Bobina di induzione

Bobina di induzione, un dispositivo elettrico per produrre una fonte intermittente di alta tensione. Una bobina a induzione consiste in un nucleo centrale cilindrico di ferro dolce sul quale sono avvolte due bobine isolate: una interna o primaria, con relativamente poche spire di filo di rame, e una bobina secondaria circostante, con un gran numero di spire di filo di rame più sottile. Un interruttore è utilizzato per fare e interrompere automaticamente la corrente nella bobina primaria. Questa corrente magnetizza il nucleo di ferro e produce un grande campo magnetico in tutta la bobina di induzione.

Ruhmkorff coil
Ruhmkorff coil

Ruhmkorff coil.

Hannes Grobe

Il principio di funzionamento della bobina di induzione fu dato nel 1831 da Michael Faraday. La legge di induzione di Faraday ha dimostrato che se il campo magnetico attraverso una bobina viene cambiato, viene indotta una forza elettromotrice il cui valore dipende dalla velocità di cambiamento del campo magnetico attraverso la bobina. Questa forza elettromotrice indotta è sempre, per la legge di Lenz, in una direzione tale da opporsi al cambiamento del campo magnetico.

Faraday, Michael
Faraday, Michael

Michael Faraday che parla di elettricità e magnetismo, Royal Institution, Londra, 23 gennaio 1846.

© Photos.com/Thinkstock

Quando viene avviata una corrente nella bobina primaria, si creano forze elettromotrici indotte sia nella bobina primaria che in quella secondaria. La forza elettromotrice opposta nella bobina primaria fa salire gradualmente la corrente fino al suo valore massimo. Così, quando la corrente parte, il tasso di variazione temporale del campo magnetico e la tensione indotta nella bobina secondaria sono relativamente piccoli. D’altra parte, quando la corrente primaria viene interrotta, il campo magnetico si riduce rapidamente e una tensione relativamente grande viene prodotta nella bobina secondaria. Questa tensione, che può raggiungere diverse decine di migliaia di volt, dura solo per un tempo molto breve durante il quale il campo magnetico cambia. Così una bobina d’induzione produce una grande tensione che dura poco tempo e una piccola tensione inversa che dura molto più a lungo. La frequenza di questi cambiamenti è determinata dalla frequenza dell’interruttore.

Dopo la scoperta di Faraday, molti miglioramenti sono stati fatti sulla bobina di induzione. Nel 1853 il fisico francese Armand-Hippolyte-Louis Fizeau mise un condensatore attraverso l’interruttore, interrompendo così la corrente primaria molto più rapidamente. I metodi per avvolgere la bobina secondaria furono notevolmente migliorati da Heinrich Daniel Ruhmkorff (1851) a Parigi, da Alfred Apps a Londra, e da Friedrich Klingelfuss a Basilea, che fu in grado di ottenere scintille in aria lunghe circa 150 cm. Esistono vari tipi di interruttori. Per le piccole bobine di induzione uno meccanico è attaccato alla bobina, mentre le bobine più grandi usano un dispositivo separato come un interruttore a getto di mercurio o l’interruttore elettrolitico inventato da Arthur Wehnelt nel 1899.

Armand-Hippolyte-Louis Fizeau.
Armand-Hippolyte-Louis Fizeau.

© Photos.com/Jupiterimages

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Le bobine di induzione sono state utilizzate per fornire l’alta tensione per le scariche elettriche nei gas a bassa pressione e come tali sono state strumentali alla scoperta dei raggi catodici e dei raggi X all’inizio del XX secolo. Un’altra forma di bobina di induzione è la bobina di Tesla, che genera alte tensioni ad alte frequenze. Le bobine di induzione più grandi usate con i tubi a raggi X sono state sostituite dal trasformatore-raddrizzatore come fonte di tensione. Nel XXI secolo le bobine di induzione più piccole sono rimaste in uso come componente cruciale nei sistemi di accensione dei motori a benzina.

Nikola Tesla
Nikola Tesla

Foto pubblicitaria di Nikola Tesla nel suo laboratorio a Colorado Springs, Colorado, nel dicembre 1899. Tesla posa con il suo “trasmettitore d’ingrandimento”, capace di produrre milioni di volt di elettricità. La scarica mostrata è lunga 6,7 metri (22 piedi).

Biblioteca Wellcome, Londra

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