Cosa è l'induttanza?
Cos'è l'induttanza?
L'induttanza si verifica quando una variazione nel flusso di corrente viene sfruttata allo scopo di impedire il passaggio di segnali con componenti di frequenza più alta, consentendo invece il passaggio di segnali con componenti di frequenza più bassa. È per questo motivo che gli induttori vengono talvolta definiti "strozzature", poiché effettivamente bloccano le frequenze più alte. Un'applicazione comune di uno strozzatore è nei circuiti di polarizzazione degli amplificatori radio, dove il collettore di un transistor deve essere alimentato con una tensione continua senza permettere al segnale RF (radiofrequenza) di condurre all'indietro verso l'alimentazione continua.
Immaginiamo un filo lungo 1.000.000 di miglia (circa 1.600.000 chilometri). Immaginiamo di fare di questo filo un enorme anello e poi di collegarne le estremità ai terminali di una batteria, come mostrato nella Figura 1, facendo scorrere la corrente attraverso il filo.
Se avessimo utilizzato un filo corto per questo esperimento, la corrente inizierebbe a fluire immediatamente, limitandosi solo dalla resistenza del filo e dalla resistenza della batteria. Ma poiché abbiamo un filo estremamente lungo, gli elettroni richiedono del tempo per muoversi dal terminale negativo della batteria, intorno all'anello, e tornare al terminale positivo. Quindi, ci vorrà del tempo perché la corrente raggiunga il suo livello massimo.
Il campo magnetico prodotto dall'anello inizierà piccolo, nei primi momenti in cui la corrente scorre solo in parte dell'anello. Il campo aumenterà man mano che gli elettroni completano il giro. Una volta che gli elettroni raggiungono il terminale positivo della batteria, stabilizzando una corrente costante intorno all'intero anello, la quantità del campo magnetico raggiungerà il suo massimo e si stabilizzerà, come mostrato nella Figura 2. A quel punto, avremo una certa quantità di energia immagazzinata nel campo magnetico. La quantità di energia immagazzinata dipenderà dall'induttanza dell'anello, che a sua volta dipende dalle sue dimensioni complessive. Simbolizziamo l'induttanza, come proprietà o variabile matematica, scrivendo una lettera L maiuscola in corsivo. Il nostro anello costituisce un induttore. Per abbreviare "induttore", scriviamo una lettera L maiuscola non in corsivo.
Fig. 1. Possiamo usare un enorme anello immaginario di filo per illustrare il principio dell'induttanza
Ovviamente, non possiamo realizzare un anello di filo con una circonferenza di quasi 1.000.000 di miglia. Tuttavia, possiamo avvolgere lunghezze di filo abbastanza lunghe in bobine compatte. Quando lo facciamo, il flusso magnetico per una data lunghezza di filo aumenta rispetto al flusso prodotto da un anello a singola spira, aumentando l'induttanza. Se inseriamo un nucleo ferromagnetico all'interno di una bobina di filo, possiamo aumentare la densità del flusso e aumentare ulteriormente l'induttanza.
Possiamo ottenere valori di L molti volte superiori con un nucleo ferromagnetico rispetto a una bobina simile con nucleo d'aria, plastica solida o legno secco. (La plastica e il legno secco hanno valori di permeabilità che differiscono poco dall'aria o dal vuoto; gli ingegneri occasionalmente utilizzano questi materiali come nucleo o "forme" delle bobine per aggiungere rigidità strutturale alle avvolgimenti senza modificare significativamente l'induttanza.) La corrente che un induttore può gestire dipende dal diametro del filo. Tuttavia, il valore di L dipende anche dal numero di spire nella bobina, dal diametro della bobina e dalla forma complessiva della bobina.
Se manteniamo costanti tutti gli altri fattori, l'induttanza di una bobina elicoidale aumenta in proporzione diretta al numero di spire di filo. L'induttanza aumenta anche in proporzione diretta al diametro della bobina. Se "stendiamo" una bobina con un certo numero di spire e un certo diametro mantenendo costanti tutti gli altri parametri, la sua induttanza diminuisce. Al contrario, se "schiacciamo" una bobina allungata mantenendo costanti tutti gli altri fattori, l'induttanza aumenta.
In circostanze normali, l'induttanza di una bobina (o qualsiasi altro tipo di dispositivo progettato per funzionare come induttore) rimane costante indipendentemente dall'intensità del segnale applicato. In questo contesto, "circostanze anormali" si riferiscono a un segnale applicato così forte da far fondere il filo dell'induttore o da far surriscaldare eccessivamente il materiale del nucleo. Un buon senso ingegneristico richiede che tali condizioni non si verifichino in un sistema elettrico o elettronico ben progettato.
Fig. 2. Flusso magnetico relativo all'interno e intorno a un enorme anello di filo collegato a una sorgente di corrente, in funzione del tempo.
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