Che cos'è una bobina toroidale?

Un solenoide è un elettromagnete formato da un filo che trasporta corrente. Gli elettromagneti hanno campi magnetici creati dalle correnti. Il filo di un solenoide è spesso formato in una bobina elicoidale e all'interno viene spesso inserito un pezzo di metallo come il ferro. Quando un solenoide viene piegato a forma di cerchio o ciambella, viene chiamato toroide.

Un toroide ha al suo interno un campo magnetico che forma una serie di cerchi concentrici. Al di fuori di esso, il campo è zero. La forza di questo campo magnetico dipende dal numero di bobine che il toroide ha sul suo corpo. Il campo non è uniforme, perché il campo è più forte vicino alla parte interna dell'anello di quanto non sia più vicino alla parte esterna. Ciò significa che se r è il raggio del trasformatore, il campo magnetico diminuisce all'aumentare di r.

I toroidi sono preziosi perché, come tutti i solenoidi, sono induttori. Gli induttori possono indurre o causare la creazione di correnti nelle bobine vicine. Furono inventati nell'agosto 1831 dal fisico inglese Michael Faraday. Fu Faraday a scoprire che un campo magnetico variabile può indurre una tensione in un filo vicino, e questo è chiamato legge di induzione di Faraday. I toroidi hanno anche la cosiddetta autoinduttanza, che è un tipo di resistenza. Il toroide resiste o combatte i cambiamenti della propria corrente, sia che si tratti di ingrandirla o rimpicciolirla. La forza dell'autoinduttanza dipende dal numero di bobine del toroide e dalla sorgente CA.

I trasformatori sono costituiti da una coppia di solenoidi avvolti attorno a un nucleo metallico che di solito è una ferrite. I trasformatori toroidali sono due bobine avvolte attorno a un metallo, come una ferrite o un acciaio al silicio, a forma di ciambella. Le bobine vengono avvolte in aree diverse o sovrapposte. Sono preferiti per trasformatori RF o radiofrequenza, dove vengono utilizzati per aumentare o diminuire le tensioni da fonti di alimentazione e per isolare parti diverse in un circuito. I trasformatori RF vengono utilizzati anche per l'adattamento di impedenza, il che significa che aiutano a collegare parti di ingresso e uscita di circuiti diversi.

I toroidi presentano alcuni svantaggi rispetto ai normali solenoidi. Sono più difficili da avvolgere e anche da accordare. Tuttavia, sono più efficienti nel produrre le induttanze necessarie. Per la stessa induttanza di un normale solenoide, un toroide richiede meno spire e può essere ridotto di dimensioni. Un altro vantaggio è che poiché il campo magnetico è confinato all'interno, toroidi e toroidali i trasformatori possono essere posizionati vicino ad altri componenti elettronici senza preoccuparsi di induzioni indesiderate interazioni.

I toroidi sono utilizzati nelle telecomunicazioni, nei dispositivi medici, negli strumenti musicali, negli amplificatori, nei reattori e altro ancora. Un tokamak è un dispositivo di fusione nucleare che utilizza un campo magnetico per confinare il plasma. Un plasma è un gas che contiene elettroni e ioni liberi e appare solo ad alte temperature. Il confinamento del plasma in un tokamak avviene con l'uso di un toroide.