Induzione elettromagnetica:
• IL TRASFORMATORE
• IL LINAC E IL CICLOTRONE
• IL TRASFORMATORE
Che cos’è il trasformatore?
Il trasformatore è un dispositivo capace di
modificare il valore della tensione e della
corrente alternata.
È composto da un nucleo di ferro attorno a cui
sono avvolte due bobine (circuito primario e
circuito secondario).
ORA VEDIAMO LE SUE
CARATTERISTICHE
PRINCIPALI
Il circuito primario genera un
campo magnetico che varia
con la corrente alternata.
Di conseguenza, nel circuito
secondario si genera una
corrente indotta.
Il circuito primario è formato da n(1) spire, mentre il secondario da
n(2) spire. Se indichiamo con F(1)eff il valore efficace della tensione
in ingresso nel
Trasformatore e con F(2)eff il valore efficace della tensione in uscita,
dalla legge di Faraday-Neumann possiamo affermare la seguente
definizione:
F(2)eff = F(1)eff ∙N(2) con N(2)/ N(1)
rapporto di trasformazione
N(1)
Il circuito primario è collegato alla rete
elettrica di alimentazione, il secondario invece
è quello che eroga energia con i fattori di
potenza diversi da quelli del primario.
Gli avvolgimenti del primario e del secondario
sono, di solito disposti in modo concentrico
l’uno all’altro, in modo da ottenere il minimo
flusso disperso e quindi il massimo
rendimento possibile.
COME FUNZIONA IL TRASFORMATORE
https://www.youtube.com/watch?v=T4_Etqh
Np_M
Per limitare la dissipazione occorre avere:
• Linee elettriche che abbiano valore di R
relativamente basso (possiamo utilizzare altri
materiali oltre al ferro ma sempre con una
resistività piccola).
• Correnti con valore efficace ridotto ( ciò è
ottenuto trasportando la corrente alla
tensione più alta possibile).
ELETTRICITA’ SENZA FILI: UTOPIA O
REALTA’ ?
•
Nel 2007 i ricercatori del MIT annunciarono la scoperta di un modo
per trasmettere elettricità senza fili. In questi anni lo sviluppo è
continuato e ora è stato dimostrato che l'efficienza del sistema
aumenta enormemente quando vengono alimentati più dispositivi
contemporaneamente.
• Sebbene predetto solo sulla carta, l'incremento dell'efficienza del
sistema in tale frangente non era mai stato dimostrato. I ricercatori
hanno riscontrato che alimentando due dispositivi alla volta, che
individualmente raggiungono un'efficienza nell'energia trasferita
inferiore al 20 percento, l'efficienza totale sale a oltre il 30
percento. Secondo il ricercatore André Kurs, l'efficienza dovrebbe
continuare a crescere progressivamente all'aumentare dei
dispositivi aggiunti al sistema, fino a raggiungere il 100%.
Gli scienziati del MIT
sagomando opportunamente
le bobine, hanno usato un
fenomeno di risonanza,
simile a quello a cui è soggetto
un diapason percosso, che mette
in movimento un secondo
diapason anche lontano
accordato sulla stessa nota,
ma non altri diapason che
emettono note diverse.
ORA PARLIAMO DI DUE ACCELLERATORI DI
PARTICELLE (cioè dispositivi capaci di
accelerare particelle cariche avendo a
disposizione una forza elettromotrice
alternata)
1) IL LINAC
2) IL CICLOTRONE
1) IL LINAC
Gli acceleratori lineari di particelle sono strutture
in grado di accelerare particelle
cariche (protoni, elettroni, positroni, ioni pesanti,
etc.), generate per mezzo di un cannone
termoionico, un fotoiniettore o altri mezzi. Il
primo accelleratore lineare fu inventato nel 1928
dal fisico norvegese Rolf Wideroe.
• Un linac standard (così come un acceleratore
circolare) viene assemblato come successione di
diversi elementi in cascata.
• Qualora la sorgente generi particelle in maniera
continua, la prima parte dell'acceleratore sarà
impiegata per la creazione di pacchetti (cioè
piccoli gruppi) di particelle, mentre quella
successiva sarà impiegata per l'accelerazione vera
e propria delle particelle.
COME FUNZIONE IL LINAC ?
L'acceleratore e' formato da un tubo a vuoto sul quale sono
applicate delle placche sempre più lunghe.
Mano a mano che le particelle (cariche) si trovano in una sezione
viene fornita una carica di segno uguale sulle placche che le
precedono e di segno opposto nelle placche che devono
attraversare.
In questo modo sono spinte in avanti dalle placche che hanno
appena superato e sono attirate dalle placche che devono ancora
attraversare
Esempio per accelerare degli elettroni (***) che sono cariche negative,
ad un certo punto si avra':
negativa neutra positiva
______ ______ ______
..............****..............
______ ______ ______
--->>> direzione del fascio
Le placche devono essere sempre più' lunghe perché, accelerando,
il fascio di particelle sarà sempre più veloce e quindi percorrerà più
spazio in meno tempo: se vogliamo mantenere costante la forza
applicate dovremo quindi allungare tale spazio.
https://www.youtube.com/watch?v=S46Wsi4f
dvg
2) IL CICLOTRONE
• Che cos’è un ciclotrone?
• Si tratta di un acceleratore di particelle elementari
cariche elettricamente che grazie all’aiuto di un campo
magnetico raggiungono velocità altissime, anche
prossime a quella della luce. Lo scontro finale tra le
particelle stesse accelerate, o contro “bersagli” studiati
appositamente, permette di ottenere altri tipi di
particelle e rilasci di energia il cui rilevamento e studio
dà modo di approfondire le conoscenze della struttura
fondamentale della materia e delle interazioni tra i suoi
costituenti.
DA COSA E’ FORMATO IL CICLOTRONE
• Più nel dettaglio, nel ciclotrone la traiettoria delle
particelle, che si trovano in una camera a vuoto, è
incurvata da un campo magnetico costante e
l’accelerazione è indotta da un campo elettrico
alternato. Le particelle si muovono su orbite di
diametro crescente via via che la loro velocità
aumenta.
T= 2πm
qB
Con T indichiamo il periodo di rotazione di una
carica q di massa m che si muove all’interno di
un campo magnetico B .
Con F indichiamo la frequenza di ciclotrone e
possono essere accelerate dalla stessa forza
elettromotrice alternata di frequenza costante.
IL LINAC E IL CICLOTRONE
PER LA MEDICINA
• Gli acceleratori di particelle sono il prodotto della fisica
detta talvolta “dura” mentre noi uomini, specie se malati,
siamo deboli, siamo – potremmo dire – “molli”. Eppure, e
pochissimi lo sanno, la fisica dura corre in aiuto della nostra
debolezza più grande, la pervadente malattia del cancro. E i
numeri sono impressionanti.
In Italia ogni anno sono sottoposti a radioterapia con raggi
X quasi la metà dei 240mila malati a cui è diagnosticato un
tumore. I raggi X sono prodotti dagli elettroni che,
accelerati fino a 10-20 milioni di elettronvolt (MeV) da un
acceleratore lineare come quello mostrato nella figura a,
colpiscono un bersaglio di tungsteno.
