Teoria elettrica audio auto: Campi Magnetici

Proseguendo la nostra discussione sulla teoria elettrica dell'audio auto, arriviamo a una discussione su come il flusso di elettricità attraverso un conduttore crea campi magnetici attorno al conduttore. Comprendere la relazione tra flusso di corrente e magnetismo è cruciale per capire come funziona un altoparlante.

Storia dell'Elettromagnetismo

La prima correlazione documentata tra elettricità e magnetismo venne da Gian Domenico Romagnosi, uno studioso legale italiano del XIX secolo che notò che un ago magnetizzato si muoveva in presenza di una pila voltaica (il predecessore della batteria). Hans Christian Ørsted osservò un evento simile nell'aprile 1820. Stava preparando materiali per una lezione serale e notò che un ago della bussola cambiava direzione quando collegava una batteria a un circuito. Né Romagnosi né Ørsted potevano spiegare il fenomeno, ma sapevano che c'era una relazione definita.

Nel 1873, James Clark Maxwell pubblicò un'opera intitolata Trattato sull'Elettricità e il Magnetismo, che spiegava la presenza di quattro effetti:

1. Le cariche elettriche si attraggono o si respingono con una forza inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra loro: cariche diverse si attraggono, uguali si respingono.
2. I poli magnetici (o stati di polarizzazione in punti individuali) si attraggono o si respingono in modo simile alle cariche positive e negative ed esistono sempre in coppia: ogni polo nord è legato a un polo sud.
3. Una corrente elettrica all'interno di un filo crea un corrispondente campo magnetico circonferenziale fuori dal filo. La sua direzione (oraria o antioraria) dipende dalla direzione della corrente nel filo.
4. Una corrente è indotta in un anello di filo quando viene mosso verso o lontano da un campo magnetico, o un magnete viene mosso verso o lontano da esso; la direzione della corrente dipende da quella del movimento.

Cosa Causa un Campo Magnetico quando l'Elettricità Fluisce?

L'elettricità è il movimento di elettroni dentro e fuori da un conduttore. Un elettrone entra all'estremità di un conduttore, urta un altro elettrone, e così via finché un elettrone diverso non esce dall'altra estremità del conduttore ed entra nel carico.

Poiché ci sono effettivamente più elettroni nel conduttore quando la corrente fluisce, l'equilibrio tra elettroni carichi negativamente e ioni carichi positivamente viene sconvolto e quindi causa uno squilibrio nel campo magnetico attorno al conduttore.

Potremmo dedicare migliaia di parole a spiegare come funzionano gli atomi. Ma in breve, il nucleo di un atomo ha un nucleo di protoni caricati positivamente con un mucchio di elettroni caricati negativamente che orbitano attorno a questo nucleo. Quando non c'è flusso di corrente, un atomo non ha un campo magnetico perché la quantità e il percorso degli elettroni attorno ai protoni sono bilanciati. Quando spingiamo un elettrone fuori da un atomo e in un altro, gli atomi diventano sbilanciati e quindi producono un campo magnetico netto.

Una Spiegazione su Larga Scala

Quando l'elettricità fluisce dal terminale positivo di una batteria al negativo, viene creato un campo magnetico attorno al conduttore. Se guardate l'immagine qui sotto, vedrete la direzione del campo magnetico rispetto al flusso di potenza.

Nelle scuole, questo è spesso riferito come la regola della mano destra. Se avvolgete la vostra mano destra attorno a un conduttore con il pollice esteso verso l'alto nella direzione del flusso di corrente (mettendo il positivo sotto la mano e il negativo sopra), le vostre dita puntano nella direzione del campo magnetico.

Tenete a mente che per i segnali audio, la polarità della corrente cambia da positiva a negativa nello stesso modo in cui le vibrazioni prodotte da qualcuno che parla o suona uno strumento pressurizzano e rarefanno l'aria per produrre suono.

Come il Magnetismo Fa Funzionare un Altoparlante

Gli altoparlanti a bobina mobile convenzionali usano una bobina di filo (chiamata bobina mobile) e un magnete fisso. L'elettricità dall'amplificatore fluisce attraverso la bobina mobile e crea un campo magnetico. La polarità del campo magnetico tira la bobina verso l'interno o la spinge verso l'esterno in un importo proporzionale alla forza del campo magnetico.

Il diagramma qui sotto mostra la forza esercitata sulla bobina mobile con la corrente che fluisce attraverso la mezza onda positiva della forma d'onda audio.

Questo diagramma mostra la forza esercitata sulla bobina mobile con la corrente che fluisce attraverso la mezza onda negativa della forma d'onda audio.

Mentre la polarità della corrente si inverte, lo fa anche la forza esercitata sulla bobina mobile, che è attaccata al cono dell'altoparlante attraverso il supporto della bobina mobile.

Il Magnetismo Non È Sempre Benefico

Riguardo agli altoparlanti, facciamo affidamento e abbiamo bisogno dei campi magnetici per farli funzionare. Detto questo, il magnetismo non sempre gioca a nostro favore.

Se c'è una grande quantità di corrente che fluisce attraverso un conduttore, ci sarà un forte campo magnetico attorno a quel conduttore. Se poniamo un altro conduttore in quel campo magnetico, una tensione verrà prodotta attraverso il secondo pezzo di filo.

Nei nostri veicoli, molti dispositivi come ventole, sensori, l'alternatore, moduli di controllo luci e computer creano campi magnetici contenenti rumore ad alta frequenza. Quando un cavo di interconnessione non adeguatamente schermato passa attraverso uno di questi campi, può captare quel rumore e produrre una tensione sul conduttore. Questo fenomeno è il motivo per cui è importante che il vostro installatore faccia passare i cavi di interconnessione e spesso i cavi degli altoparlanti nella vostra auto lontano dalle fonti di rumore elettrico.

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Nel nostro prossimo articolo, parleremo di induttanza e capacità e di come quelle caratteristiche influenzano i segnali elettrici ad alta frequenza.
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