Come fa un semaforo a rilevare che un’auto si è accostata e sta aspettando che il semaforo cambi?

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C’è qualcosa di esotico nei semafori che “sanno” che sei lì – nell’istante in cui accosti, cambiano! Come rilevano la tua presenza?

Alcune luci non hanno alcun tipo di rilevatore. Per esempio, in una grande città, i semafori possono semplicemente funzionare a tempo – non importa a che ora del giorno sia, ci sarà molto traffico. In periferia e sulle strade di campagna, invece, i rilevatori sono comuni. Possono rilevare quando un’auto arriva a un incrocio, quando troppe auto sono accatastate a un incrocio (per controllare la lunghezza del semaforo), o quando le auto sono entrate in una corsia di svolta (per attivare la freccia luminosa).

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Ci sono tutti i tipi di tecnologie per il rilevamento delle auto – tutto, dai laser ai tubi di gomma pieni d’aria! La tecnica di gran lunga più comune è il loop induttivo . Un loop induttivo è semplicemente una bobina di filo incastrato nella superficie della strada. Per installare l’anello, posano l’asfalto e poi tornano indietro e tagliano una scanalatura nell’asfalto con una sega. Il filo viene posizionato nella scanalatura e sigillato con un composto gommoso. Spesso si possono vedere questi grandi anelli rettangolari tagliati nella pavimentazione perché il composto è evidente.

I loop induttivi funzionano rilevando un cambiamento di induttanza. Per capire il processo, diamo prima un’occhiata a cosa sia l’induttanza. L’illustrazione in questa pagina è utile.

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Quello che vedete qui è una batteria, una lampadina, una bobina di filo intorno a un pezzo di ferro (giallo) e un interruttore. La bobina di filo è un induttore. Se avete letto Come funzionano gli elettromagneti, riconoscerete anche che l’induttore è un elettromagnete.

Se doveste togliere l’induttore da questo circuito, allora quello che avete è una normale torcia elettrica. Si chiude l’interruttore e la lampadina si accende. Con l’induttore nel circuito come mostrato, il comportamento è completamente diverso. La lampadina è una resistenza (la resistenza crea calore per far brillare il filamento nella lampadina). Il filo nella bobina ha una resistenza molto più bassa (è solo filo), quindi quello che ci si aspetta quando si accende l’interruttore è che la lampadina si illumini molto fiocamente. La maggior parte della corrente dovrebbe seguire il percorso a bassa resistenza attraverso l’anello. Quello che succede invece è che quando si chiude l’interruttore, la lampadina brucia intensamente e poi diventa più fioca. Quando si apre l’interruttore, la lampadina brucia molto intensamente e poi si spegne rapidamente.

La ragione di questo strano comportamento è l’induttore. Quando la corrente inizia a fluire nella bobina, la bobina vuole costruire un campo magnetico. Mentre il campo si costruisce, la bobina inibisce il flusso di corrente. Una volta che il campo è costruito, allora la corrente può fluire normalmente attraverso il filo. Quando l’interruttore viene aperto, il campo magnetico intorno alla bobina mantiene il flusso di corrente nella bobina fino al collasso del campo. Questa corrente mantiene la lampadina accesa per un periodo di tempo anche se l’interruttore è aperto.

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La capacità di un induttore è controllata da due fattori:

  • Il numero di bobine
  • Il materiale attorno al quale sono avvolte le bobine (il nucleo)

Mettendo il ferro nel nucleo di un induttore si ottiene un’induttanza molto maggiore rispetto all’aria o a qualsiasi altro nucleo non magnetico. Ci sono dispositivi che possono misurare l’induttanza di una bobina, e l’unità di misura standard è il henry .

Dunque… Mettiamo che si prenda una bobina di filo metallico di circa un metro e mezzo di diametro, contenente cinque o sei anelli di filo. Si tagliano alcune scanalature in una strada e si inserisce la bobina nelle scanalature. Attaccate un induttore alla bobina e vedete qual è l’induttanza della bobina. Ora parcheggiate un’auto sopra la bobina e controllate di nuovo l’induttanza. L’induttanza sarà molto più grande a causa del grande oggetto in acciaio posizionato nel campo magnetico dell’anello. L’auto parcheggiata sopra la bobina si comporta come il nucleo dell’induttore e la sua presenza modifica l’induttanza della bobina.

Un sensore semaforico utilizza il loop nello stesso modo. Esso testa costantemente l’induttanza dell’anello nella strada, e quando l’induttanza sale, sa che c’è un’auto in attesa!

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