L’induttore è un componente passivo che immagazzina energia

Introduzione

Prima di descrivere il principio di funzionamento di un induttore vorrei fare una piccola introduzione sui principi fisici che sono alla base del suo comportamento.

La relazione tra corrente elettrica e campo magnetico è una delle scoperte fondamentali della fisica del XIX secolo, nota come legge di Faraday-Neumann-Lenz.

Secondo questa legge, la variazione del campo magnetico indotto in un circuito genera una corrente elettrica all’interno del circuito stesso.

Analizziamo tre esperimenti che possiamo realizzare a casa, basta avere un amperometro, un magnete e del cavo di rame smaltato che ci servirà per realizzare l’induttore.

Nella figura riportata di seguito, un magnete e una bobina è connessa ad un amperometro e la distanza tra di loro è costante, in queste condizioni si può osservare che nell’induttore non circola corrente poiché il campo magnetico, indotto nell’induttore è costante.

Ciò è dovuto al fatto che non c’è alcun movimento relativo tra il magnete e la bobina, e quindi non viene generato un campo magnetico variabile (Figura 1).

Nel secondo esperimento, il magnete viene spostato verso la bobina, come riportato in figura 2, in questo esempio si può notare che nell’induttore c’è circolazione di corrente.

Infatti, in questo caso il campo magnetico varia man mano che il magnete si avvicina alla bobina, in questo modo il campo magnetico indotto nell’induttore è variabile nel tempo.

Questo campo magnetico variabile produce una f.e.m. (forza elettromotrice) ai capi dell’induttore che dà origine ad una circolazione di corrente, come previsto dalla legge di Faraday.

Quando invece il magnete si allontana dalla bobina, come riportato nella figura 3, in questo caso si genera una corrente di direzione opposta a quella osservata nell’esperimento precedente.

Il campo magnetico generato dal magnete sta diminuendo man mano che si allontana dalla bobina, creando ancora una volta un campo magnetico variabile che genera una corrente nella direzione opposta.

Il principio fisico osservato negli esperimenti precedenti sono alla base del funzionamento per produrre energia elettrica.

L’induttore

L’induttore è un componente passivo che sfrutta il fenomeno dell’autoinduzione per immagazzinare energia elettrica in un campo magnetico.

L’induttore è realizzato da un avvolgimento circolare, definite spire, di filo conduttore ricoperto da materiale isolante.

Come abbiamo analizzato nell’introduzione, dalla legge di Faraday-Neumann, quando un conduttore è attraversato da una corrente elettrica, genera un campo magnetico, ma nel caso dell’induttore , grazie alla sua forma geometrica e dal numero di spire, il campo magnetico ha una maggiore intensità rispetto quello generato da un semplice cavo in rame.

Se la corrente è variabile nel tempo, il campo magnetico che si auto induce nell’induttore genera una forza elettromotrice ai capi dell’induttore, proporzionale alla variazione della corrente , al numero di spire dell’induttore stesso.

La forza elettromotrice indotta nell’induttore è diretta in modo tale da opporsi alla variazione della corrente che l’ha generata.

Questo principio si basa sulla legge di conservazione dell’energia, che afferma che l’energia non può essere creata o distrutta, ma solo trasformata da una forma all’altra.

In altre parole, l’energia non può essere generata dal nulla.

Questa proprietà dell’induttore impedisce che si possa generare energia infinita sfruttando il suo campo magnetico.

Se l’induttore potesse auto-alimentarsi, ci sarebbe una violazione della legge di conservazione dell’energia, il che non è possibile.

La relazione che lega la forza elettromotrice indotta alla variazione di corrente è data dalla seguente relazione:

Dove:

* V forza elettromotrice indotta

* L è il valore dell’induttore

*di/dt operazione di derivazione, che determina di quanto varia la corrente nel tempo

Il coefficiente di autoinduzione (simboleggiato con L) è una grandezza che esprime la capacità di opporsi alle variazioni della corrente elettrica che lo attraversa.

Maggiore sarà il valore dell’induttore e più intensa sarà la sua capacità ad opporsi alle variazioni di corrente, per questo motivo è usato nei filtri d’alimentazione o di segnale.

In altre parole, il coefficiente di autoinduzione è una misura della capacità dell’induttore di accumulare energia magnetica all’interno del suo campo magnetico.

l coefficiente di autoinduzione è espresso in henry (H).

Conclusioni

Se avete delle domande non esitate a contattarmi nel form di seguito.

Buon lavoro.