Autoinduzione all'apertura del circuito

Programmi: APC, Sek II

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Obiettivo

Osservare la forza elettromotrice autoindotta all'apertura di un circuito che contiene un induttore.

Il montaggio

Un generatore da 6 V, un interruttore (chiuso) e un induttore da 20 H con una resistenza dell'avvolgimento di 50 Ω; in parallelo all'induttore — una lampadina da 6 V / 0,5 W. Dopo l'apertura dell'esperimento l'induttore raggiunge in un paio di secondi la sua corrente: circa 0,12 A, 1,4 volte la corrente della lampadina (0,083 A).

Procedimento

1. Attendere un paio di secondi, finché la corrente dell'induttore si stabilizza.
2. Impostare su ×0.1 la velocità dell'orologio della simulazione sulla barra degli strumenti, perché il lampo si veda meglio, aprire l'interruttore e osservare la lampadina.
3. Riportare la velocità a ×1, chiudere l'interruttore, attendere di nuovo un paio di secondi e aprirlo.

Risultato atteso

Dopo l'apertura dell'interruttore la lampadina dà un lampo tre volte più luminoso del solito e si spegne in pochi decimi di secondo (a ×0.1, in un paio di secondi). L'induttore mantiene la sua corrente, che attraversa la lampadina — circa 0,12 A, 1,4 volte la sua corrente nominale; la tensione ai capi della lampadina sale per un attimo a circa 9,3 V — più di quella del generatore. L'induttore è scelto in modo che la sua corrente sia solo di poco maggiore di quella della lampadina: con un induttore che raggiungesse una corrente tripla, la lampadina si brucerebbe alla prima apertura dell'interruttore.

Domande

1. Da dove viene l'energia del lampo?
2. Perché in parallelo all'avvolgimento di un relè si collega un diodo?

Risposte

1. Dal campo magnetico dell'induttore. Con 0,12 A immagazzina \(W = L \cdot I^2 / 2\) = 20 · 0,12² / 2 ≈ 0,14 J; dopo l'apertura dell'interruttore questa energia mantiene la corrente nella lampadina e si trasforma in calore e luce nel filamento e in calore nell'avvolgimento da 50 Ω.
2. Quando un relè viene spento, la sua bobina mantiene la propria corrente, come fa l'induttore di questo banco. Se questa corrente non ha un percorso, la tensione autoindotta sale abbastanza da far scoccare una scintilla tra i contatti dell'interruttore o da mandare in breakdown il transistor che pilota la bobina. Il diodo, polarizzato inversamente nel funzionamento normale, offre alla corrente un circuito chiuso attorno alla bobina, il compito che su questo banco svolge la lampadina, così l'interruttore vede poco più della tensione di alimentazione.