ebbe inizio nel 1870, condusse al coronamento di alcuni sogni dell’umanità. Una nuova fonte di energia si affacciò in società: l’elettricità. Una rilettura dell’articolo è consigliata per afferrare appieno i concetti e il funzionamento degli induttori. Una spiegazione semplice a cose complesse è la filosofia del nostro sito. Può essere uno smartphone, un altoparlante, il Wi-Fi, la tecnologia Bluetooth, poco importa, un registro chiaro è sempre fondamentale. D’altronde, Einstein disse: Se non lo sai spiegare a un bambino di 6 anni, vuol dire che non lo sai.
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