Perché un induttore produce alta tensione e non una corrente elevata?

Quando un induttore collassa (ad esempio, quando un interruttore nel circuito dell'induttore si apre improvvisamente), produce una tensione elevata piuttosto che una corrente elevata. Questo può essere spiegato dalle proprietà basilari di un induttore e dal suo meccanismo di accumulo di energia. Ecco una spiegazione dettagliata:

Proprietà Basiliari di un Induttore

La proprietà fondamentale di un induttore può essere espressa dalla seguente formula:

dove:

V è la tensione sull'induttore.

L è l'induttanza dell'induttore. dI/dt è il tasso di variazione della corrente rispetto al tempo.

Questa formula indica che la tensione sull'induttore è proporzionale al tasso di variazione della corrente. In altre parole, un induttore oppone resistenza ai cambiamenti rapidi di corrente.

Accumulo di Energia

Un induttore accumula energia quando la corrente scorre attraverso di esso, e questa energia è immagazzinata nel campo magnetico. L'energia E immagazzinata in un induttore può essere espressa dalla seguente formula:

dove:

• E è l'energia immagazzinata.

• L è l'induttanza.

• I è la corrente che scorre attraverso l'induttore.

Quando l'Interruttore Si Apre

Quando un interruttore nel circuito dell'induttore si apre improvvisamente, la corrente non può scendere istantaneamente a zero perché il campo magnetico nell'induttore ha bisogno di tempo per rilasciare l'energia accumulata. Poiché la corrente non può cambiare istantaneamente, l'induttore cerca di mantenere il flusso di corrente esistente.

Tuttavia, poiché l'interruttore si è aperto, il percorso per la corrente è interrotto. L'induttore non può continuare a mantenere la corrente, quindi genera una tensione molto elevata ai suoi terminali. Questa tensione elevata cerca di forzare la corrente a continuare a scorrere, ma poiché il circuito è interrotto, la corrente non può passare, e l'induttore rilascia l'energia accumulata attraverso la tensione elevata.

Spiegazione Matematica

Secondo la relazione tra tensione e corrente di un induttore V=L(dI/dt) quando l'interruttore si apre improvvisamente, la corrente I deve scendere a zero molto rapidamente. Ciò significa che il tasso di variazione della corrente dI/dt diventa molto grande, risultando in una tensione V molto elevata.

Fenomeno Pratico

Nei circuiti pratici, questa tensione elevata può causare scariche elettriche o danneggiare altri componenti del circuito. Per prevenire ciò, viene spesso collegato in parallelo all'induttore un diodo (noto come diodo di flyback o diodo di commutazione). Questo permette alla corrente di continuare a scorrere attraverso il diodo quando l'interruttore si apre, evitando così la generazione di tensioni eccessivamente elevate.

Riepilogo

Quando un interruttore in un circuito di induttore si apre improvvisamente, viene prodotta una tensione elevata invece di una corrente elevata perché l'induttore cerca di mantenere il flusso di corrente esistente. Tuttavia, poiché il circuito è interrotto, la corrente non può continuare a scorrere, e l'induttore rilascia l'energia accumulata generando una tensione elevata. Questa tensione elevata è dovuta al tasso di variazione molto elevato della corrente dI/dt.