Ritardo della corrente in un induttore (due lampadine)

Programmi: APC, Sek II

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Obiettivo

Osservare come un induttore ritarda l'aumento della corrente alla chiusura del circuito.

Il montaggio

Un generatore da 6 V e un interruttore (aperto). Due rami in parallelo con lampadine da 6 V / 0,5 W: in basso — una lampadina e un resistore da 20 Ω, in alto — una lampadina e un induttore da 100 H con una resistenza dell'avvolgimento di 20 Ω.

Procedimento

1. Chiudere l'interruttore e osservare le due lampadine.
2. Aprire l'interruttore.
3. Nel pannello dei parametri dell'induttore ridurre l'induttanza a 10 H e ripetere.

Risultato atteso

La lampadina con il resistore si accende subito; quella con l'induttore si accende circa uno o due secondi dopo, e da quel momento la loro luminosità è la stessa: le resistenze dei rami sono uguali. Dopo l'apertura dell'interruttore le due lampadine si spengono insieme, in circa mezzo secondo: la corrente dell'induttore continua a circolare nella maglia formata dai due rami e attraversa entrambe le lampadine. Il tempo di salita della corrente è di circa \(L / R\). Con 10 H il ritardo è dieci volte più breve — circa un decimo di secondo, ma l'occhio riesce ancora a notarlo. Un induttore da 100 H con un avvolgimento da 20 Ω è molto grande: per gli induttori scolastici con nucleo di ferro \(L / R\) è una frazione di secondo, e su un banco reale il ritardo è altrettanto breve.

Domande

1. Perché un induttore impedisce alla corrente di aumentare istantaneamente?
2. Perché a regime le lampadine brillano con la stessa intensità?

Risposte

1. Quando la corrente varia, varia il campo magnetico della bobina, che induce una forza elettromotrice di autoinduzione proporzionale alla rapidità della variazione, \(L \cdot \Delta I / \Delta t\), e diretta in modo da opporsi alla variazione. Un salto improvviso richiederebbe una f.e.m. infinitamente grande, quindi la corrente cresce gradualmente, in un tempo di circa \(L / R\): uno o due secondi con 100 H su questo banco.
2. A regime la corrente non varia più, quindi non c'è f.e.m. autoindotta, e l'induttore si comporta come il suo avvolgimento da 20 Ω. Entrambi i rami hanno allora una lampadina in serie con 20 Ω sotto la stessa tensione, quindi le correnti e la luminosità sono uguali.