Induttore
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L'induttore è un componente elettrico che genera un campo magnetico al passaggio di corrente elettrica.
Nella Teoria dei circuiti l'induttore è un componente ideale in cui tutta l'energia elettrica assorbita è immagazzinata nel campo magnetico prodotto. Gli induttori reali, realizzati con un avvolgimento di un filo conduttore, presentano anche fenomeni dissipativi e capacitativi di cui si deve tenere conto.
Gli induttori sono impiegati in una varietà di dispositivi elettrici ed elettronici, tra i quali i trasformatori ed i motori elettrici nonché in svariati circuiti a corrente alternata ad alta frequenza.
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[modifica] Fisica dell’induttore
[modifica] Realizzazione
Un induttore è costituito da un avvolgimento di materiale conduttivo, generalmente filo di rame ricoperto da una sottile pellicola isolante. Per aumentare l'induttanza si usa spesso realizzare l'avvolgimento su un nucleo di materiale con elevata permeabilità magnetica (ad es.: ferriti). Un induttore può anche essere inserito in un circuito integrato. In questo caso comunemente si usa l'alluminio come materiale conduttore. È, tuttavia, raro che un induttore sia inserito in un circuito integrato: limiti pratici rendono molto più comune l’uso di un circuito chiamato “giratore” che usa un condensatore per simulare il comportamento di un induttore. Piccoli induttori usati per frequenze molto alte sono talvolta realizzati con un semplice filo che attraversa un cilindro o una perlina (piccolo anello) di ferrite.
[modifica] Induttanza
In pratica, con un induttore si cerca di realizzare il componente astratto induttanza. Naturalmente, il filo di rame ha una resistenza elettrica, particolarmente alle alte frequenze (effetto pelle), e tra le spire vicine vi è un accoppiamento capacitivo. Inoltre, vanno tenute presenti le perdite nel nucleo magnetico eventualmente introdotto. Questi ed altri fenomeni parassiti (parassiti perché non voluti) differenziano l'induttore reale dall'induttanza ideale. Spesso, però, nella pratica l'induttore viene chiamato induttanza.
[modifica] Energia
L’energia immagazzinata nell’induttore (misurata in joule nel SI) è uguale alla quantità di lavoro richiesta per ottenere la corrente che scorre in esso e, quindi, per generare il campo magnetico. Questa è data da:
dove I è la corrente che scorre nell’induttore e L l’induttanza.
[modifica] Nei circuiti elettrici
Un induttore si oppone solo alle variazioni di corrente. Se fosse ideale non presenterebbe nessuna resistenza alla corrente continua se non quando viene attivata e quando viene tolta (in questi fenomeni transitori l’induttore tende a smorzare le variazioni della corrente). Ma l’induttore reale presenta una resistenza elettrica non nulla e, quindi, il circuito in cui è inserito spende energia anche per mantenere una corrente costante che non varia il campo magnetico creato, ma si dissipa nella resistenza presentata dal filo di rame. In generale, trascurando i fenomeni parassiti (resistenza e capacità), la relazione tra la tensione applicata agli estremi dell’induttore con induttanza L e la corrente i(t) che varia nel tempo e scorre nell’induttore è descritta dall’equazione differenziale:
Se una corrente alternata sinusoidale scorre nell’induttore, una tensione alternata (o forza elettromotrice, abbr. f.e.m.) viene indotta. L’ampiezza della f.e.m. è correlata con l’intensità della corrente e con la frequenza delle sinusoidi dalla seguente equazione:
dove ω è la pulsazione della sinusoide legata alla frequenza f da:
- ω = 2πf
Si definisce reattanza induttiva (dimensionalmente uguale alla resistenza ed alla reattanza capacitiva) la:
- XL = ωL = 2πfL
dove XL è la reattanza induttiva, ω è la pulsazione, f è la frequenza Hertz, e L è l’induttanza.
La reattanza induttiva è la componente immaginaria positiva dell’impedenza. L’impedenza complessa di un induttore è data da:
- Z = jωL = j2πfL
dove j è l’unità immaginaria.
[modifica] Reti di induttori
Se vi sono più induttori in parallelo, ciascuno di essi è sottoposto alla stessa differenza di potenziale. Essi sono equivalenti ad un unico induttore con induttanza equivalente (Leq):
La corrente attraverso più induttori in serie è la stessa, ma la tensione a cui ciascuno di essi è sottoposto può essere differente. La somma delle differenze di potenziale (tensioni) è uguale alla tensione totale. Per trovare l’induttanza totale equivalente:
[modifica] Applicazioni
Un induttore assomiglia ad un elettromagnete come struttura, ma è usato per uno scopo diverso: immagazzinare energia in un campo magnetico.
Per la loro capacità di modificare i segnali in corrente alternata, gli induttori sono usati nell’elettronica analogica e nel trattamento dei segnali elettrici, incluse le trasmissioni via etere.
Visto che la reattanza induttiva XL cambia con la frequenza, un filtro elettronico può usare induttori assieme a condensatori ed altri componenti per filtrare parti specifiche dello spettro di frequenza di un segnale. Due o più induttori (con il campo magnetico in comune) costituiscono un trasformatore comunemente usato sia negli apparati elettronici che in elettrotecnica.
[modifica] Storia
Nel 1885, William Stanley, Jr. realizzò il primo induttore basandosi su un’idea di Lucien Gaulard e John Gibbs. Era il precursore del moderno trasformatore.
[modifica] Voci correlate
[modifica] Sinonimi
Induttanza, bobina, avvolgimento induttivo, reattore, solenoide.
