31.4: Induttori

Un induttore, noto anche come filtro, è un componente di un circuito creato per avere un'induttanza specifica. Gli induttori sono tra i componenti di circuito cruciali utilizzati nell'elettronica moderna, insieme a resistori e condensatori. Servono come barriera contro le variazioni della corrente in un circuito. Un induttore tende a sopprimere le variazioni di corrente in un circuito a corrente alternata che sono più veloci del desiderato. In un circuito a corrente continua, un induttore aiuta a mantenere costante la corrente nonostante le variazioni della forza elettromotrice applicata.

Anche se il campo elettrico associato all'effetto dell'induzione magnetica non è conservativo, c'è una reale differenza di potenziale tra i terminali dell'induttore, causata da forze elettrostatiche conservative.

Una comune applicazione dell'induttanza è consentire ai segnali stradali di rilevare quando i veicoli sono in attesa in un'intersezione stradale. Un circuito elettrico con un induttore è posizionato nella strada sotto il punto in cui un'auto in attesa si fermerà. Il corpo dell'auto aumenta l'induttanza e il circuito cambia, inviando un segnale ai semafori per cambiare colore. Allo stesso modo, i rilevatori di metalli utilizzati per la sicurezza negli aeroporti adottano la stessa tecnica. Una bobina o un induttore nel telaio del rilevatore di metalli funge da trasmettitore e ricevitore. Il segnale pulsato dalla bobina trasmettitore induce un segnale nel ricevitore. Qualsiasi oggetto metallico nel percorso influisce sull'autoinduttanza del circuito. I rilevatori di metalli possono essere regolati per sensibilità e possono anche rilevare la presenza di metallo su una persona.

Gli induttori sono anche cruciali negli apparecchi per illuminazione fluorescente. In tali apparecchi, il gas che riempie il tubo è ionizzato e si illumina a causa della corrente che fluisce dal cablaggio nel gas. Maggiore è la corrente, più fortemente ionizzato il plasma e minore è la sua resistenza. Se al plasma viene fornita una tensione sufficientemente alta, i circuiti esterni al tubo fluorescente possono essere danneggiati. Per prevenire ciò, un induttore o un ballast magnetico è collegato in serie con la lampada fluorescente, che impedisce alla corrente di superare i suoi limiti.

Un induttore è un elemento circuitale a due terminali costituito da bobine di filo. A causa della corrente che scorre nel circuito, il flusso magnetico passa attraverso l'induttore.

Quando c'è un cambiamento nella corrente che passa attraverso l'induttore, secondo la legge di Faraday, viene generata una forza controelettromotrice. Questo campo è il campo elettrico non conservativo indotto magneticamente.

Poiché il campo non conservativo è diverso da zero solo all'interno dell'induttore, il suo integrale attorno all'intero anello può essere sostituito dal suo integrale da un terminale all'altro.

Quindi, gli elettroni liberi vengono accumulati su uno dei terminali dell'induttore per produrre un campo elettrico conservativo diverso da zero.

Il campo elettrico totale è la somma di questi due campi elettrici. Se l'induttore ha una resistenza trascurabile, una carica di prova non subisce alcuna forza all'interno. Pertanto, il campo elettrico totale all'interno delle bobine deve essere zero. Pertanto, il campo elettrico non conservativo in questo integrale può essere sostituito dal negativo del campo elettrico conservativo.

Questo integrale è la differenza di potenziale tra i terminali dell'induttore, che è data da questa formula.