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_EtqhNp_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=S46Wsi4fdvg

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.